Plochá nosná plocha skrutky s panvovou hlavou: Sprievodca rozdelením zaťaženia a výberom hlavy

Dodávateľ spojovacích materiálov dodal 500 000 samorezných skrutiek s plochou hlavou do závodu na výrobu kovových krytov pri úspore nákladov 8 percent na jednotku. Prvá sťažnosť prišla do mesiaca: hlavy skrutiek sa zaborili do 1,2 mm pozinkovaného plechu, prášková vrstva praskala v radiálnych vzoroch okolo každej hlavy a testy vytiahnutia klesli o 30 percent pod predchádzajúcu zostavu priehradovej hlavy. Vlákno nebol problém. Rozloženie zaťaženia plochej nosnej plochy skrutky s plochou hlavou bolo.

Plochá spodná strana skrutky s oválnou hlavou je rozhraním, ktoré prenáša celú upínaciu silu z upevňovacieho prvku do spájaného materiálu. Keď je toto rozhranie príliš malé, zle opracované alebo spárované s nesprávnym otvorom, spoj lokálne zlyhá, aj keď sa samotná skrutka nikdy nezlomí. Tento článok vysvetľuje, ako dimenzovať a vybrať skrutky s plochou hlavou na základe geometrie nosnej plochy, s merateľnými cieľmi, ktoré môžete použiť pri kontrolách obstarávania a pri montáži.

Ako plochá nosná plocha premieňa predpätie na kontaktný tlak

Plochá dosadacia plocha je prstencová podložka pod hlavou skrutky, ktorá prenáša plné axiálne predpätie spoja do upnutého materiálu. Pri danom krútiacom momente skrutka s o 30 percent väčšou nosnou plochou znižuje povrchové napätie zhruba o 23 percent, čo je často rozdiel medzi stabilným spojom a klesajúcou hlavou. Kontaktný tlak sa rovná predpätiu vydelenému plochou ložiska: P = F / A.

Vezmite skrutku M5 so štandardnou vôľou otvoru 5,5 mm a nominálnym priemerom hlavy 9,5 mm. Kruhová plocha pod hlavou je asi 70,9 mm2, ale otvor odoberie asi 23,8 mm2, čím zostane efektívna plocha ložiska približne 47 mm2. Pri predpätí 2 kN je prítlačný tlak 42,5 MPa, čo je dostatočne nízka hodnota pre konštrukčnú oceľ, ale už presahuje medzu klzu mnohých hliníkových zliatin a väčšiny plastov.

Pre špecifikáciu spoja je praktické pravidlo jednoduché: vypočítajte tlak ložiska pred schválením popisu upevňovacieho prvku. Ak hodnota presahuje medzu klzu substrátu alebo jeho dlhodobý limit tečenia, zmeňte štýl hlavy, pridajte podložku alebo znížte predpätie.

Oblasť ložiska skrutky s panvovou hlavou: merané porovnanie

Normy geometrie hlavy dávajú každému štýlu hlavy inú nosnú oblasť a tento rozdiel sa okamžite prejaví v údajoch o napätí povrchu. Nižšie uvedená tabuľka porovnáva skrutku M5 v štyroch bežných typoch hlavy s použitím menovitých rozmerov a upínacej sily 2 kN. Hodnoty sú zaokrúhlené referenčné čísla pre technické vyhodnotenie, nie certifikované skúšobné údaje.

Zápustný rad vysvetľuje, prečo sú zápustné skrutky pravidelne obviňované z preťahovania cez tenký plech: geometria kužeľa sústreďuje zaťaženie na úzky prstenec namiesto plochej prstencovej podložky. Nič z toho neznamená, že panvová hlava má zlý dizajn. To znamená, že projektant musí prispôsobiť nosnú plochu podkladu. Pre oceľové konštrukcie s hrúbkou nad 3 mm zvyčajne postačuje 47 mm2 panvice M5 bez podložky. Pre mäkšie alebo tenšie podklady je nutný nosník alebo prírubová hlava, pokiaľ nie je pridaná podložka.

Ak kontrolujete skrutky pre samovŕtanie alebo samorezné práce, geometria hrotu a tvar závitu stále riadia správanie pri inštalácii, takže logika úplného výberu samorezné skrutkové body a aplikácie treba čítať spolu s číslami nosných plôch vyššie.

Keď plochá nosná plocha uprednostňuje rozloženie zaťaženia panvovej hlavy

Vyberte skrutku s oválnou hlavou, keď je substrát kovový, profil zostavy musí zostať nízky a vypočítaný tlak ložiska zostáva pod hranicou prieťažnosti substrátu. Ploché rozloženie zaťaženia dosadacej plochy otočnej hlavy je kontrolovaným stavom: prstencová podložka je rovnobežná s upínacou rovinou, vonkajší okraj je ostrý a spodná strana je plochá. To je dôvod, prečo sú otočné hlavy predvolené pre odnímateľné panely s vysokým cyklom, kde opakovateľnosť nosnej plochy bráni postupnému klesaniu počas viacerých cyklov krútiaceho momentu.

Pre hliníkové okenné profily a tenkostenné oceľové rámy je rozloženie plošného zaťaženia plochej nosnej plochy hlavy obvykle dostatočné, keď je voľný otvor dodržaný podľa špecifikácie. Ak musíte zakryť nadrozmerný otvor, konštrukčnou fixou je upravená podperná hlava alebo prírubová skrutka s väčším vonkajším priemerom, nikdy nie plastová podložka kombinovaná s vyšším krútiacim momentom.

Štyri skutočné aplikácie, ktoré sa spoliehajú na plochý nosný povrch

Plechové kryty, tenké hliníkové výlisky, odnímateľné ochranné kryty a spoje medzi konzolou a rámom sú aplikácie, kde sa testuje výkon plochého ložiskového povrchu skrutky s plochou hlavou pri každej zmene. Nosná plocha zabraňuje lokálnemu pretláčaniu, udržuje farbu a práškové lakovanie neporušené a udržuje predpätie bez postupného uťahovania.

• Elektrické a ovládacie skrine na 1,0 až 1,5 mm galvanizovanom oceľovom plechu: Samorezné skrutky M4 alebo M5 s plochou hlavou, s úložnými plochami 34 až 47 mm2, zabraňujú potopeniu hlavy pri vysokorýchlostnej jazde.
• Zostava hliníkového okenného rámu, kde majú steny hrúbku 1,2 až 1,8 mm: samorezné skrutky s oválnou hlavou rozdeľujú upínaciu silu pred pásikmi so závitom za predpokladu, že vodiace otvory zostanú v odporúčanom rozsahu priemerov.
• Ochranné a prístupové panely sa otvárajú niekoľkokrát týždenne: plochá spodná strana udržuje opakovateľnú upínaciu rovinu počas mnohých montážnych a servisných cyklov.
• Strešné a stenové opláštenie nad oceľovými väznicami: Krídlové samorezné varianty s tanierovými hlavami vyčistia materiál a potom sa spoliehajú na plochú podložku pre konzistentný prítlak svorky.

Samorezné skrutky s panvovou hlavou na kovové upevnenie Tieto skrutky sú vybavené integrovaným hrotom vŕtania a širokou hlavou na rovnomerné rozloženie zaťaženia v zostavách z plechu a ľahkej ocele, čím podporujú konzistentný montážny krútiaci moment a povrchy odolné voči korózii pre náročné prostredia. Zobraziť produkt →

Výber materiálu mení správanie ložiska menej ako geometria, ale výrazne mení správanie voči korózii. Vo vonkajšom a mokrom prostredí skrutka z nehrdzavejúcej ocele s otočnou hlavou udržuje nosnú plochu bez zdvihu oxidu, ktorý by inak zvýšil trenie a znížil dosiahnuté predpätie pri rovnakom krútiacom momente. Toto je zahrnuté v návode na výber uhlíkovej ocele a nehrdzavejúcej ocele Sprievodca triedami, vlastnosťami a povlakmi skrutiek z uhlíkovej ocele .

Samorezné skrutky SUS304 z nehrdzavejúcej ocele Tieto skrutky z nehrdzavejúcej ocele 304, ktoré ponúkajú vysokú odolnosť proti korózii a samorezný dizajn, sa hodia k nábytku, vonkajším inštaláciám a montáži zariadení, kde záleží na vzhľade a odolnosti, hoci nie sú vyrobené pre vysokú pevnosť. Zobraziť produkt →

Keď je podkladom tvrdená oceľ alebo je zostava vystavená zvýšenej teplote, skrutky SUS410 z martenzitickej nehrdzavejúcej ocele s okrúhlou hlavou udržujú tvrdý a stabilný nosný povrch, ktorý odoláva Brinellingu pri predpätí. Platia rovnaké pravidlá geometrie, ale materiál zvyšuje praktický strop predpätia predtým, ako sa označovanie povrchu stane problémom.

Samorezné skrutky SUS410 s vysokou pevnosťou Tepelne upravená martenzitická nehrdzavejúca oceľ SUS410 poskytuje tvrdý nosný povrch, ktorý odoláva Brinellingu pri predpätí, vďaka čomu sú tieto skrutky spoľahlivé na spájanie hliníka a aplikácie zahŕňajúce tvrdenú oceľ alebo zvýšené teploty. Zobraziť produkt →

Tri chyby na ložiskových plochách, ktoré sa prejavia ako zlyhania kĺbov

Väčšina porúch ložiskového povrchu nie je chybou konštrukcie skrutky; sú výsledkom troch opakujúcich sa chýb výberu, ktoré sa dajú ľahko overiť pri kontrole výkresu.

1. Nadrozmerné priechodné otvory. 7 mm otvor pod hlavou M5 odstraňuje viac ako tretinu použiteľnej prstencovej podložky a posúva kontaktné napätie zo 42,5 MPa na 60 MPa. Zadajte najbližší štandardný otvor, ktorý je 5,5 mm pre M5, alebo prejdite na väčší štýl hlavy.
2. Prispôsobenie hlavy k vodiču namiesto substrátu. Výber skrutky, pretože ju dodávateľ skladuje v správnom vybraní pohonu, ignoruje skutočnú dráhu zaťaženia. Nosná plocha, nie vybranie, nesie prevádzkové zaťaženie.
3. Krútiaci moment na hranicu závitu na mäkkých materiáloch. Na hliníkovom alebo polymérom potiahnutom plechu skrutka odizoluje závit alebo deformuje okraj otvoru skôr, ako hlava dosiahne stabilnú svorku. Znížte krútiaci moment, pridajte podložku alebo prejdite na hlavu nosníka.

Často kladené otázky o ložiskových plochách panvice

Krátke odpovede na otázky, ktoré si inžinieri a kupujúci kladú najčastejšie pri špecifikácii skrutiek s plochou hlavou pre nosné spoje.

Zvyšuje väčšia plochá nosná plocha vždy pevnosť spoja?

Nie. Väčšia dosadacia plocha znižuje kontaktný tlak, ale tiež zaberá viac miesta, môže prekážať priľahlým komponentom a môže zmenšiť vôľu potrebnú pre prístup vodiča alebo kľúča. Vyberte najmenšiu hlavu, ktorá udržuje kontaktný tlak pod limitom substrátu, nie najväčšiu dostupnú hlavu.

Kedy by som mal pridať podložku pod skrutku s valcovou hlavou?

Pridajte tvrdenú plochú podložku vždy, keď vypočítaný prítlačný tlak prekročí medzu klzu podkladu, keď je voľný otvor predimenzovaný, alebo keď je potrebné skrutku opakovane dotiahnuť na lakovaný povrch. Podložka rozkladá zaťaženie a poskytuje konzistentnú treciu plochu pre hlavu.

Aký je rozdiel v rozložení zaťaženia medzi skrutkami s plochou hlavou a skrutkou s priehradovou hlavou?

Hlava nosníka má väčší priemer hlavy v porovnaní s rovnakou veľkosťou závitu, takže jej nosná plocha je väčšia. Na skrutke M5 ponúka hlava nosníka približne 80 mm2 oproti 47 mm2 pre panvovú hlavu, čo znižuje kontaktný tlak o približne 41 percent pri rovnakom predpätí. Hlava priehradového nosníka je preferovanou voľbou pre mäkké drevo, tenké plasty a plechy pod 1 mm.

Menia skrutky s oválnou hlavou z nehrdzavejúcej ocele správanie sa povrchu ložiska?

Nerezová oceľ mení trenie, nie geometriu ložiska. Hlavy SUS304 a SUS410 majú zvyčajne o niečo vyšší koeficient trenia s upínacím povrchom, takže dosiahnuté predpätie môže byť pri rovnakom krútiacom momente nižšie. Plocha plochy ložiska zostáva rovnaká, takže výpočty kontaktného tlaku stále platia, ale cieľové hodnoty krútiaceho momentu k predpätiu musia byť overené pre konkrétny materiál a stav mazania.