Utmattning - lång
Kort version
1 Inledning
Maskinkonstruktioner är ofta utsatta för dynamisk (pulserande) belastning. En skruvs utmattningshållfasthet är därför en viktig parameter vid dimensionering av ett skruvförband. Skruvens utmattningshållfasthet bestäms av skruvens dimension samt dess tillverkningsmetod.
Förband måste dimensioneras så att de dynamiska laster som verkar på förbandet inte i sin tur ger laster på skruven som överstiger skruvens utmattningshållfasthet.
Annars kan utmattningsbrott uppkomma. För skruvar anger man därför tillåten spänningsamplitud σu (Tabell 1) som den amplitud som ger brott efter 107 cykler. För att skruven ska ha tillräcklig utmattningshållfasthet ska den för belastningsfallet aktuella amplituden σa vara mindre än σu, se beräkningar nedan.
Tabell 1. Max tillåten spänningsamplitud [Colly Company].
| Hållfasthetsklass |
Tillstånd |
Tillåten spänningsamplitud
σu (N/mm2) |
| 8.8 |
Rullad gänga Obehandlad + Fzb
Rullad gänga, varmförzinkad
Skuren gänga, obehandlad |
50 - 60
35
35 |
| 10.9 |
Rullad gänga, obehandlad + Fzb |
45 |
| 12.9 |
Rullad gänga, obehandlad |
35 |
| 12.9 UNB |
Rullad gänga, obehandlad + Fzb |
70 < M10
60 < M16
50 > M16 |
| 12.9 UNB |
REH. Rullad gänga efter härdning |
50 - 100 |
| Rostfritt |
|
|
| A2-70, A2-80 |
Rullad gänga, obehandlad |
40 |
| A4-70, A4-80 |
Rullad gänga, obehandlad |
40 |
2 Teoretiska samband
Utmattning vid alternerande (pulserande) axiell belastning av skruvförbandet bestäms av påkänningen som uppkommer på grund av krafttillskottet i skruven (ΔFb), se Figur 1 samt kap. Kraft-Förlängningsdiagram.
Figur 1. F-δ diagram vid axiell belastning av skruvförbandet.
Sambandet för den alternerande spänningen i skruven ges av:
Ovanstående samband gäller vid centrisk yttre belastning av förbandet, dvs. när den yttre axiella belastningen går genom skruvens centrumlinje.
Den uppkomna, alternerande spänningen ska ställas i förhållande till hur mycket skruven maximalt klarar av innan risk för utmattningsbrott föreligger. Maxgränsen bestäms bland annat av skruvdiametern samt skruvens tillverkningsmetod.
För skruvar där gängorna har rullats FÖRE värmebehandling (dvs. före härdning) ges utmattningsgränsen av:
där d är skruvens nominella diameter i mm.
Skruvar vars gängor har rullats EFTER värmebehandling (dvs. efter härdning) har något högre utmattningsgräns. Sambandet för den här typen av skruvar ges av:
Ovanstående två ekvationer gäller då  samt då antalet lastcykler är högre än 2 miljoner.
3 Riktlinjer
- Böjbelastning av skruven skall till varje pris undvikas.
- Hålen bör vara fasade och radien under skruvskallen är viktig.
- Utmattningsbrott startar lokalt där spänningen är högst. Om de första gängorna tar upp en stor del av skruvkraften utgör de potentiella brottanvisningar. Åtgärder som ger jämnare belastning på flera gängor bör vidtagas och skruvens gängor bör inte börja just där gods- eller muttergängan börjar. HELICOIL insatsgängor är i det fallet fördelaktiga och ger högre utmattningshållfasthet.
- Utmattningshållfastheten varierar mellan olika fabrikat. Anledningen är att faktorer som material, gängutlopp, radie mellan skruvskalle och skruvstam, gängans kvalitet (bottenradie), ytfinish etc. i mycket hög grad påverkar utmattningshållfastheten.
- Elasticiteten i skruv och hopfogade delar har en avgörande betydelse för hur stor skruvens tillsatskraft blir. Ett gynnsamt klämlängdsförhållande Lk/d kan höja utmattningshållfastheten väsentligt.
- Underlaget i excentriskt belastade förband kan bete sig mindre styvt om skruven är dåligt åtdragen (eller om stor sättning ägt rum), vilket medför en ofördelaktigare lastfördelning mellan underlag och skruv vid dynamisk belastning med högre utmattningskänslighet som följd.
- Förspänningskraftens storlek påverkar i hög grad utmattningshållfastheten. Om godset fullständigt avlastas under en del av lastcykeln tas den fortsatta lastökningen upp av skruven. Genom att använda höghållfasta skruvar kan förspänningskraften ökas. Den kvarvarande förspänningskraften efter sättningsförlust, yttre last etc. blir därmed högre varvid tillskottskraften i skruven blir lägre.
- Om det av någon anledning ej går att förspänna ett skruvförband maximalt eller om det finns risk för att förspänningskraften minskar eller helt går förlorad på grund av sättningsförluster etc. kan skruvar som rullgängats efter härdning (REH) användas. Utmattningshållfastheten är upp till två gånger högre jämfört med skruvar som rullgängats före härdning.
Uppdaterad 2013-05-02
|
