7. Šroubované spoje Technologie šroubování, navrhování šroubových spojů.

Transkript

1 7. Šroubované spoje Technologie šroubování, navrhování šroubových spojů. Technologie šroubování Šrouby pro OK ateriál: uhlíkové oceli kalené a popouštěné oceli d metrický závit (pro velké ø jemný, např. 39x3) š. do plechu šestihranná nebo válcová hlava s vnitřním šestihranem L š. závitořezné š. samovrtné d = (1), 16, 0, 4, 7, 30 (značka např. 0 x L) 4.6 (f ub = 400 Pa, f yb = 0,6 400 = 40 Pa) (pro běžné šrouby) (pro VP vysokopevnostní šrouby) Pozn: šrouby z nerezových ocelí (austenitických) se označují A, A3, A4, A5 (podle složení materiálu). závit ST Provedení šroubů a matic: hrubé, přesné (tolerance dříku h13 0 až - 0,33 mm) Podložky: obyčejné pro OK (t = 8 mm) pojistné pro třecí spoj (kalené 00 HV) 1

2 Šroubované spoje 1. Obyčejné jakýkoliv materiál: hrubé vrtání d 0 = d + [mm] (3 mm od 30) lícované d 0 = d + 0,11 (tolerance otvoru H11 +0,13 mm až 0) injektované běžné vrtání zainjektováno pryskyřicí (otvorem v hlavě šroubu, podložky oboustranně) Namáhání při smyku: 1. na střih. na otlačení (šroubu i základního materiálu, popř. pryskyřice). Třecí VP materiál (8.8, 10.9) Namáhání při smyku: třením v sevřené ploše T

3 Vyvození kroutícího momentu T - momentovým klíčem (ruční, elektrický, pneumatický) - odhadem: - na úhel otočky (přídavný úhel dán v tabulce normy), - podložky s výstupky pro indikaci napětí -(nově též HRC speciální smykové utahováky) hlavice + ráčna spárová měrka určuje stlačení Rozteče šroubů min., běžné, max. (normy). Běžné: Pro válcované tyče: v tabulkách!! Značky ve výkresech: dílenské otvor šroub třecí p e e 1 p 1 e 1 montážní (s praporkem) p 1, p... 3,5 d 0 e 1...,5 d 0 e... d 0 Ø 0 x 60 (např.) 3

4 Návrh šroubovaných spojů (ČSN EN ) smykové Kategorie spojů tahové 1. Smykové Kategorie Druh Posudek A B C Běžné šrouby (4.6 až 10.9) Třecí spoj bez prokluzu při SP (8.8, 10.9) Třecí spoj bez prokluzu při SÚ (8.8, 10.9) -střih v,ed v,rd -otlačení v,ed b,rd -střih v,ed v,rd -otlačení v,ed b,rd -prokluz při SP v,ed,ser s,rd,ser při provozu tuhý -otlačení v,ed b,rd -prokluz při SÚ v,ed s,rd při kolapsu tuhý (neporuší se střihem) 4

5 . Tahové Kategorie Druh Posudek D E Běžné šrouby nepředepnuté (4.6 až 10.9) Předpjaté šrouby (8.8, 10.9) Pro dynamické namáhání jsou vhodné i klínové podložky: -přetržení v tahu t,ed t,rd -protlačení hlavy t,ed B p,rd Při tahu se protahuje (viz Hookův zákon), nepoužívat pro dynamické zatížení! - zcela stejné jako v kategorii D. Význam: bez protažení, vhodné i pro dynam. zatížení, ale únosnost je stejná!! Pozor: Při stanovení únosnosti spojů (šroubových i svarových) se vychází z meze pevnosti materiálu spojovacích prostředků (proto vesměs γ ): f ub pro šrouby (materiál šroubů), pro svary (= základní materiál). f u Součinitele materiálu podle ČSN EN : γ = 1,5 (šrouby, svary) γ 3.ser = 1,1 γ 3 = 1,5 γ 7 = 1,1 pro třecí spoje 5

6 Únosnost ve střihu: n = 1 n =... počet střihů závit ve střihu: = 0 γ v, Rd,6 fubasn / pro šrouby z materiálů 4.8., 5.8., výjimka: pouze 0,5 π d plocha jádra ( s ) 4 není-li závit ve střihu: místo A s se bere A Únosnost v otlačení: t 1 t 1 t... otlačovaná tloušťka t = min. t t 3 t 1 t 1 + t 3 t = min. t t pro běžné příčné rozteče (e >1,5d 0 a p >3d 0 ): k 1 =,5 otlačovaná plocha = b, Rd k1αb fud t / γ in. součinitel α b plyne z experimentů: e 1 /3d 0 pro vytržení okraje, (p 1 /3d 0 ) - 0,5 pro protržení otvoru, f ub /f u pro otlačení šroubu, 1 pro otlačení plechu. 6

7 Únosnost v tahu: přetržení dříku = Interakce smyk + tah: (nutno splnit navíc) t, Rd kfubas / γ v,ed v,rd k = 0,9 t,ed + 1,4 t, Rd 1 smyk Pozn.: Též únosnost v protlačení hlavy : Je neobvyklé, jen u velmi slabých plechů, vzorec v normě. Pozn.: pro šrouby s řezaným závitem (nikoliv válcovaným) jako táhla, kotevní šrouby se únosnosti ve střihu a tahu násobí součinitelem 0, tah Třecí spoje (kategorie B, C) - použije se VP materiál (8.8, 10.9) Únosnost v prokluzu: = počet třecích ploch s, Rd k snμ p.cd / γ 3 součinitel tření popř. pro kat. B γ 3.ser k s = 1 (pro nadměrné otvory 0,85; oválné 0,7) 7

8 Součinitel tření μ je dán třídou povrchu v době provedení spoje: tř. A (otryskaný drtí nebo granulátem) μ = 0,5 tř. B (otryskaný + speciální nátěr, metalíza) μ = 0,4 tř. C (očistěný kartáčem, plamenem) μ = 0,3 tř. D (neupravený, bez rzi): nepoužívat! μ = 0, Předpínací síla: p,c = γ 0, 7f Μ7 ubas / t, Rd Únosnost v otlačení: jako obyčejné šrouby, rozhoduje výjimečně! Únosnost v tahu: jako nepředepnutý spoj (zhruba stejná únosnost!!!) (pro vysvětlení viz doplňující poznámky) Interakce smyk + tah: s, Rd = ksnμ ( p,c 0,8 t,ed ) / γ 3 pro běžné vrtání k s = 1 odečteno 80 % vnějšího tahu popř. pro kat. B γ 3.ser Pozn.: Obvykle však tlak vyrovnává tahy, tření tedy zůstává a únosnost v prokluzu se nesnižuje (např. u konzol) viz obrázek: tlak tah 8

9 Páčení šroubů stojina sloupu T,Rd Idealizace pomocí únosnosti T průřezu délky l eff : T,Rd l eff čelní desky t šroub d stojina nosníku T,Rd T,Rd +Q T,Rd +Q Q Q = páčící síla e m T,Rd t,rd Pro dostatečnou tloušťku čelní desky t páčení nevznikne (Q = 0, odtud T,Rd = t,rd ). Např. podle ČSN /1998 páčení šroubu o průměru d nevznikne, pokud: t te = 4, 3 3 m d e Praktický postup podle EN : Pro namáhání šroubu tahem se určí snížená tahová únosnost šroubu v T přípoji (tj. při páčení) T,Rd t,rd. Vzorce jsou uvedeny v normě, popř. na webu přednášek Pomůcky, pro 3 způsoby porušení: -vytvoření 4 plastických kloubů v pásnici délky l eff, -vytvoření plastických kloubů v pásnici délky l eff, - nebo přetržení šroubů tahem. t,rd m e t,rd m e t,rd m e 9

10 Rozdělení sil na skupinu šroubů Pružné Plastické - lze vždy - nelze u kategorie C - nelze pokud rozhoduje střih ( v,rd < b,rd ) 1. Smykové spoje (přeplátované spoje) - vesměs pružné řešení síla ø d na 1 šroub = V,Ed n zde n = 6 pro dlouhý spoj (L j >15 d) se únosnost redukuje doporučuje se max. 6 šroubů v řadě za sebou! moment L j 1 r 1 r 1 = 1 r1 + r +... = ir i r1 1 r1 = =... r r 3 3 i T r 1 1 = = ri... 10

11 síla a moment představuje přípoj (jednou řadou šroubů): styčníkový plech připojované plechy nebo polovinu (!!) styku (zde též 4 šrouby): příložky stykovaný plech 5 4 nejvíce namáhaný je krajní šroub: T V,Ed = 3 1 1, + r 1 r 1, h... silová podmínka: momentová podmínka: střih otlačení = 1, 1, jednoduchý příklad pro šrouby v přípoji: n zde 5 r = 1 popř. = β r h i tab. TP64, literatura h 1, = / 1,, = / h Pozn.: plastické řešení rozdělení sil ve smykovém spoji je výjimečné!! 11

12 . Tahové spoje - přípoj na čelní desku (konzola, rámový roh) V Ed 1 řešení pružné 1 r 1 plastické - obvyklejší řešení a snadný posudek: Rd,pl = Σ r i T,Rd,i Ed ; T,Rd T,Rd (spodní V Ed šrouby) střed otáčení = tuhý bod průřezu (střed pásnice) V 1 r Pružné posouzení: od síly : = V,Ed od momentu = Ve: ( r + r + r ) V Rd V Ed = 3 r 3 1 r1 1 r1 = = e r 3 r3 výztuhy!!! (jinak tzv. polotuhý styčník) r1 odtud: t,ed = 1 = T, Rd ri Interakce obou namáhání (od a ) : pro běžné šrouby ano (viz vztah výše), pro předpjaté šrouby ne (pozn. str.8). Rd,pl chování při testu ϕ tuhý kout, (jinak je střed jinde) V n v,rd b,rd s páčením 1

13 Rámy s polotuhými styčníky přípoj se deformuje kloubový (na konzolku) tuhý (s výztuhami!!) (na čelní desku) bez výztuh polotuhé (např. stojina/pásnice sloupu je přemáhána) pl tuhý (s plnou únosností) polotuhý kloubový φ (natočení) odel pro globální pružnou analýzu a polotuhý styčník: pl j,rd ⅔ j,rd S j,ini S j,ini /η φ η = pro styk nosník-sloup 3 pro jiný typ styku S j,ini vztahy podle komponent styčníku uvedeny v normě Výhody: - jednoduché (levné), přitom přebírají určitý moment. Nevýhody: - složitější výpočet přibližný (tabulky), nelineární (nutné znát tuhost styčníků, obvykle z experimentů). 13

14 Doplňující informace 14

15 Únosnost předpjatého šroubu v tahu Tah ve šroubu t.rd p.c t.rd p.c Tah na spoj ~1,1 p.c p.c Tlak v třecí ploše Odtud plyne: Při zatěžování spoje dochází k odlehčování v třecí ploše (pro jeden šroub ve velikosti asi 10x plochy šroubu). Únosnost spoje v tahu zůstává přibližně na úrovni únosnosti nepředepnutého šroubu. 15

16 Přeplátovaný styk ohýbaného nosníku (dříve častý, dnes častěji spoj s čelními deskami a předpjatými šrouby pro omezení deformace spoje) slepý šroub příklad napjatosti σ σ = f y / γ 0 σ w σ f velké rozteče osa y "běžné" rozteče y.. stanovena pro neoslabený průřez σ.. stanoveno s uvažováním W net Postup návrhu styku: 1. Nakreslit styk - stanovit rozteče, počty šroubů v příčném řezu,. Rozhodnout výpočet: a) na dané síly Ed, V Ed (a napětí σ) b) na únosnost (σ = f y /γ 0 ) 16

17 Styk pásnice: příložky síla Apříl.net A f,net počet např. obyčejných šroubů: Styk stojiny: příložky moment = A σ (příp. oslabená plocha A net ) W f f příl.net W w, net w = Sd f f = f n = Sd min (na obrázku jsou 4) h' f min = min ( V,Rd ; vzdál. těžišť pásnic b, Rd ) Iw (pro pružné řešení přibližně w Sd ) I posouzení navržených šroubů: V n Sd 1, = 1, = na obrázku je 6 h w β w = 1, + 1, min 17