Jak vypočítat utahovací moment

Spojovací prvky, jako jsou matice a šrouby, jsou důležitými součástmi konstrukce mnoha mechanických zařízení. Poskytují bezpečný způsob, jak spojit dvě nebo více součástí dohromady. Točivý moment je kritickým faktorem při určování bezpečnosti a výkonu spojovacích prvků. Proto je důležité mít správný utahovací moment, aby bylo zajištěno, že spojení zůstane bezpečné, ale nebude příliš utaženo, což by mohlo poškodit součásti nebo samotné spojení. V tomto článku budeme diskutovat o tom, jak vypočítat točivý moment spojovacího prvku.

Jaký je točivý moment?

Točivý moment označuje sílu potřebnou k otáčení objektu kolem osy. V aplikacích upevňovacích prvků se krouticí moment používá k utažení upevňovacího prvku na určité napětí. Cílem je dosáhnout rovnováhy mezi napětím a stlačením kloubu. Kompresní a napínací síly spolupracují, aby zajistily, že spoj zůstane v průběhu času bezpečný. Běžně přijímanou jednotkou točivého momentu je newtonmetr (Nm).

Proč je točivý moment důležitý?

Točivý moment je rozhodující pro bezpečnost a spolehlivost mechanických zařízení, protože zabraňuje přílišnému uvolnění nebo přílišnému utažení spojovacích prvků. Pokud nejsou upevňovací prvky správně utaženy, mohou selhat a způsobit poškození nebo zranění. Navíc přílišné utažení spojovacího prvku může strhnout závity, rozdrtit materiály nebo dokonce zlomit šrouby ve spoji.

Faktory ovlivňující točivý moment

Kroutící moment potřebný k dosažení optimální funkce kloubu ovlivňuje několik faktorů. Patří sem:

1. Mazání. Mazání může pomoci snížit točivý moment potřebný k dosažení stejné úrovně napětí. Například mazaný šroub může vyžadovat menší krouticí moment než suchý šroub, aby se dosáhlo stejného napětí.

2. Vlastnosti materiálu. Vlastnosti materiálu, jako je tvrdost, hustota a elasticita, mohou ovlivnit velikost krouticího momentu potřebného k dosažení správného tlaku spoje.

3. Stav povrchu: Povrchy a spoje upevňovacích prvků mohou ovlivnit přesnost měření utahovacího momentu. Znečištěný nebo rezavý povrch může narušovat odečítání točivého momentu a způsobit přílišné nebo nedostatečné utažení upevňovacích prvků.

4. Stav závitu. Stav závitu může také ovlivnit požadovaný točivý moment. Poškozené nebo opotřebované závity mohou ovlivnit přesnost čtení točivého momentu a vyžadovat další krouticí moment k dosažení požadovaného napětí.

5. Faktory prostředí. Hodnoty točivého momentu mohou ovlivnit také faktory prostředí, jako je teplota, vlhkost a vibrace. V prostředí s vysokými vibracemi spojovací prvky obvykle vyžadují vyšší krouticí moment, aby byla zachována integrita spoje.

Výpočet utahovacího momentu spojovacího prvku

Výpočet utahovacího momentu zpočátku zahrnuje určení velikosti šroubu a metodu utahování, která má být použita.

Krok 1: Určete velikost šroubu

Prvním krokem při výpočtu krouticího momentu je určení velikosti šroubu. Velikost šroubu se obvykle určuje na základě průměru závitů šroubu. Běžnou metodou je použití závitoměru, který měří průměr šroubu a stoupání závitu.

Krok 2: Rozhodněte se o své technice zvedání

Dalším krokem je výběr techniky zvedání. Existují dvě hlavní metody: kroutící moment k výnosu a kroutící moment k úhlu.

Torque-to-Yield je metoda měření pružnosti šroubu pro určení vhodné velikosti napětí. To zahrnuje použití momentového klíče k utažení šroubu na specifikovanou úroveň utahovacího momentu a zároveň sledování prodloužení šroubu pomocí mikrometru. Jakmile je šroub vysunut na požadovaný práh, šroub se tam drží, aby se dosáhlo požadovaného napětí.

Metoda krouticího momentu a úhlu využívá k určení vhodné velikosti napětí požadovanou hodnotu krouticího momentu a úhel natočení. To zahrnuje použití momentového klíče k utažení šroubu na zadanou hodnotu utahovacího momentu a následné zatlačení šroubu pod určeným úhlem.

Krok 3: Výpočet točivého momentu

Po určení velikosti šroubu a výběru způsobu utahování je dalším krokem výpočet požadovaného krouticího momentu. Toho je dosaženo pomocí vzorce, který souvisí s průměrem šroubu, technikou utahování a požadovanou úrovní točivého momentu.

Vzorec pro výpočet utahovacího momentu:

T = točivý moment

K = koeficient tření

D = průměr šroubu

Zatížení (F) je určeno na základě požadovaného napětí a plochy průřezu šroubu. Koeficient tření (K) je určen na základě stavu povrchu šroubu a jeho okolí. Průměr šroubu (D) je průměr závitu šroubu.

Tabulku krouticího momentu lze také použít k určení doporučených hodnot točivého momentu pro různé velikosti šroubů a třídy materiálů.

Výpočet utahovacího momentu je důležitým aspektem zajištění bezpečnosti a spolehlivosti mechanického zařízení. Nesprávný točivý moment může způsobit předčasné opotřebení, poškození nebo dokonce katastrofální selhání. Vezmeme-li v úvahu faktory, které ovlivňují krouticí moment a dodržíme příslušný postup výpočtu krouticího momentu, je možné zajistit, že spojovací prvky jsou řádně utaženy v rámci požadovaných tolerančních úrovní.

9. Výpočet závitových spojů zatížených smykovou silou při montáži šroubů s vůlí a bez vůle.

Šrouby jsou instalovány s mezerou.

Zatížení z jedné části na druhou se v tomto případě přenáší v důsledku třecí síly ve spoji částí v důsledku utažení šroubu. Kritériem pro funkčnost spojení je v tomto případě absence vzájemného posunutí částí.

Zavedením součinitele bezpečnosti adheze pro smykové síly k _sd a vyjadřující F _tr utahovací silou F _zat a součinitel tření f dostaneme

Proto potřebná utahovací síla

Vypočítaný průměr šroubu se určí podle vzorce ; součinitel bezpečnosti pro smykové namáhání k _sd se bere rovno 1,2 (menší hodnoty pro statické zatížení, větší hodnoty pro proměnné zatížení).

Šrouby jsou instalovány bez mezery.

V tomto případě je vnější síla přenášena tyčí šroubu, která pracuje ve smyku podél řezu 1-1, a také třecími silami ve spoji částí od utahování šroubu. Vliv třecí síly ve spoji částí je zanedbáván, což výrazně zjednodušuje výpočet. Malá chyba povolená v tomto případě přechází do bezpečnostní rezervy. Smyková napětí v nebezpečném řezu tyče šroubu

kde [τ] = (0,2, 0,3)σ_т — přípustné smykové napětí; σ_т — mez kluzu materiálu šroubu.

Proto průměr tyče šroubu

Pro malé tloušťky spojovaných dílů je nutné provést přibližný ověřovací výpočet pro drcení.

Pro malé tloušťky spojovaných dílů je nutné provést přibližný ověřovací výpočet pro drcení, kde [ σ ] _cm = (0,35 0,45) • σ_т — přípustné tlakové napětí slabší z dotýkajících se částí; d_c δ₁ a d _с (δ₂ -c) — konvenční plochy drcení (boční plocha válce je nahrazena plochou průměrného průřezu šroubu (šroubu)); σ_т — mez kluzu materiálu vypočítané součásti.

10. Výpočet závitových spojů zatížených momentem síly v rovině spoje při montáži šroubů s vůlí a bez vůle.

Předpoklady: 1) všechny šrouby jsou utaženy stejně 2) vnější zatížení se přenáší zónami kolem šroubů 3) spojené části jsou považovány za absolutně tuhé => otáčení konzoly se provádí kolem bodu O, což je těžiště útvaru tvořeného průřezem šroubů => síly vznikající z momentu na šroubech jsou úměrné vzdálenosti od těžiště k ose šroubu.

Podmínka rovnováhy pro síly vznikající z momentu:

z_i – počet šroubů umístěných ve stejné vzdálenosti r_i .

Dále se provede geometrické sčítání

Je nalezen nejvíce zatížený šroub a spustí se pro něj výpočty s ohledem na to, zda je instalován s mezerou nebo bez ní. Pokud je šroub instalován s mezerou, pak se vypočítá pro podmínku nehybnosti, a pokud bez mezery, pak se vypočítá pro smyk a drcení.