PL186245B1 - Śruba do badania odkształceń sprężystych - Google Patents

Abstract

Śruba do badania odkształceń sprężystych, która na trzpieniu ma osadzony czujnik tensometryczny połączony z miernikiem, znamienna tym, że na powierzchniach (1) wyfrezowanych na trzpieniu łącznika (2) ma osadzone co najmniej dwa czujniki tenso- metryczne (3), które są połączone przewodami przez pierwszy otwór (4) prostopadły do osi śruby i wyprowadzone na zewnątrz przez drugi otwór (5) przechodzący przez łeb śruby (6) i część trzpienia łącznika śruby (2) aż do pierwszego otworu (4) z miernikiem (7), przy czym wewnętrzne powierzchnie otworów (4, 5) są pokryte izolacją elektrotechniczną (8).

Description

Przedmiotem wynalazku jest śruba do badania odkształceń sprężystych, stosowana w budownictwie, przy pomiarze poziomu naprężeń w śrubach sprężających, będących łącznikami elementów montażowych w mostach stalowych.

Znana ze stosowania śruba do badania odkształceń sprężystych, ma na trzpieniu wyfrezowaną płaską powierzchnię, na której osadzony jest czujnik tensometryczny. Przewody łączące czujnik tensometryczny z miernikiem są wyprowadzone bezpośrednio pod łbem śruby.

Niedogodnością znanego stanu układu do badania odkształceń sprężystych są trudności z ochroną przewodów pomiarowych przed zrywaniem.

Przedmiotem wynalazku jest śruba do badania odkształceń sprężystych, która na trzpieniu ma osadzony czujnik tensometryczny połączony z miernikiem.

Istota śruby polega na tym, że na powierzchniach wyfrezowanych na trzpieniu łącznika ma osadzone co najmniej dwa czujniki tensometryczne, które są połączone przewodami przez pierwszy otwór prostopadły do osi śruby i wyprowadzone na zewnątrz przez drugi otwór, przechodzący przez łeb śruby i część trzpienia łącznika śruby aż do pierwszego otworu z miernikiem. Wewnętrzne powierzchnie otworów są pokryte izolacją elektrotechniczną.

Śruba według wynalazku charakteryzuje się prostą i skuteczną metodą pomiaru odkształceń oraz poziomu naprężeń panujących w trzpieniu śruby sprężającej, będącej elementem montażowym w mostach stalowych.

Pomiaru dokonuje się na uprzednio przygotowanej śrubie. W pierwszej kolejności frezuje się trzpień łącznika, w ten sposób, że uzyskujemy płaskie powierzchnie umożliwiające w końcu procesu przygotowania, naklejenie czujników tensometrycznych. Następnie prostopadle do powstałych powierzchni i prostopadle do osi podłużnej śruby należy wywiercić otwory o średnicy 3 mm, a także otwór o średnicy 4 mm, przechodzący przez łeb i część trzpienia śruby, o osi podłużnej pokrywającej się z osią podłużną całej śruby. Otwór o średnicy 4 mm należy wywiercić, aż do miejsca połączenia się z otworem 3 mm. Uzyskany w ten sposób system otworów służy do przeprowadzenia przewodów łączących czujniki tensometryczne z aparaturą pomiarową. Ponadto, w otworze o średnicy 4 mm, w celu zabezpieczenia przewodów przed uszkodzeniami mechanicznymi zaleca się umieścić rurkę igielitową. Ostatnim etapem jest przeprowadzenie przez otwory przewodów i naklejenie czujników tensometrycznych. Tak przygotowane śruby skręca się za pomocą klucza dynamometrycznego nie zrywając przewodów.

Do wykonania połączeń stosuje się śruby o wysokiej wytrzymałości klasy 8.8, 10.9 i 12.9 rozmieszczając je według tych samych zasad, jak w połączeniach nitowanych lub śrubowych zwykłych i pasowanych. Połączenia śrubowe cierne uzyskuje się wywołując docisk łączonych elementów przez śruby o wysokiej wytrzymałości sprężone odpowiednim, kontrolowanym momentem dokręcenia. Praca połączenia polega na wykorzystaniu sił tarcia pomiędzy przylegającymi do siebie powierzchniami elementów, dociśniętymi przez śruby sprężające.

186 245

Trzpień śruby jest rozciągany osiowo siłą sprężającą, dlatego połączeń ciernych nie sprawdza się na ścinanie oraz na docisk w otworach.

Wartość siły sprężającej, czyli docisku, jaką może wywołać jedna śruba, oblicza się według wzoru:

P_n = R' x F_s = 0.8 x Rq_i2 x F_s gdzie:

R0 - umowna granica plastyczności materiału śruby;

F_s = n(d, + d₂)/16 - pole powierzchni przekroju czynnego śruby;

d, - średnica rdzenia;

d, - średnica podziałowa gwintu.

Wartość momentu dokręcenia, potrzebnego do wywołania siły sprężającej Pn wyznacza się na ogół doświadczalnie.

W połączeniach składowych ciernych główna składowa obciążenia, prostopadła do osi podłużnej śrub, przenoszona jest przez tarcie dociśniętych do siebie płaskich powierzchni łączonych elementów. Potrzebną siłę docisku-sprężenia uzyskuje się przez odpowiednie kontrolowane dokręcenie nakrętek śrub o wysokiej wytrzymałości - klasy nie niższej niż 8,8. Przy obciążeniu niniejszym od siły tarcia występują poślizgi cząstkowe, aż do osiągnięcia przemieszczenia rzędu 100 - 150 pm, tzw. kryterium oceny siły tarcia.

Przemieszczenie się łączonych elementów może następować nie tylko przy przekroczeniu przez obciążenie siły tarcia, lecz również wskutek pełzania przy długotrwałym działaniu obciążeń wielokrotnie zmiennych. Jednym ze sposobów zapobiegania temu zjawisku jest stosowanie wówczas połączeń pasowanych sprężanych zamiast połączeń ciernych. Wstępny naciąg śrub, dokonywany w celu sprężenia połączenia, jest określany w przepisach i normach różnych krajów na podstawie umownej granicy plastyczności tworzywa śrub jako (0,7 - 0,8)R'_e lub na podstawie wytrzymałości śrub na rozciąganie jako (0,65 - 0,7)R'_m.

Wstępna siła sprężenia N_s powinna wynosić:

N_s = 0,7 x (R\ x Fs gdzie: Fs - pole przekroju czynnego śruby.

Parcie pomiędzy gwintem śruby i nakrętki podczas dokręcania powoduje skręcanie trzpienia, a w następstwie obniżenie ciągliwości i wytrzymałości na rozciąganie. Wpływ skręcania podczas wstępnego naciągu śruby z gwintem metrycznym można określić jako obniżenie wytrzymałości na rozciąganie około 15%.

Przy dokręcaniu śrub ręcznym kluczem dynamometrycznym rozrzut siły sprężającej wynosi od -20 do +15%. Przyczynami tego są: zmienność współczynnika dokręcania k_d, który zależy od tarcia występującego podczas dokręcania pomiędzy powierzchniami gwintów śruby i nakrętki, oraz różne prędkości kątowe obrotu klucza w chwili jego wyłączenia.

Stosując metodę kąta obrotu nakrętki uzyskuje się na ogół wyższe wartości sił w śrubach. Według badań amerykańskich średnia wartość rzeczywistej siły sprężenia wynosi około 1,35 N_s przy śrubach klasy 8,8 i około 1,26 Ns przy śrubach klasy 10,9. Relaksacja naprężeń w śrubach postępuje najszybciej bezpośrednio po sprężeniu połączenia i osiąga ona wartość 5 - 10% po upływie jednej doby oraz około 15% po jedenastu latach. Przy obciążeniach wielokrotnie zmiennych, obniżanie się wstępnych naprężeń w śrubach może być powodowane dociskiem i ścinaniem trzpieni śrub po poślizgu lub obciążeniem śrub wzdłuż ich osi zewnętrzną siłą rozciągającą P > 0,8 N_s.

Stan wytężenia śrub, wywołany wstępnym sprężeniem, zawiera się w przedziale (0,5 x 0,9)R'm przy sprężaniu ręcznym kluczem dynamometrycznym oraz w przedziale (0,7 x 1,1)R\ przy dokręcaniu śrub metodą kąta obrotu nakrętki.

Metoda kontrolowanego momentu dokręcania pozwala na osiągnięcie odpowiedniego momentu dokręcenia sygnalizuje w ręcznym kluczu dynamometrycznym „złamanie się” klucza w przegubie, trzask metaliczny albo wskaźnik zegarowy. Klucze udarowe, nastawione odpowiednio do wymaganej siły w śrubie lub do momentu dokręcenia, wyłączają się auto4

186 245 matycznie. W dynamometrycznych kluczach hydraulicznych lub pneumatycznych wartość momentu odczytuje się na manometrze.

W metodzie kontrolowanego kąta obrotu, wielkość kąta obrotu nakrętki zależy od długości zaciskowej śruby i wymaganej siły sprężenia. Przed przystąpieniem do sprężania należy sprawdzić dokładność przylegania powierzchni łączonych części.

Sprężanie metodą kąta obrotu nakrętki daje dość znaczny rozrzut wartości sił w śrubach, głównie z powodu niedokładnego przylegania łączonych elementów. Dokręcanie śrub sąsiednich wywołuje bardzo często w takich przypadkach zmianę wartości siły w śrubie dokręconej uprzednio. Zawodzą tu również podkładki specjalne. Najlepsze wyniki można wówczas uzyskać, dokręcając śruby dwu- lub więcej krotnie kluczem dynamometrycznym. Sytuacja taka może zaistnieć raczej w połączeniach zwykłych lub doczołowych niż w połączeniach ciernych, w których dobre przyleganie powierzchni warunkuje nośność połączenia.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania objaśniono na rysunku, który przedstawia przekrój śruby do badania odkształceń sprężystych.

Przykład I. Śruba do badania odkształceń sprężystych na powierzchniach (1) wyfrezowanych na trzpieniu łącznika śruby (2) sprężającej ma osadzone dwa czujniki tensometryczne (3), które są połączone przewodami przez pierwszy otwór (4) o średnicy φ 3 mm prostopadły do osi śruby i wyprowadzone na zewnątrz przez drugi otwór (5) o średnicy φ 4 mm przechodzący przez łeb śruby (6) i część trzpienia łącznika śruby (2) aż do pierwszego otworu (4) z miernikiem (7). Wewnętrzne powierzchnie otworów (4, 5) są pokryte izolacją elektrotechniczną (8), którą stanowią rurki igielitowe.

Przykład II. Śruba do badania odkształceń sprężystych wykonana jak w przykładzie I, z tą różnicą, że na powierzchniach (1) wyfrezowanych na trzpieniu łącznika śruby (2) sprężającej osadzone są cztery czujniki tensometryczne (3), zaś w łączniku ma wykonane dwa otwory (4) o średnicy φ 3 mm, których osie są prostopadłe do osi śruby.

Celem dokonania pomiaru śrubę do badania odkształceń sprężystych zakładamy do przygotowanych otworów w stykach połączeń, za pomocą klucza dynamometrycznego. Wymuszamy odpowiednie naprężenie, które jest mierzone.

5 13 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Śruba do badania odkształceń sprężystych, która na trzpieniu ma osadzony czujnik tensometryczny połączony z miernikiem, znamienna tym, że na powierzchniach (1) wyfrezowanych na trzpieniu łącznika (2) ma osadzone co najmniej dwa czujniki tensometryczne (3), które są połączone przewodami przez pierwszy otwór (4) prostopadły do osi śruby i wyprowadzone na zewnątrz przez drugi otwór (5) przechodzący przez łeb śruby (6) i część trzpienia łącznika śruby (2) aż do pierwszego otworu (4) z miernikiem (7), przy czym wewnętrzne powierzchnie otworów (4, 5) są pokryte izolacją elektrotechniczną (8).