Schrauben werden häufig für den Zusammenbau und die Verbindung verschiedener mechanischer Teile verwendet. Wie entsteht eine feste Verbindung ohne Schweißen oder Hitze? Wenn Schrauben falsch verwendet werden, können sie brechen oder beschädigt werden. Deshalb ist es wichtig, die Streckgrenze von Schrauben zu kennen. Viele Menschen wissen jedoch nicht, wie man die Streckgrenze von Schrauben berechnet.
Denken Sie daran, dass die Streckgrenze einer Schraube die maximale Spannung ist, der eine Schraube standhalten kann. Bei Überschreitung dieser Grenze verformt sich die Schraube oder bricht sogar, was zum Versagen der verbundenen Teile führt. Wenn Sie die Streckgrenze einer Schraube kennen, können Sie sie nutzen, um sicherzustellen, dass sie richtig verwendet wird. In diesem Artikel erkläre ich, wie man die Streckgrenze von Schrauben berechnet. Also, fangen wir an.
Was ist die Streckgrenze von Schrauben und warum ist sie so wichtig?
Bevor wir uns mit den Berechnungen befassen, sollten wir zunächst die Grundlagen der Streckgrenze von Schrauben verstehen.
Die Streckgrenze einer Schraube gibt die maximale Spannung an, der eine Schraube standhalten kann. Ab diesem Wert wird die Schraube überbeansprucht und kann sich verformen und schließlich brechen. Bolzen müssen innerhalb ihrer Streckgrenze verwendet werden. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Schraube keinem hohen Druck oder einer hohen Dehnung ausgesetzt ist, was zu einem Bruch der Verbindung führen könnte. Jede Schraubengröße hat einen anderen Wert für die Streckgrenze.
Wie ich bereits sagte, gibt es verschiedene Arten von Schrauben mit unterschiedlichen Güteklassen. Beispiele sind die Güteklasse 8.8 oder 10.9 und so weiter. Jeder dieser Bolzen hat eine andere Güteklasse und Streckgrenze. Im Allgemeinen hat die Güteklasse 8.8 eine geringere Streckgrenze als die Güteklasse 10.9. Die Auswahl dieser Schraubensorten hängt von Ihrem Einsatz und Ihren Anwendungen ab.
Die richtigen Schraubensorten helfen, Verbindungen zwischen zwei Teilen herzustellen, die jahrelang halten. Angenommen, Sie benötigen eine sehr feste Verbindung, die nicht locker sitzt. In einem solchen Fall wird eine Schraube höherer Qualität verwendet, da sie einer höheren Belastung standhält. Sie können die Schraube mit größerer Kraft anziehen. Trotz der hohen Belastung wird die Schraube nicht gedehnt oder verformt und bleibt an ihrem Platz gesichert.
Die Schraube wird im Allgemeinen mit etwa 70% ihrer Streckgrenze angezogen. Dies gewährleistet eine starke Verbindung zwischen den beiden Teilen und eine sichere Befestigung. Außerdem kann die Schraube bei Bedarf leicht entfernt werden, ohne sie zu überlasten oder zu überspannen. Eine Streckgrenze von 70% stellt auch sicher, dass die Schraube nicht zu stark belastet wird und sich dauerhaft verformt oder bricht.
Die Bedeutung der Streckgrenze von Schrauben
Die Kenntnis der Streckgrenze von Schrauben ist für Verbindungen zwischen zwei mechanischen Teilen sehr wichtig. Wenn Sie die Streckgrenze einer Schraube nicht kennen, ist die Wahrscheinlichkeit größer, dass Sie sie falsch einsetzen. Hier sind einige wichtige Gründe, warum die Streckgrenze von Schrauben wichtig ist:
- Wenn Sie zwei Teile miteinander verbinden, benötigen Sie Schrauben unterschiedlicher Größe. Wenn Sie eine sehr feste Verbindung benötigen, verwenden Sie eine Schraube mit einer höheren Streckgrenze. Auf diese Weise hält die Schraube höheren Belastungen stand und hält die Teile zusammen.
- Wie ich bereits sagte, haben verschiedene Schraubensorten unterschiedliche Streckgrenzen. Die Auswahl dieser Schraubensorten kann also verwirrend sein, wenn Sie die Streckgrenze der Schrauben nicht kennen. Sobald Sie die Streckgrenze der Schraube kennen, können Sie die richtige Schraubensorte für Ihre Bedürfnisse auswählen.
- Sie werden feststellen, dass Bauteile aufgrund von falschen Schrauben versagen. Wenn solche Schrauben hohen Belastungen ausgesetzt sind, dehnen sie sich. Infolgedessen wird die Verbindung zwischen den Teilen locker, was zu deren Versagen führt. Wenn Sie wissen, dass die richtige Schraube die richtige Festigkeit aufweist, wählen Sie die richtige Schraube. Diese Schraube bleibt stabil und verhindert, dass Teile versagen.
Wie berechnet man die Streckgrenze von Schrauben?
Die Berechnung der Streckgrenze von Schrauben ist einfach, wenn Sie die Formel kennen. Für die Berechnung gibt es eigentlich drei Schlüsselparameter, die wie folgt lauten:
- Spannung an der Streckgrenze.
- Querschnittsfläche
Nachstehend finden Sie die genaue Formel, mit der Sie die Streckgrenze der Schraube ermitteln können.
Streckgrenze der Schraube = Spannung an der Streckgrenze × wirksame Querschnittsfläche
F(y) = A (t) × S (y)
F (y) ist die Streckkraft - eine Spannung, der das Material standhalten kann. Über diese Grenze hinaus verformt sich die Schraube entweder dauerhaft oder bricht. A (t) ist die wirksame Fläche, in der sie einer Zugspannung ausgesetzt ist. Wie Sie wissen, hat jedes Material seine eigene Streckgrenze, die durch S (y) dargestellt wird.
Nehmen wir einen Fall an, in dem Sie eine Schraube der Güteklasse 10.9 haben. Die Schraubengröße ist in diesem Fall M12. Diese beiden Parameter helfen uns, die Streckgrenze des Materials und die Querschnittsfläche zu verstehen. Für eine Schraube der Güteklasse 10.9 mit der Größe M12:
Streckgrenze = 940 MPa
Zugspannungsfläche = 84,3 mm²
Sie können die genaue Streckkraft ermitteln, indem Sie die Werte in die obige Formel einsetzen:
F(y) = 84,3 × 940 = =79.242 N
Diese 79.242 N sind die maximale Streckkraft oder Kraft, die dieser Bolzen aushalten kann. Wenn die Kraft diese Grenze überschreitet, kann sich die Schraube verformen oder brechen. Denken Sie daran, dass Sie beim Anziehen der Schraube 70-80% dieser Kraft verwenden sollten. Dies ist die sicherste Grenze, bei der die Schraube so fest angezogen wird, dass die mechanischen Teile zusammengehalten werden. Unter dieser Belastung können Sie die Schraube auch wieder entfernen.
Metrisch vs. Imperial: Welche Auswirkungen haben sie auf die Berechnung der Streckgrenze von Schrauben?
Das metrische und das imperiale System sind zwei unterschiedliche Einheitensysteme. Sie werden in verschiedenen Teilen der Welt verwendet. So wird das imperiale System in der Regel in den Vereinigten Staaten und Kanada verwendet. In anderen Teilen der Welt, einschließlich Europa, wird dagegen das metrische System bevorzugt. Länder, die das imperiale System verwenden, orientieren sich an den SAE- oder ASTM-Normen.
Im Gegensatz dazu beruhen die metrischen Systeme auf ISO-Normen. Die Formel zur Berechnung der Streckgrenze von Schrauben bleibt jedoch für beide Einheitssysteme gleich und lautet wie folgt:
F(y) = A (t) × S (y)
Die Werte oder Parameter werden jedoch in unterschiedlichen Einheiten angegeben. Im metrischen System;
Zugspannungsfläche = mm²
Streckgrenze S (y) = MPa
Kraft = Newton (N)
Andererseits sind die Einheiten in den imperialen Systemen unterschiedlich, und zwar wie folgt:
Zugspannungsfläche = in²
Streckgrenze S (y) = Psi
Kraft = Pfund-Kraft (lbf)
Obwohl Sie dieselben Formeln verwenden, erhalten Sie unterschiedliche Ergebnisse, weil Sie unterschiedliche Einheiten verwenden. Diese Einheiten oder Werte sind jedoch austauschbar.
Wie kann man die Querschnittsfläche anhand der Schraubengröße bestimmen?
Wie ich bereits sagte, ist die Kenntnis der Querschnittsfläche wichtig für die Berechnung der Streckgrenze von Schrauben. Allerdings hat jede Schraubengröße eine andere Querschnittsfläche, was verwirrend sein kann. Im Folgenden finden Sie die genaue Formel, mit der Sie die Querschnittsfläche ermitteln können:
A = (π ÷ 4) × d²
Die Verwendung dieser Formel zur Ermittlung der Querschnittsfläche (Zugspannungsfläche) kann jedoch mühsam sein. Einige ISO/SAE-Tabellen geben genaue Querschnittsflächen für verschiedene Schraubengrößen an. Dazu gehören M6, M10, M12 und so weiter. So müssen Sie nicht jedes Mal den Querschnitt berechnen. Stattdessen können Sie sich auf die Tabelle beziehen und die genaue Fläche für verschiedene Schraubengrößen ermitteln.
Hier ist die Tabelle zur Ermittlung der Querschnittsflächen:
| Bolzen Größe | Zugspannungsfläche (Aₜ) |
| M6 | 20,1 mm² |
| M7 | 28,9 mm² |
| M8 | 36,6 mm² |
| M10 | 58,0 mm² |
| M12 | 84,3 mm² |
| M14 | 115 mm² |
| M16 | 157 mm² |
Streckgrenze gängiger Schraubensorten
Die verschiedenen Schraubensorten unterscheiden sich in ihrer Materialzusammensetzung. Eine Schraube mit einer höheren Güteklasse hat eine höhere Streckgrenze und umgekehrt. Denken Sie daran, dass Schraubensorte und Schraubengröße zwei verschiedene Parameter sind. Die Schraubensorten beziehen sich nur auf die Festigkeit der Schraube und ihre Zusammensetzung.
Andererseits bezieht sich die Schraubengröße auf die Größe und die Abmessungen der Schraube. Zwei Schrauben der gleichen Güteklasse, aber unterschiedlicher Größe, haben unterschiedliche Streckgrenzen. In der folgenden Tabelle sind die verschiedenen Schraubensorten und ihre Streckgrenze angegeben. Diese Güteklassen sind in den ISO-Normen festgelegt und sollten nicht als feststehend betrachtet werden, da sie sich mit unterschiedlichen Schraubengrößen ändern können:
| Bolzen Klasse | Streckgrenze (MPa) |
| 4.6 | 240 MPa |
| 5.8 | 400 MPa |
| 8.8 | 640 MPa |
| 10.9 | 940 MPa |
| 12.9 | 1100 MPa |
Wie bereits erwähnt, folgt das imperiale Einheitensystem eher den SAE-Normen als den ISO-Normen. Nach den SAE-Normen werden die Schraubenklassen als Grade 2, 5 und 8 bezeichnet. Die nachstehende Tabelle zeigt die Streckgrenze dieser Klassen:
| Bolzen Klasse | Streckgrenze (Psi) |
| Klasse 2 | 57.000 psi |
| Klasse 5 | 92.000 psi |
| Klasse 8 | 130.000 psi |
Häufig gestellte Fragen
Wie hoch ist die Festigkeit einer Schraube der Güteklasse 8.8?
Schrauben der Güteklasse 8.8 gelten als fester und haben eine ausgezeichnete Zug- und Streckgrenze. Die genaue Werte der Zugkraft und die Streckgrenze betragen 830 MPa bzw. 640 MPa.
Was ist der Unterschied zwischen Streckgrenze und Zugfestigkeit?
Streckgrenze und Zugfestigkeit sind zwei unterschiedliche Parameter. Die Streckgrenze gibt die Höhe der Spannung an, bei deren Überschreiten sich die Materialien zu verformen beginnen. Die Zugfestigkeit ist der Punkt (Spannungsniveau), bei dem ein Material oder eine Schraube bricht und beschädigt wird.
Kann eine Schraube über ihre Streckgrenze hinaus verwendet werden?
Nein. Die Schraube kann nicht über ihre Streckgrenze hinaus verwendet werden. Wird die Schraube verwendet, verformt und dehnt sie sich, was zu einer losen Verbindung führt. Dies führt schließlich zum Versagen der strukturellen oder mechanischen Komponenten, die durch die Schraube verbunden sind.
Was ist die sicherste Belastung für einen Bolzen?
Die sicherste Belastung für die Schraube liegt bei 70-75% ihrer Gesamtstreckgrenze. Bei dieser Kraft oder Belastung hält die Schraube die Teile sicher. Außerdem bleibt sie länger haltbar, und das Entfernen der Schraube ist bei dieser optimalen Kraft oder Belastung ebenfalls einfacher.
Abschluss
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Schrauben wichtige Verbindungselemente sind, um zwei Bauteile zu verbinden. Jede Schraube hat jedoch eine bestimmte Streckgrenze. Wenn die Schraube über ihre Grenze hinaus benutzt wird, beginnt sie sich zu verformen. Sobald sich die Schraube verformt, dehnt sie sich und wird locker. Infolgedessen nimmt ihre Leistung ab, und sie kann die Bauteile nicht mehr zusammenhalten.
Es sei darauf hingewiesen, dass Sie die Streckgrenze der Schrauben kennen müssen, bevor Sie sie verwenden. Dies ist umso wichtiger, wenn die zu verbindenden Teile empfindlich sind. Denn wenn die Schraube ihre Streckgrenze überschreitet, verformt sie sich und bricht, was zu einem Versagen der Verbindung führt. Infolgedessen fallen die zusammengefügten Teile auseinander und brechen schließlich. In diesem Artikel habe ich alles über die Berechnung der Streckgrenze besprochen.