Klämlängdens betydelse - lång
Kort version
1 Definition av klämlängd Klämlängd definieras som den längd inom vilken fogade delar kläms samman, se Figur 1. Alternativt, längden från skruvskallens undersida till skruvens första gängvarv i ingrepp.
Figur 1. Foto av snittat skruvförband som visar dess klämlängd.
Klämlängden kan tyckas betydelselös men eftersom förbandet hålls samman med en elastisk förspänning får klämlängden en avgörande betydelse för förbandets dynamiska hållfasthet.
Normalt sjunker ett förbands klämkraft som funktion av sättning 20 – 50 % efter montering. Mer än 50 % är katastrofalt för ett chassiförband. Med en relativt lång klämlängd minskas risken eftersom förbandets styvhet i enheten kN/µm då blir lägre och en materialsättning i en mellanyta då inte innebär ett lika stort klämkrafttapp.
Av den anledningen har man erfarenhetsmässigt funnit att klämlängden bör vara minst två gånger skruvens gängdiameter. På svenska fordon är det inte alltid möjligt. Problem uppkommer också emellanåt när klämlängden är under en gängdiameter.
2 Förbandets styvhet
För att förstå hur klämlängden påverkar förbandets dynamiska hållfasthet ska vi titta närmare på förbandets styvhet.
Ett åtdraget skruvförband kan beskrivas som ett paket av fjädrar med olika fjäderkonstanter. Fjäderpaketet kan delas upp i:
- Skruvstammen, med styvhet k1
- Skruvhuvudet, med styvhet k2
- Skruvgängan, med styvhet k4
- Det motgående fästelementet,med styvhet k3
- Underlaget, med styvhet k5.
Figur 2. Enkel illustration av ett skruvförband som ett system av fjädrar med olika styvheter (k1, k2, k3, k4 etc.).
Styvheten hos det kompletta förbandet (ktot) erhålles som en funktion av de ingående delarna enligt följande:
1 1 1 1 1 1
-- = --- + --- + --- + --- + ---
ktot k1 k2 k3 k4 k5
och där k4 beskriver böjstyvheten hos fästelementens gängor.
Denna kedja av styvhetstermer kan sägas beskriva förbandsloopens gummibandsegenskaper. Dess styvhet blir förbandets förmåga att "absorbera" sättningar i mellanytor.
Figur 3. Schematisk illustration av förbandet förspänningsloop i ett monterat förband. NOTERA att den elastiska förspänningen hos respektive element är kraftigt överdriven.
Styvheten hos skruvstammen inom förbandets klämlängd och hos klämda delar är de mest avgörande.
En stor klämlängd ger en låg skruv- och klämd flänsstyvhet och hela förbandsloopens styvhet blir relativt låg. Förbandsloopens styvhet kan beräknas (se kapitlet FJÄDERKONSTANT) och för ett M10 förband med två olika klämlängder blir den:
0.26 kN/µm om klämlängd är 10 mm (1d)
0.16 kN/µm om klämlängd är 30 mm (3d)
3 Beräkning
Antag nu att de klämda styckena är ED-lackerat stål med en ytfinhet av ca 4Ra, samt att mutter och skruv består av zinkflakeytbehandlat (se Kap. Ytbehandling och Korrosion) 8.8 stål och med en ytfinhet av ca 4Ra. Sättning vid dynamisk belastning blir då:
- Ca 15 µm mellan zinkflakeytbehandlad skruvskalle och ED-lackerat stålstycke.
- Ca 15 µm mellan de ED-lackerade stålstyckena.
- Ca 10 µm mellan ED-lackerat stålstycke och zinkflakeytbehandlad mutterfläns (förbandet dras åt på muttern och ytan glättas upp något, därav endast 10 µm).
- Ca 5 µm mellan fästelementens gängor (ytorna glättas upp och anpassas mot varandra vid åtdragning, därav endast 5 µm).
Totalt sättning blir ca 45 µm
Sättningsförlust
Med ursprunglig klämkraft om 25 kN (målvärde för momentmonterat 8.8 förband) och en sättning om ca 45 µm blir kvarstående klämkraft:
13 kN = 52 % för klämlängd 10 mm
18 kN = 72 % för klämlängd 30 mm
Slutsats
Dynamiskt höghållfasta förband bör konstrueras
med en relativt lång klämlängd.
Uppdaterad 2016-02-01
|
