KÖTÉSEK FELADATA, HATÁSMÓDJA. CSAVARKÖTÉS (Vázlat)

Gépészeti rendszerek

KÖTÉSEK FELADATA, HATÁSMÓDJA. CSAVARKÖTÉS (Vázlat)

Dr. Kerényi György

Kötések Gépészeti rendszerek

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

Kötések osztályozása Gépészeti rendszerek

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 Gépészeti rendszerek

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. Dr. Kerényi György

2

Gépészeti rendszerek


Csavarkötések Gépészeti rendszerek

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

Csavarkötés elemei Gépészeti rendszerek

Tőcsavar,

a

b

hernyócsavar

c

Anyák

a

b

c

d

e

f



A csavarok és anyák anyagainak szilárdsági előírásait az MSz 229/2 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; 12.9 és 14.9. 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; 12; 14. A csoportjelének 100 -szorosa az un. vizsgálati feszültség MPa-ban kifejezve, ami annak az orsónak a minimális szakítószilárdsága amellyel az anya párosítható.


4


Ászokcsavar

Hatlapfejű csavar Hatlapú anya

Hatlapfejű csavar

Hatlapú anya Rugós alátét

Rugós alátét


Csavarkötés Gépészeti rendszerek

Csőkarimák csavarkötései


5

A csavarkötés Gépészeti rendszerek

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 Gépészeti rendszerek

A metrikus menetű anya meghúzásakor fellépő erők, ahol: • Mv : meghúzási nyomaték • Fv : előfeszítő erő • Fk : anya meghúzásához szükséges kerületi erő • ρ : súrlódási félkúpszög • β : menet profilszög • α : menetemelkedési szög • d2 : menet középátmérője Dr. Kerényi György

6

Erőhatások meghúzáskor Gépészeti rendszerek

A menetemelkedés szöge:

  arctg

Az ékhatás miatt

FN cos

d 2

ahol P a menetemelkedés.

FS   F N

A mozgást akadályozó súrlódási erő:

FN 

P

ahol

  tg 



 2

Bevezetve a látszólagos súrlódási félkúpszöget:



   arctg    arctg

cos

 2

Az anya meghúzásához szükséges Fk kerületi erő

Fk  Fv tg (   ) Dr. Kerényi György

Erőhatások lazításkor Gépészeti rendszerek

A lazításhoz szükséges kerületi erő meghatározása 1. Ha önzáró a csavarkötés, azaz akkor a kerületi erő:

  

Fk  Fv tg (   )

2. Ha nem önzáró a csavarkötés, azaz

  

akkor az anya magától lecsavarodik az orsóról. Dr. Kerényi György

7

Meghúzási nyomaték Gépészeti rendszerek

A meneteken fellépő kerületi erőből a csavar meghúzási ill. lazítási nyomatéka:

M v  Fv

d2 tg (   ) 2

Az anya meghúzásakor az anya homlokfelületén fellépő súrlódásból számítható nyomaték: d M a  Fv  a a 2 ahol

da : az anya felfekvő felületének középátmérője μa : az anya felfekvő felületén a súrlódási tényező

Az anya teljes meghúzási nyomatéka:

d d  M  Fv  2 tg (   )  a  a  2 2  Dr. Kerényi György

Klein diagram Gépészeti rendszerek

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

Csavarbiztosítások Gépészeti rendszerek

A csavarbiztosítások a csavarkötés üzemelés közbeni lelazulása ellen védenek. Hatásmechanizmusuk szerint megkülönböztetünk • alakkal záró • erővel záró • anyaggal záró biztosításokat.

Alakkal záró csavarbiztosítások Dr. Kerényi György


Erővel záró csavarbiztosítások

Kúpos anya

Alátétek

Biztosító elemes anya

Bemetszett anya

Szorítóelemes anya


9


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 Gépészeti rendszerek

II. A csavarkötés mint alakkal záró kötés Az orsó teherbírása húzóerő hatására. (A kötések elemzése alapján)


10


1. Terhelések: az orsó terhelése Fv húzóerő 2. A hatásfelületek: a. terhelésátadó felület (Ap ) b. veszélyes keresztmetszet (Aτ ) Ap 

d 2  D12 i 4

A  D1m ahol i : anya menetszáma m: anya magassága Dr. Kerényi György


3. Egységnyi felületre eső terhelés meghatározása:

p átlag 

Fv Ap

 átlag 

Fv A

4. Összehasonlítás a határállapottal:

n

p meg

n

p átlag

 meg  átlag


11

A csavarkötés modellje Gépészeti rendszerek

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 Gépészeti rendszerek

Az l hosszúságú rúd megnyúlása F erő hatására f :

f 

Fl AE

Az F = f (f) függvénykapcsolatot rugókarakterisztikának nevezzük, amely lineárisan rugalmas testek esetén egyenes, jellemzője a rugómerevség (s).

tg  

F N  s   f  mm 

Húzott rúd esetén:

s

AE l


12

Előfeszítési háromszög Gépészeti rendszerek

Közrefogott elemek összenyomódása és a csavar megnyúlása (Alakváltozás eltúlozva!)


Előfeszítési háromszög Gépészeti rendszerek

A csavar és a közrefogott elemek karakterisztikája együtt ábrázolva: Fv: előfeszítőerő λ1 : a csavar megnyúlása λ2 : a közrefogott elemek összenyomódása


13

Erő jellegű lazítás Gépészeti rendszerek

Külső lazítás esetén a lazítóerő a csavarfej alatt hat.

A rúgók párhuzamos kapcsolásúak a csavarkötés modelljében.


Külső lazítás Gépészeti rendszerek

A bejelölt háromszögek hasonlóságát felhasználva kifejezhető a csavarerő növekménye (F1) az Fü erő hatására

F1 

s1 Fü s1  s2

A közrefogott elem erőcsökkenése:

F2 

s2 Fü s1  s2

A csavarerőhatás ábra Dr. Kerényi György

14

Kritikus erő Gépészeti rendszerek

A csavarkötés kritikus terhelése, amelynél a kötés teljesen lelazul, vagyis F2 = Fv :

Fv 

s2 Fkrit s1  s 2

amelyből

Fkrit 

s1  s 2 Fv s2


Mozgató csavarorsók Gépészeti rendszerek


15


Mozgató csavarorsók terhelése és menet nyomatéka közötti kapcsolat, valamint a fellépő feszültségek hasonló módon számíthatók, mint a kötőcsavaroknál:

M M  FV tg   

d2 2

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): Dr. Kerényi György



16



17

KÖTÉSEK FELADATA, HATÁSMÓDJA. CSAVARKÖTÉS (Vázlat)

Recommend Documents