Właściwości mechaniczne

Większość zastosowań elementów złącznych ma na celu podtrzymywanie lub przenoszenie pewnego rodzaju obciążenia przyłożonego z zewnątrz.Jeśli liczy się tylko wytrzymałość łącznika, zwykle nie ma potrzeby wykraczać poza stal węglową.Nad

90% wszystkich elementów złącznych wykonanych jest ze stali węglowej.Ogólnie biorąc, biorąc pod uwagę koszt surowców, metale nieżelazne powinny być brane pod uwagę tylko wtedy, gdy wymagane jest specjalne zastosowanie.

Wytrzymałość na rozciąganie

Najczęściej kojarzoną właściwością mechaniczną związaną ze standardowymi łącznikami gwintowanymi jest wytrzymałość na rozciąganie.Wytrzymałość na rozciąganie to maksymalne obciążenie przyłożone do rozciągania, jakie element złączny może wytrzymać przed lub zbiegając się z jego pęknięciem (patrz rysunek 1).

Obciążenie rozciągające, jakie może wytrzymać łącznik, jest określone wzorem

P = ST x As Przykład (patrz załącznik dla ST oraz As wartości)

gdzie 3/4-10 x 7” SAE J429 klasa 5 HCS

P = obciążenie rozciągające (funt, N) ST = 120 000 psi

ST = wytrzymałość na rozciąganie (psi, MPa) As = 0,3340 kw. cal

As = powierzchnia naprężenia rozciągającego (cal kwadratowy, mm kwadratowy) P = 120 000 psi x 0,3340 sq. cal

P = 40 080 funtów.

W przypadku tej zależności należy zwrócić szczególną uwagę na definicję obszaru naprężenia rozciągającego, As.Kiedy standardowy łącznik gwintowany zawodzi przy czystym naprężeniu, zwykle pęka przez część gwintowaną (jest to charakterystycznie najmniejszy obszar).Z tego powodu obliczana jest powierzchnia naprężeń rozciągających

poprzez wzór empiryczny obejmujący średnicę nominalną łącznika i skok gwintu.Tabele określające ten obszar znajdują się w załączniku.

Obciążenie próbne reprezentuje użyteczny zakres wytrzymałości dla niektórych standardowych elementów złącznych.Z definicji obciążenie próbne jest przyłożonym obciążeniem rozciągającym, które element złączny musi wytrzymać bez trwałego odkształcenia.W innych

słowa, śruba powraca do swojego pierwotnego kształtu po usunięciu obciążenia.

Rysunek 1 ilustruje typową zależność naprężenie-odkształcenie śruby podczas przykładania obciążenia rozciągającego.Stal posiada pewną elastyczność podczas rozciągania.Jeśli obciążenie zostanie usunięte, a element złączny nadal znajduje się w zakresie elastyczności, element złączny zawsze powróci do swojego pierwotnego kształtu.Jeśli jednak przyłożone obciążenie spowoduje, że łącznik przekroczy granicę plastyczności, wchodzi on teraz w zakres plastyczny.Tutaj stal nie jest już w stanie powrócić do swojego pierwotnego kształtu, jeśli ładunek zostanie usunięty.Granica plastyczności to punkt, w którym następuje trwałe wydłużenie.Gdybyśmy nadal przykładali obciążenie, osiągnęlibyśmy punkt maksimum

stres znany jako ostateczna wytrzymałość na rozciąganie.Po przekroczeniu tego punktu zapięcie kontynuuje „szyjkę” i wydłuża się

1

dalej z redukcją stresu.Dodatkowe rozciąganie ostatecznie spowoduje pęknięcie łącznika w punkcie rozciągania.

Ścinanie Wytrzymałość

Wytrzymałość na ścinanie jest definiowana jako maksymalne obciążenie, które może być podparte przed pęknięciem, przyłożone pod kątem prostym do osi łącznika.Obciążenie występujące w jednej płaszczyźnie poprzecznej nazywane jest ścinaniem pojedynczym.

Podwójne ścinanie to obciążenie przyłożone w dwóch płaszczyznach, w których łącznik można było pociąć na trzy części.Rysunek 2 to

przykład podwójnego ścinania.

W przypadku większości standardowych łączników gwintowanych wytrzymałość na ścinanie nie jest specyfikacją, mimo że łącznik może być powszechnie stosowany w zastosowaniach związanych ze ścinaniem.Podczas gdy badanie ścinania nitów zrywalnych jest dobrze ustandaryzowaną procedurą, która wymaga pojedynczego przyrządu do badania ścinania, technika testowania łączników gwintowanych nie jest tak dobra

zaprojektowany.W większości procedur stosuje się uchwyt z podwójnym ścinaniem, ale różnice w projektach uchwytu testowego powodują duży rozrzut mierzonych wytrzymałości na ścinanie.

Aby określić wytrzymałość materiału na ścinanie, ważna jest całkowita powierzchnia przekroju płaszczyzny ścinania.W przypadku płaszczyzn ścinania przechodzących przez gwinty możemy użyć równoważnego obszaru naprężenia rozciągającego (NS).

Rysunek 2 ilustruje dwie możliwości przyłożonego obciążenia ścinającego.Jedna ma płaszczyznę ścinania odpowiadającą gwintowanej części śruby.Ponieważ wytrzymałość na ścinanie jest bezpośrednio związana z powierzchnią przekroju netto, mniejsza

obszar spowoduje niższą wytrzymałość śruby na ścinanie.Aby w pełni wykorzystać właściwości wytrzymałościowe, preferowanym projektem byłoby umieszczenie pełnego trzonu chwytu w płaszczyznach ścinania, jak pokazano z połączeniem po prawej stronie.

Gdy dla zwykłych stali węglowych o twardości do 40 HRC nie podano wytrzymałości na ścinanie, często wykorzystuje się 60% ich wytrzymałości na rozciąganie po dodaniu odpowiedniego współczynnika bezpieczeństwa.Powinno to być używane tylko jako oszacowanie.

Zmęczenie Wytrzymałość

Element złączny poddany powtarzającym się obciążeniom cyklicznym może nagle i nieoczekiwanie pęknąć, nawet jeśli obciążenia są

znacznie poniżej wytrzymałości materiału.Łącznik ulega zmęczeniu.Wytrzymałość zmęczeniowa to maksymalne naprężenie, jakie łącznik może wytrzymać przez określoną liczbę powtarzających się cykli przed jego uszkodzeniem.

Wytrzymałość na skręcanie

Wytrzymałość na skręcanie to obciążenie zwykle wyrażane w postaci momentu obrotowego, przy którym łącznik ulega uszkodzeniu poprzez skręcenie wokół własnej osi.Wkręty samogwintujące i wkręty dociskowe wymagają próby skręcania.

Inne właściwości mechaniczne

Twardość

Twardość jest miarą odporności materiału na ścieranie i wgniecenia.W przypadku stali węglowych badanie twardości Brinella i Rockwella można wykorzystać do oszacowania wytrzymałości na rozciąganie elementu złącznego.

Dtytwórczość

2