Οι κοχλίες χρησιμοποιούνται ευρέως για τη συναρμολόγηση και τη σύνδεση διαφόρων μηχανικών μερών. Τι κάνει μια ισχυρή σύνδεση χωρίς τη χρήση συγκόλλησης ή θερμότητας; Εάν οι κοχλίες χρησιμοποιούνται με λάθος τρόπο, μπορεί να σπάσουν ή να υποστούν ζημιά. Εδώ είναι που η γνώση του ορίου διαρροής των βιδών είναι χρήσιμη. Ωστόσο, πολλοί άνθρωποι δεν γνωρίζουν πώς να υπολογίζουν το όριο διαρροής των βιδών.
Να θυμάστε ότι το όριο διαρροής του κοχλία είναι η μέγιστη τάση που μπορεί να αντέξει ένας κοχλίας. Πέρα από αυτό το όριο, ο κοχλίας παραμορφώνεται ή ακόμη και σπάει, οδηγώντας σε αστοχία των συνδεδεμένων μερών. Μόλις γνωρίζετε το όριο διαρροής του μπουλονιού, μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε για να διασφαλίσετε τη σωστή χρήση του. Σε αυτό το άρθρο, θα σας εξηγήσω πώς να υπολογίσετε το όριο διαρροής του μπουλονιού. Ας ξεκινήσουμε λοιπόν.
Τι είναι το όριο διαρροής βιδών και γιατί έχει σημασία;
Πριν προχωρήσουμε στους υπολογισμούς, ας κατανοήσουμε πρώτα τα βασικά στοιχεία του ορίου διαρροής του κοχλία.
Το όριο διαρροής του κοχλία υποδεικνύει τη μέγιστη τάση που μπορεί να αντέξει ένας κοχλίας. Μετά από αυτό το επίπεδο, ο κοχλίας καταπονείται υπερβολικά και μπορεί να παραμορφωθεί και τελικά να σπάσει. Οι κοχλίες πρέπει να χρησιμοποιούνται εντός του ορίου διαρροής τους. Με τον τρόπο αυτό διασφαλίζεται ότι δεν αντιμετωπίζει υψηλή πίεση ή τέντωμα, που θα μπορούσε να προκαλέσει θραύση της σύνδεσης. Κάθε μέγεθος κοχλία έχει διαφορετικό επίπεδο ορίου διαρροής.
Όπως είπα προηγουμένως, υπάρχουν διαθέσιμοι διαφορετικοί τύποι βιδών με διαφορετικές ποιότητες. Τα παραδείγματα περιλαμβάνουν τον βαθμό 8.8 ή τον βαθμό 10.9 και ούτω καθεξής. Κάθε ένας από αυτούς τους κοχλίες έχει διαφορετικό βαθμό και όριο διαρροής. Γενικά, η κατηγορία 8.8 έχει μικρότερο όριο διαρροής από την κατηγορία 10.9. Η επιλογή αυτών των βαθμών βιδών εξαρτάται από τη χρήση και τις εφαρμογές σας.
Οι σωστές ποιότητες βιδών βοηθούν στην επίτευξη αρμών μεταξύ δύο εξαρτημάτων που διαρκούν για χρόνια. Ας υποθέσουμε ότι χρειάζεστε μια πολύ σφιχτή σύνδεση χωρίς χαλαρότητα. Σε μια τέτοια περίπτωση, θα χρησιμοποιηθεί μπουλόνι υψηλότερης ποιότητας, καθώς θα αντέχει σε υψηλότερες καταπονήσεις. Θα μπορείτε να σφίξετε το μπουλόνι με μεγαλύτερη δύναμη. Παρά την υψηλή καταπόνηση, το μπουλόνι δεν θα τεντωθεί ή θα παραμορφωθεί και θα παραμείνει ασφαλισμένο στη θέση του.
Ο κοχλίας γενικά σφίγγει σε περίπου 70% του ορίου διαρροής του. Αυτό εξασφαλίζει μια ισχυρή σύνδεση μεταξύ των δύο μερών και μια ασφαλή στερέωση. Επιπλέον, όταν χρειάζεται, μπορείτε εύκολα να αφαιρέσετε το μπουλόνι χωρίς υπερφόρτωση ή υπερσύσφιξη. Το 70% του ορίου διαρροής διασφαλίζει επίσης ότι ο κοχλίας δεν υπερβαίνει την τάση ώστε να παραμορφωθεί μόνιμα ή να σπάσει.
Σημασία της αντοχής διαρροής βιδών
Η κατανόηση του ορίου διαρροής των βιδών είναι πολύ σημαντική για τις συνδέσεις μεταξύ δύο μηχανικών μερών. Εάν δεν γνωρίζετε το όριο διαρροής ενός μπουλονιού, είναι πιο πιθανό να το χρησιμοποιήσετε λανθασμένα. Ακολουθούν ορισμένοι βασικοί λόγοι για τους οποίους έχει σημασία το όριο διαρροής του κοχλία:
- Όταν συνδέετε δύο μέρη, θα χρειαστείτε βίδες διαφορετικών μεγεθών. Εάν χρειάζεστε μια πολύ σταθερή σύνδεση, θα χρησιμοποιήσετε ένα μπουλόνι με μεγαλύτερη αντοχή σε διαρροή. Με αυτόν τον τρόπο, ο κοχλίας θα αντέξει υψηλότερα φορτία και θα κρατήσει τα μέρη ενωμένα.
- Όπως είπα παραπάνω, οι διάφορες ποιότητες βιδών έχουν διαφορετικά όρια διαρροής. Έτσι, η επιλογή αυτών των κατηγοριών βιδών μπορεί να προκαλέσει σύγχυση εάν δεν κατανοείτε το όριο διαρροής των βιδών. Μόλις κατανοήσετε την αντοχή διαρροής του κοχλία, μπορείτε να επιλέξετε τη σωστή ποιότητα κοχλία για τις ανάγκες σας.
- Θα παρατηρήσετε αστοχίες στα δομικά στοιχεία λόγω λανθασμένων βιδών. Όταν τα μπουλόνια αυτά αντιμετωπίζουν υψηλή καταπόνηση, τεντώνονται. Ως αποτέλεσμα, η σύνδεση μεταξύ των εξαρτημάτων χαλαρώνει, με αποτέλεσμα την αστοχία τους. Όταν γνωρίζετε ότι ο σωστός κοχλίας αποδίδει αντοχή, επιλέγετε τον σωστό κοχλία. Αυτός ο κοχλίας θα παραμείνει σταθερός, αποτρέποντας την αστοχία των εξαρτημάτων.
Πώς να υπολογίσετε την αντοχή διαρροής των βιδών;
Ο υπολογισμός του ορίου διαρροής των βιδών είναι απλός αν γνωρίζετε τον τύπο. Για τον υπολογισμό, έχετε στην πραγματικότητα τρεις βασικές παραμέτρους, οι οποίες έχουν ως εξής:
- Τάση στο σημείο διαρροής.
- Εμβαδόν διατομής
Ακολουθεί ο ακριβής τύπος που θα χρησιμοποιήσετε για να βρείτε το όριο διαρροής του κοχλία.
Αντοχή διαρροής κοχλία = τάση στο σημείο διαρροής × επιφάνεια πραγματικής διατομής
F(y) = A (t) × S (y)
F (y) είναι η δύναμη διαρροής - μια τάση που μπορεί να αντέξει το υλικό. Πέρα από αυτό το όριο, ο κοχλίας είτε θα παραμορφωθεί μόνιμα είτε θα σπάσει. A (t) είναι η πραγματική περιοχή όπου αντιμετωπίζει εφελκυστική τάση. Όπως γνωρίζετε, κάθε υλικό έχει το μοναδικό του όριο διαρροής, το οποίο αντιπροσωπεύεται από το S (y).
Ας υποθέσουμε μια περίπτωση στην οποία έχετε ένα μπουλόνι βαθμού 10,9. Το μέγεθος του μπουλονιού σε αυτή την περίπτωση είναι M12. Αυτές οι δύο παράμετροι μας βοηθούν να κατανοήσουμε το όριο διαρροής του υλικού και την επιφάνεια διατομής. Για μπουλόνι ποιότητας 10.9 με μέγεθος Μ12:
Αντοχή σε ροή = 940 MPa
Περιοχή εφελκυστικής τάσης = 84,3 mm²
Μπορείτε να βρείτε την ακριβή δύναμη διαρροής βάζοντας τις τιμές στον παραπάνω τύπο:
F(y) = 84,3 × 940 = = =79,242 N
Αυτά τα 79.242 N είναι η μέγιστη δύναμη διαρροής ή δύναμη που μπορεί να αντέξει αυτός ο κοχλίας. Εάν η δύναμη υπερβεί αυτό το όριο, ο κοχλίας μπορεί να παραμορφωθεί ή να σπάσει. Να θυμάστε, θα πρέπει να χρησιμοποιείτε 70-80% αυτής της δύναμης όταν σφίγγετε το μπουλόνι. Αυτό είναι το ασφαλέστερο όριο όπου ο κοχλίας θα σφίγγει αρκετά ώστε να συγκρατεί τα μηχανικά μέρη μαζί. Υπό αυτή την πίεση, θα είστε σε θέση να αφαιρέσετε και το μπουλόνι.
Μετρικό έναντι αυτοκρατορικού συστήματος: Πώς επηρεάζουν τον υπολογισμό της αντοχής διαρροής των βιδών;
Το μετρικό και το αυτοκρατορικό σύστημα είναι δύο διαφορετικά συστήματα μονάδων. Χρησιμοποιούνται σε διαφορετικά μέρη του κόσμου. Για παράδειγμα, το αυτοκρατορικό σύστημα ακολουθείται συνήθως στις Ηνωμένες Πολιτείες και τον Καναδά. Από την άλλη πλευρά, το μετρικό σύστημα προτιμάται σε άλλα μέρη του κόσμου, συμπεριλαμβανομένης της Ευρώπης. Οι χώρες που χρησιμοποιούν το αυτοκρατορικό σύστημα ακολουθούν τα πρότυπα SAE ή ASTM.
Αντίθετα, τα μετρικά συστήματα βασίζονται στα πρότυπα ISO. Ωστόσο, ο τύπος για τον υπολογισμό του ορίου διαρροής του κοχλία παραμένει ο ίδιος και για τα δύο αυτά συστήματα μονάδων, ο οποίος έχει ως εξής:
F(y) = A (t) × S (y)
Ωστόσο, η τιμή ή οι παράμετροι γράφονται σε διαφορετικές μονάδες. Στα μετρικά συστήματα,;
Περιοχή εφελκυστικής τάσης = mm²
Αντοχή διαρροής S (y) = MPa
Δύναμη = Newton (N)
Από την άλλη πλευρά, οι μονάδες στα αυτοκρατορικά συστήματα είναι διαφορετικές και έχουν ως εξής:
Περιοχή εφελκυστικών τάσεων = in²
Αντοχή διαρροής S (y) = Psi
Δύναμη = Λίβρες-δύναμη (lbf)
Παρά τη χρήση των ίδιων τύπων, θα έχετε διαφορετικά αποτελέσματα επειδή χρησιμοποιείτε διαφορετικές μονάδες. Ωστόσο, αυτές οι μονάδες ή οι τιμές είναι εναλλάξιμες.
Πώς να γνωρίζετε την περιοχή διατομής από το μέγεθος του μπουλονιού;
Όπως είπα και παραπάνω, η γνώση της περιοχής διατομής είναι σημαντική για τον υπολογισμό του ορίου διαρροής του κοχλία. Ωστόσο, κάθε μέγεθος κοχλία έχει διαφορετικό εμβαδόν διατομής, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει σύγχυση. Παρακάτω παρατίθεται ο ακριβής τύπος που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε για να βρείτε το εμβαδόν διατομής:
A = (π ÷ 4) × d²
Ωστόσο, η χρήση αυτού του τύπου για την εύρεση της περιοχής διατομής (περιοχή εφελκυστικής τάσης) μπορεί να είναι κουραστική. Ορισμένοι πίνακες ISO/SAE δίνουν ακριβείς επιφάνειες διατομής για διάφορα μεγέθη βιδών. Σε αυτούς περιλαμβάνονται τα M6, M10, M12 κ.ο.κ. Αυτό σας γλιτώνει από το να χρειάζεται να υπολογίζετε τη διατομή κάθε φορά. Αντ' αυτού, μπορείτε να ανατρέξετε στον πίνακα και να λάβετε το ακριβές εμβαδόν για διαφορετικά μεγέθη βιδών.
Ακολουθεί ο πίνακας για την εύρεση των εμβαδών διατομής:
| Μέγεθος μπουλονιού | Περιοχή εφελκυστικής τάσης (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 |
Αντοχή διαρροής κοινών κατηγοριών βιδών
Οι διάφορες ποιότητες βιδών διαφέρουν ως προς τη σύνθεση του υλικού τους. Ο κοχλίας με υψηλότερη ποιότητα θα έχει υψηλότερο όριο διαρροής και αντίστροφα. Να θυμάστε ότι ο βαθμός βίδας και το μέγεθος της βίδας είναι δύο διαφορετικές παράμετροι. Οι βαθμοί κοχλία αναφέρονται μόνο στην αντοχή του κοχλία και στη σύνθεσή του.
Από την άλλη πλευρά, το μέγεθος του μπουλονιού αναφέρεται στο μέγεθος και τις διαστάσεις του. Δύο κοχλίες με την ίδια ποιότητα αλλά διαφορετικά μεγέθη κοχλία θα έχουν διαφορετικά όρια διαρροής. Ακολουθεί ένας πίνακας που υποδεικνύει τις διάφορες ποιότητες κοχλιών και το όριο διαρροής τους. Αυτές οι ποιότητες είναι στα πρότυπα ISO και μην το θεωρείτε σταθερό, καθώς μπορεί να αλλάξει με διαφορετικά μεγέθη κοχλία:
| Βαθμός βίδας | Δύναμη παραγωγής (MPa) |
| 4.6 | 240 MPa |
| 5.8 | 400 MPa |
| 8.8 | 640 MPa |
| 10.9 | 940 MPa |
| 12.9 | 1100 MPa |
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το σύστημα μονάδων του Ηνωμένου Βασιλείου ακολουθεί τα πρότυπα SAE και όχι τα πρότυπα ISO. Σύμφωνα με τα πρότυπα SAE, οι βαθμοί βιδών αντιπροσωπεύονται ως βαθμοί 2, 5 και 8. Παρακάτω παρατίθεται ο πίνακας που δείχνει το όριο διαρροής αυτών των βαθμών:
| Βαθμός βίδας | Δύναμη παραγωγής (Psi) |
| Βαθμός 2 | 57.000 psi |
| Βαθμίδα 5 | 92.000 psi |
| Βαθμίδα 8 | 130.000 psi |
Συχνές ερωτήσεις
Ποια είναι η αντοχή ενός μπουλονιού βαθμού 8.8;
Τα μπουλόνια βαθμού 8.8 θεωρούνται ισχυρότερα, με εξαιρετική αντοχή σε εφελκυσμό και διαρροή. Το ακριβές τιμές του εφελκυσμού και το όριο διαρροής είναι 830 MPa και 640 MPa, αντίστοιχα.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ όριο διαρροής και όριο εφελκυσμού?
Η αντοχή διαρροής και η αντοχή σε εφελκυσμό είναι δύο διαφορετικές παράμετροι. Η αντοχή διαρροής δείχνει το επίπεδο τάσης πέρα από το οποίο τα υλικά αρχίζουν να παραμορφώνονται. Η αντοχή σε εφελκυσμό είναι το σημείο (επίπεδο τάσης) στο οποίο ένα υλικό ή ένας κοχλίας σπάει και καταστρέφεται.
Μπορεί ένας κοχλίας να χρησιμοποιηθεί πέραν του ορίου διαρροής του;
Όχι. Ο κοχλίας δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί πέραν του ορίου διαρροής του. Εάν χρησιμοποιηθεί, ο κοχλίας θα παραμορφωθεί και θα τεντωθεί, με αποτέλεσμα να χαλαρώσει η σύνδεση. Αυτό θα προκαλέσει τελικά αστοχία στα δομικά ή μηχανικά εξαρτήματα που συνδέονται μέσω του κοχλία.
Ποιο είναι το ασφαλέστερο φορτίο για ένα μπουλόνι;
Το ασφαλέστερο φορτίο για τον κοχλία είναι περίπου 70-75% του συνολικού ορίου διαρροής του. Σε αυτή τη δύναμη ή τάση, ο κοχλίας συγκρατεί με ασφάλεια τα εξαρτήματα. Επιπλέον, παραμένει ανθεκτικός για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα και η αφαίρεση του μπουλονιού είναι επίσης ευκολότερη σε αυτή τη βέλτιστη δύναμη ή φορτίο.
Συμπέρασμα
Ας συμπεράνουμε: οι κοχλίες είναι σημαντικοί σύνδεσμοι που χρησιμοποιούνται για την ένωση δύο εξαρτημάτων. Ωστόσο, κάθε κοχλίας έχει το δικό του ειδικό όριο διαρροής. Εάν ο κοχλίας χρησιμοποιηθεί πέραν του ορίου του, θα αρχίσει να παραμορφώνεται. Μόλις ο κοχλίας παραμορφωθεί, θα τεντωθεί και θα χαλαρώσει. Ως αποτέλεσμα, η απόδοσή του θα μειωθεί και δεν θα συγκρατεί τα δομικά μέρη μεταξύ τους.
Αξίζει να σημειωθεί ότι πρέπει να γνωρίζετε το όριο διαρροής των βιδών πριν τα χρησιμοποιήσετε. Αυτό είναι ακόμη πιο σημαντικό εάν τα μέρη που ενώνονται μεταξύ τους είναι εύθραυστα. Ο λόγος είναι ότι εάν ο κοχλίας υπερβεί το όριο διαρροής του, θα παραμορφωθεί και θα σπάσει, με αποτέλεσμα την αστοχία της ένωσης. Ως αποτέλεσμα, τα μέρη που ενώνονται μεταξύ τους θα διαλυθούν και τελικά θα σπάσουν. Σε αυτό το άρθρο, έχω συζητήσει τα πάντα σχετικά με τον υπολογισμό του ορίου διαρροής.