KÖTÉSEK FELADATA, HATÁSMÓDJA. CSAVARKÖTÉS (Vázlat)

Átírás

1 KÖTÉSEK FELADATA, HATÁSMÓDJA. CSAVARKÖTÉS (Vázlat) Kötések FUNKCIÓJA: Erő vagy nyomaték vezetése relatív nyugalomban lévő szerkezeti elemek között. OSZTÁLYOZÁSUK: Fizikai hatáselv szerint: Erővel záró kötések (súrlódási erő) Alakkal záró kötések Anyaggal záró kötések (hegesztés, forrasztás, ragasztás) 1

2 Kötések osztályozása Szerelés szerint: Oldható Oldhatatlan Elemek szerint Közvetlen kapcsolatú Közvetítőelemes kapcsolatú DEFINÍCIÓ: A kötések feladata az alkatrészek néhányvagy valamennyi szabadságfok szerinti relatív elmozdulásának megakadályozása az alkatrészek közötti terhelés átadása alatt. Csavarkötések A csavarkötések talán a leggyakrabban használt kötések. Az ékhatás élvén működnek: a csavar felület lényegében egy hengerre felcsavart ék felületnek tekinthető, ahol a szorító hatást a csavar és az anya egymáshoz viszonyított elfordításával hozzák létre. A csavarok szabványosított menet profillal készülnek. Vannak éles menetek (metrikus vagy Whitworth menetet), trapéz, fűrész és zsinór menetet. A kötőcsavarok rendszerint metrikus menettel (normál vagy finommenettel) készülnek (Az USA és az angolszász országok gyakran Whitworth menetű kötőcsavarokat használnak). Whitworth csőmenet. Trapéz és fűrészmenet a mozgató csavarorsókon. A zsinór menet erősen szennyezett környezetben.

3 Csavarkötések A csavarok kialakítása rendkívül változatos. Vannak fejes csavarok (hatlapfejű, négylapfejű, hengeres-fejű, süllyesztett-fejű, lencsefejű, belső kulcsnyílású csavarok) tőcsavarok, hernyócsavarok különleges csavarok: lemezcsavarok, facsavarok stb. a b c d e f 3

4 Csavarkötés elemei Tőcsavar, hernyócsavar Anyák a b c d a b c e f Csavarkötés elemei A csavarok és anyák anyagainak szilárdsági előírásait az MSz 9/ adja meg. A szabvány szilárdsági csoportokat határoz meg. A csavarok a következő anyagokból" készülhetnek: 3.6; 4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.8; 8.8; 10.9; 1.9 és Az első szám 100-szorosa a minimális szakítószilárdságot adja meg MPa-ban, a második szám a névleges folyáshatár és a névleges szakítószilárdság hányadosának 10-szerese. (Például az 5.6 szilárdsági csoportba tartozó csavar minimális szakítószilárdsága 500 MPa, folyáshatára pedig 300 MPa.) A csavaranya szilárdsági csoportjai a következők: 5; 6; 8; 10; 1; 14. A csoportjelének 100 -szorosa az un. vizsgálati feszültség MPa-ban kifejezve, ami annak az orsónak a minimális szakítószilárdsága amellyel az anya párosítható. 4

5 Csavarkötés elemei Hatlapfejű csavar Hatlapú anya Rugós alátét Hatlapfejű csavar Ászokcsavar Hatlapú anya Rugós alátét Csavarkötés Csőkarimák csavarkötései 5

6 A csavarkötés A csavarkötés hatásmechanizmusa: meghúzási nyomaték (kulcsnyomaték) csavarkötés előfeszítőerő (összeszorító erő) A csavarkötés egyszerre erővel és alakkal záró kötés. I. A meghúzási nyomaték és az előfeszítőerő közötti kapcsolat meghatározása Erőhatások a csavarmeneten A metrikus menetű anya meghúzásakor fellépő erők, ahol: M v : meghúzási nyomaték F v : előfeszítő erő F k : anya meghúzásához szükséges kerületi erő ρ : súrlódási félkúpszög β : menet profilszög α : menetemelkedési szög d : menet középátmérője 6

7 Erőhatások meghúzáskor A menetemelkedés szöge: P arctg d S F N ahol P a menetemelkedés. A mozgást akadályozó súrlódási erő: F ahol tg Az ékhatás miatt F N F cos N Bevezetve a látszólagos súrlódási félkúpszöget: arctg arctg cos Az anya meghúzásához szükséges F k kerületi erő F k F tg ( ) v Erőhatások lazításkor A lazításhoz szükséges kerületi erő meghatározása 1. Ha önzáró a csavarkötés, azaz akkor a kerületi erő: F F tg( ) k v. Ha nem önzáró a csavarkötés, azaz akkor az anya magától lecsavarodik az orsóról. 7

8 Meghúzási nyomaték A meneteken fellépő kerületi erőből a csavar meghúzási ill. lazítási nyomatéka: d M F tg( ) v v Az anya meghúzásakor az anya homlokfelületén fellépő súrlódásból számítható nyomaték: d a M a Fv a ahol d a : az anya felfekvő felületének középátmérője μ a : az anya felfekvő felületén a súrlódási tényező Az anya teljes meghúzási nyomatéka: M F v d d a tg( ) a Klein diagram Az ábrán a meghúzási nyomaték látható az előfeszítőerő függvényében a súrlódási tényező két lehetséges szélső értéke esetén. A kívánt meghúzási nyomaték csak bizonyos hibahatárral (pl.: ± 3 %) valósítható meg, így meghatározható a csavar szárában ébredő minimális és maximális előfeszítőerő. 8

9 Csavarbiztosítások A csavarbiztosítások a csavarkötés üzemelés közbeni lelazulása ellen védenek. Hatásmechanizmusuk szerint megkülönböztetünk alakkal záró erővel záró anyaggal záró biztosításokat. Alakkal záró csavarbiztosítások Csavarbiztosítások Erővel záró csavarbiztosítások Kúpos anya Bemetszett anya Alátétek Biztosító elemes anya Szorítóelemes anya 9

10 Csavarbiztosítások Anyaggal záró csavarbiztosítások Meghúzás után alkalmazott ragasztó anyaggal záró csavarbiztosítások Az anyaggal záró csavarbiztosítások döntő többségénél a ragasztó anyagot a kötőelem gyártója viszi fel a menet felületére. A ragasztóanyag kikeményedését a szereléskor létrehozott szorítóerő, vagy kétkomponensű ragasztónál a másik komponens hozzáadása indítja be. A csavarkötés teherbírása II. A csavarkötés mint alakkal záró kötés Az orsó teherbírása húzóerő hatására. (A kötések elemzése alapján) 10

11 A csavarkötés teherbírása 1. Terhelések: az orsó terhelése F v húzóerő. A hatásfelületek: a. terhelésátadó felület (A p ) b. veszélyes keresztmetszet (A τ ) A p d D 4 1 i A D m 1 ahol i : anya menetszáma m: anya magassága A csavarkötés teherbírása 3. Egységnyi felületre eső terhelés meghatározása: Fv F pátlag v átlag A 4. Összehasonlítás a határállapottal: n p p meg átlag p n meg átlag A 11

12 A csavarkötés modellje A csavar és a közrefogott elemek a terhelés hatására rugalmasan deformálódnak: a csavar megnyúlik, a közrefogott elemek összenyomódnak. Mivel a deformáció a rugalmas tartományban marad, ezért a csavarkötés összekapcsolt rugókkal modellezhető. A tökéletesen rugalmas elemekre érvényes a Hooketörvény, Anyagállandók: E: rugalmassági modulus ν: Poisson tényező Rugótani alapfogalmak Az l hosszúságú rúd megnyúlása F erő hatására f : Fl f AE Az F = f (f) függvénykapcsolatot rugókarakterisztikának nevezzük, amely lineárisan rugalmas testek esetén egyenes, jellemzője a rugómerevség (s). F tg f s Húzott rúd esetén: AE s l N mm 1

13 Előfeszítési háromszög Közrefogott elemek összenyomódása és a csavar megnyúlása (Alakváltozás eltúlozva!) Előfeszítési háromszög A csavar és a közrefogott elemek karakterisztikája együtt ábrázolva: F v :előfeszítőerő λ 1 : a csavar megnyúlása λ : a közrefogott elemek összenyomódása 13

14 Erő jellegű lazítás Külső lazítás esetén a lazítóerő a csavarfej alatt hat. A rúgók párhuzamos kapcsolásúak a csavarkötés modelljében. Külső lazítás A bejelölt háromszögek hasonlóságát felhasználva kifejezhető a csavarerő növekménye (F 1 ) az F ü erő hatására F 1 s1 s s 1 F ü A közrefogott elem erőcsökkenése: s F s s 1 F ü A csavarerőhatás ábra 14

15 Kritikus erő A csavarkötés kritikus terhelése, amelynél a kötés teljesen lelazul, vagyis F = F v : F F s v F krit s1 s amelyből s1 s krit F v s Mozgató csavarorsók 15

16 Mozgató csavarorsók Mozgató csavarorsók terhelése és menet nyomatéka közötti kapcsolat, valamint a fellépő feszültségek hasonló módon számíthatók, mint a kötőcsavaroknál: M M F V d tg Fontos lehet a csavaros mozgatás hatásfoka, melynek nagysága függ az erőhatás és az elmozdulás irányától. Ha az elmozdulás az erővel ellentétes irányú (pl. teheremelés), tan, tan( ) tan( ) tan illetve ha ellentétes irányú (pl. teher süllyesztés): Mozgató csavarorsók 16

17 Mozgató csavarorsók 17