Proč se šroub předepíná — BoltLab

Tohle je statická kopie kapitoly pro vyhledávače. Interaktivní verze má animované obrázky, kontrolní otázky a tlačítka, která příklad načtou do kalkulačky.

1. Proč se šroub předepíná

Šroubový spoj skoro nikdy nefunguje tak, že by šroub „držel“ součásti tahem. Funguje tak, že šroub stlačí spojované části k sobě, a ty se pak chovají jako jeden kus materiálu. Síla, kterou je stlačí, se jmenuje předpětí a značí se F₀ (u nás v souladu s VDI F_V).

Z toho plyne skoro všechno ostatní:

Provozní síla, která spoj rozevírá, se nesečte s předpětím — jen se o kousek podělí.
Příčná síla se přenáší třením, ne smykem ve šroubu.
Amplituda napětí ve šroubu je malá, takže šroub vydrží únavu.
Když předpětí klesne, zmizí všechny tři výhody naráz.

Šroub a sevřené příruby jsou dvě pružiny zapojené proti sobě. Když přijde provozní síla, nerozdělí se rovnoměrně — každá část si vezme podíl podle své tuhosti. Měkký šroub v tuhých přírubách si vezme málo, a to je přesně to, co chceme.

Co všechno předpětí ubírá

Předpětí, které vznikne při montáži (F_M), není to, které ve spoji zbude. Postupně z něj ubere:

sesednutí F_Z — mikronerovnosti dosedacích ploch se zplastizují,
rozptyl utažení α_A — momentový klíč trefí předpětí s přesností ±30 %,
teplota, pokud se šroub a příruby roztahují různě,
provozní síla sama, která odlehčí příruby o (1−Φ)·F_A.

F_Mmin = F_Kerf + (1−Φ)·F_A + F_Z + ΔF_VthVDI 2230 R5/1

F_Mmax = α_A · F_MminVDI 2230 R6/1

Návrh šroubu je pak jednoduchý příkaz: najdi šroub, který snese F_Mmax. To je celé jádro metodiky VDI 2230 a je to i to, co počítá karta „Montážní předpětí“ v kalkulačce.

V českých skriptech se stejná myšlenka píše přes tuhosti: F₀ = F_P·(ψ + c_př/(c_S+c_př)), kde ψ je požadovaná těsnost spoje. Je to totéž — jen se místo F_Kerf zadává poměrem k provozní síle.

Vyzkoušej

Přírubový spoj potrubí — osm šroubů M16, vnitřní přetlak drží těsnost.