Bezplatný inžiniersky nástroj
Kalkulačka pevnosti v ťahu a šmyku skrutiek
Vypočítajte medzné ťahové zaťaženie metrických skrutiek z údajov tried pevnosti ISO 898-1 a tiež zjednodušený odhad šmykovej nosnosti. Vyberte veľkosť skrutky a triedu pevnosti.
Túto kalkulačku vyvinul a overil tím inžinierov Vibromera, výrobca prenosných vyvažovacích prístrojov Balanset.
Výsledky
Medzné ťahové zaťaženie
Maximálna ťahová sila, ktorú skrutka vydrží pred zlomením:
- Rm — medza pevnosti v ťahu (MPa) z triedy pevnosti
- As — plocha ťahového napätia (mm²), podľa ISO 898-1 / ISO 261
Šmyková nosnosť (zjednodušený odhad)
ISO 898-1 definuje vlastnosti skrutiek v ťahu a pri skúšobnom zaťažení — ne nie špecifikuje pevnosť v šmyku. Tu zobrazená hodnota je široko používaný zjednodušený technický odhad, ktorý predpokladá pevnosť v šmyku približne 60 % pevnosti v ťahu (na základe kritéria von Mises, τ ≈ 0.58 σ):
Pre dvojitý šmyk vynásobte číslom 2 (dve šmykové roviny).
⚠️ Poznámka k návrhu v šmyku: Skutočná šmyková nosnosť závisí od toho, či šmyková rovina prechádza závitom alebo nezávitovanou stopkou, od preklzu spoja a dosadnutia plechu aj od únavového zaťaženia. Návrhové normy definujú vlastné hodnoty — napr. Eurokód 3 (EN 1993-1-8) používa Fv = αv × fub × A with αv = 0.6 pre triedy 4.6, 5.6 a 8.8, ale 0.5 pre triedy 4.8, 5.8, 6.8 a 10.9, spolu s parciálnymi bezpečnostnými súčiniteľmi. Spoje zaťažené v šmyku vždy overte podľa príslušnej stavebnej alebo strojárskej návrhovej normy, nie iba podľa tohto zjednodušeného odhadu.
Triedy vlastností podľa normy ISO 898-1
| Trieda | Rm (MPa) | Rp0,2 (MPa) | Typické použitie |
|---|---|---|---|
| 4.6 | 400 | 240 | Nízka pevnosť, všeobecné použitie |
| 5.8 | 520 | 420 | Štrukturálne, bez predpätia |
| 8.8 | 800 | 640 | Automobilový priemysel, strojárstvo (najbežnejšie) |
| 10.9 | 1040 | 940 | Vysokopevnostná konštrukcia |
| 12.9 | 1220 | 1100 | Maximálna pevnosť (legovaná oceľ) |
Praktický príklad
Vzhľadom na to, že: Skrutka M10, trieda pevnosti 8,8, jednoduchá strižná pevnosť
As = 58,0 mm², Rm = 800 MPa
Ft = 800 × 58,0 = 46 400 N = 46,4 kN
Fs = 0,6 × 800 × 58,0 = 27 840 N = 27,8 kN
⚠️ Poznámka: Ide o medzné únosnosti bez bezpečnostných faktorov. Na účely návrhu použite vhodné bezpečnostné faktory (zvyčajne 2 – 3 pre statickú pevnosť, 4 – 6 pre únavu).
Výpočtový prierez závitu pre ťah (As) je účinná plocha prierezu používaná na výpočet ťahovej únosnosti závitového spojovacieho prvku. Je menšia ako menovitý prierez drieku, pretože zohľadňuje geometriu koreňa závitu. Hodnoty sú uvedené v tabuľkách normy ISO 898-1.
Medzné ťahové zaťaženie je Ft = Rm × As, kde Rm je medza pevnosti v ťahu podľa pevnostnej triedy a As je výpočtový prierez závitu pre ťah. Napríklad skrutka pevnostnej triedy 8.8 má Rm = 800 MPa.
Prvé číslo (8) zodpovedá jednej stotine minimálnej medze pevnosti v ťahu vyjadrenej v MPa (800 MPa). Druhé číslo (8) je desaťnásobkom pomeru medze klzu k medzi pevnosti v ťahu (0,8). Medza klzu je teda približne 800 × 0,8 = 640 MPa.
ISO 898-1 neurčuje pevnosť v šmyku — pokrýva iba vlastnosti v ťahu a skúšobné zaťaženie. Bežný zjednodušený odhad predpokladá pevnosť v šmyku 60 % pevnosti v ťahu: Fs = 0.6 × Rm × As, na základe podmienky plasticity von Misesa. Návrhové normy, napríklad Eurokód 3 (EN 1993-1-8), používajú vlastné súčinitele (0.6 alebo 0.5 podľa triedy pevnosti) a navyše súčinitele bezpečnosti. Pri dvojstrižnom spoji (dve šmykové roviny) vynásobte hodnotu 2.
Skúšobné zaťaženie je maximálna sila bez trvalej deformácie (medza pružnosti). Medza pevnosti v ťahu je maximálna sila pred porušením. Napätie pri skúšobnom zaťažení je pri väčšine tried pevnosti približne 90 % medze klzu.
Postupy opísané na tejto stránke vyvinul a v teréne otestoval tím Vibromera pomocou zariadenia Balanset-1A, prenosného dvojkanálového vyvažovacieho prístroja a analyzátora vibrácií na vyvažovanie rotorov priamo na mieste.
Profesionálne prístroje a softvér na vyvažovanie v teréne. Používajú sa vo viac ako 50 krajinách.
