KURZUS: Gépelemek
MODUL: II. modul: Kötőgépelemek. Kötési módok. Csavarkötések. Tengelykötések. Oldható és nem oldható kötés fajták
3. lecke: Csavarkötések. A csavarmeneteken keletkező erőhatások, meghúzási nyomaték. Csavarkötések szilárdsági méretezése statikus terhelés esetén. Feszültségtorlódások elkerülése csavarkötéseknél
Tevékenység | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Olvassa el a Gépszerkezettan II. jegyzet 21-33. és 39-47. oldalán (a 2. Kötések bevezetése valamint a 2.1.1. alfejezet a, b és d alpontjaiban) található tananyagot! Nézze át az alábbi, a követelmények után található összefoglalást és kidolgozott mintapéldákat! Tanulmányozza át a minimum rajzos kérdések részben található ábrákat! Tanulmányozza át a Gépszerkezettan II-III segédlet 11-13 oldalain lévő kidolgozott feladatait és a 19. oldalon található gyakorló feladatokat is! (Csavarkötések, csavarmenetek kivéve a 4. példa.) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A tananyag tanulmányozása közben az alábbiakra figyeljen | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Követelmények | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A tananyag elsajátítása akkor tekinthető sikeresnek, ha Ön | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A tananyag összefoglalása, további információk a tananyaghoz | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Egy gépszerkezet helyes és megbízható működését döntően befolyásolják az egyes szerkezeti elemek kötései. Kiválasztásuknál és kialakításuknál elsősorban a szerkezet funkciója, feladata a meghatározó. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A gépészeti gyakorlat oldható és nem oldható kötéseket különböztet meg. Az oldható kötéseket egyszerűen, az alkatrészek, a kötőelem sérülése nélkül kell bontani és újra szerelni. Ide tartoznak a csavarkötések, szegek, csapszegek, tengely-agy szerkezetek retesz-, ék-, szorító- valamint rögzítőelemes kötései. A nem oldható kötéseket csak az alkatrészek vagy kötőelem roncsolásával lehet szétbontani. Ezek közé tartoznak a szilárd illesztésű kötés, a ragasztott, a forrasztott, a hegesztett és a szegecskötések. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A kötéseket más szempontok szerint is csoportosíthatjuk, például figyelembe vehetjük kialakításukat, amely szerint megkülönböztethetünk anyaggal, alakkal, ill. erővel záró kötéseket. Csoportosítási szempont lehet a kötés gépszerkezetben betöltött funkciója is, amely szerint egy kötés teherviselő, rögzítő vagy fűző is lehet. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A csavarkötés önzáró jellege kötőcsavaroknál azt jelenti, hogy üzemszerű terhelés hatására a kötés nem lazul meg. Például egy gépjármű kerekét rögzítő, megfelelő erővel meghúzott csavar nem lazul meg a jármű használata közben. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A mozgatócsavaroknál az önzárás azt jelenti, hogy a csavar nem kezd mozogni külső terhelés hatására. Például az autóknál használt kézi emelő csavarorsója nem jön mozgásba a felemelt jármű súlyerejének hatására. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kötőcsavarok esetén a nagy súrlódási erő az önzárást segíti. A nagy profilszögű, háromszög alakú menetszelvény biztosítja a legnagyobb súrlódási erőt, ezért a kötőcsavarok jellemző profilja. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Mozgatócsavarok esetén fontos az, hogy - az önzárás megtartása mellett - minél kisebb legyen a súrlódás, mert ekkor a csavar mozgatása kisebb erőt igényel. Erre a célra kis profilszögű menetszelvények alkalmasak. A mozgatócsavarok leggyakrabban trapézmenetesek. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A csavarmeneteken keletkező erők meghatározásával és a csavarkötések méretezésével a kiegészítés és kidolgozott mintapéldák részben foglalkozunk még. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Most nézzük meg, milyen a feszültségeloszlás a csavarkötés elemeiben és milyen a kötőelemek szerkezete. A csavarorsó-csavaranya kapcsolatban a felfekvéshez viszonyítva első terhelt menetben ébred a legnagyobb feszültség. A csavarorsó a terhelés hatására nyúlik, amit a csavaranya felfekvéstől távolabbi menetei nem tudnak követni. (A felfekvéstől távolabbi meneteknél vastagabb anyagnak kellene megnyúlnia, mint az elsőknél.) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Mint azt a jegyzet 41. oldalán található ábra mutatja, az első menet a terhelés 34%-át, a hatodik viszont már csak 7%-át veszi fel. (Ezért nem célszerű a csavaranyákat 6 menetesnél hosszabbra készíteni.) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Az erőeloszlás javítására és az anya élettartamának növelésére használatos megoldásokat szemléltetnek a jegyzet 42. oldalán látható ábrák. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A csavaron fellépő feszültséggyűjtő hatás a csavar kedvező kialakításával jelentősen csökkenthető. Erre mutatnak példákat a jegyzet 43. és 44. oldalán található ábrák. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Acélcsavarok és anyák szilárdsági tulajdonságaira és anyagminőségére mutatunk be két táblázatot. Valamint leírjuk, hogy a csavar, illetve az anya anyagjelöléséből, hogyan lehet meghatározni egyszerűen a szakítószilárdság és a folyáshatár értékét. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A csavarok anyagminőségének jelölései | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Csavar: 8.8 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A csavaranyák anyagminőségének jelölései | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Az anyáknál az anyagminőséget egy számmal adják meg, amely 100-zal szorozva az anyag N/mm2-ben kifejezett minimális szakítószilárdságát adja. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A használt számítási összefüggések | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A táblázatban azon összefüggések szerepelnek, amelyeket a számítások megoldása során használunk. A kiemelt betűkkel írt megnevezések az úgynevezett minimum képletek, amit fejből tudniuk kell! A nem kiemelt összefüggéseket képletjegyzék formájában a vizsgán felhasználhatják. A választásos feladatokban a helyes a minimum képleteket (a kiemelt összefüggések) kell megjelölni a megadott lehetőségek közül. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kiegészítés és kidolgozott mintapéldák a 3. lecke tananyagához | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1. Egy M10x1,5 méretű csavarkötést egy villás csavarkulccsal húzunk meg. (Lásd lenti ábra) A kulcshossz k= 125 mm. Mekkora erővel kell meghúzni csavarkulcsot (Fkulcs), hogy az orsó elszakadjon? A csavar anyaga 4.6. A súrlódási tényező a meneteken és a felfekvő felületen . A csavarmenet közepes átmérője d2= 9,026 mm és a magátmérő d3= 8,16 mm. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A 4.6 anyag szakítószilárdsága . A csavarorsót elszakító erőt a összefüggésből kiindulva, figyelembe véve, hogy a csavarmenet legkisebb átmérője a magátmérő, kapjuk: . | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Először meghatározzuk a meghúzáshoz szükséges nyomatékot, majd a nyomaték és kulcshossz ismeretében kiszámíthatjuk a kulcson kifejtendő erőt . | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A csavar meghúzási nyomatéka: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ahol: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Így | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Tehát az erő, amellyel az M10x1,5 mérető csavarorsót megszakítjuk: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2. A lenti ábrán látható elrendezésben illesztőcsavart használunk két lemez összefogására. Mekkora nyíróigénybevétellel (Fny) terhelhetjük a kötést, ha M12-es csavart alkalmazunk, amelynek az illesztett átmérője 13 mm? A csavar anyagminősége 3.6. A folyáshatárra vonatkoztatott biztonsági tényező n=2,5. (A számításban a maximális nyírófeszültségre vonatkozó összefüggést használja!) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A folyáshatár: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A megengedett húzófeszültség: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A megengedett nyírófeszültség: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A maximális nyírófeszültség összefüggése: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A megengedhető nyíróerő: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3. Határozzuk meg az ábrán látható paralelogramma autóemelő mozgatóorsójának szabványos menetének méretét, valamint számítsuk ki az anya szükséges menetszámát és magasságát! A mozgatóorsót egybekezdésű trapézmenettel készítjük el. Az emelő függőleges irányú terhelést F=5000 N-nak vesszük fel. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Az orsó terhelésének legkedvezőtlenebb esete akkor lesz, ha az emelő az alsó szélső helyzetben van. A lenti ábra mutatja az emelő és az orsó erőviszonyait, amikor a karok az alsó szélső helyzetben helyezkednek el. Feltételezzük, hogy ilyenkor a karok 20 fokos szöget zárnak be az orsóval. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ahol: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A vektorábra alapján felírható, hogy | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Az orsó anyaga legyen C10 betétben edzhető acél, amelynek a folyáshatára 295 N/mm2. A biztonsági tényező n=2. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Az orsó terhelése csavarás és húzás (nyomás), ezért összetett igénybevételre méretezzük. (A menetet terhelt állapotban mozgatjuk.) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A szabványos menetek: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ahhoz, hogy eldöntsük, hogy melyik menet lesz a megfelelő ellenőrizni kell berágódásra is. Az anya feszültségeloszlását figyelembe véve a menetszámot maximum 10-re célszerű felvenni. A felületi terhelés megengedhető értéke a meneteken edzett acél orsó és bronz anya esetén (táblázatból) pmeg=12,5 N/mm2. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A szükséges menetszám az anyában Tr 18x4 menetnél: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
nem megfelelő, | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A szükséges menetszám az anyában Tr 20x4 menetnél: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
megfelelő, így z=10. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Tehát, hogy az orsó és az anya is megfelelő legyen szilárdságilag, a Tr 20x4 menetet kell választanunk! | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Végül az anya magassága: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Minimum rajzos kérdések: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Szemléltető ábrák | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Ellenőrző kérdések | ||||||||||||||
A leckék végén található feladatoknál választásos feladatoknál, párosításos feladatoknál, igaz-hamis eldöntésénél és számítási feladatoknál is csak a teljesen jó megoldást fogadjuk el! (Modulzáró feladatoknál adunk meg pontszámokat a feladatokhoz, amiből már lehet látni a feladatok erősségét! Egyedül a számítási feladatoknál használunk részpontozást!) Felhívjuk figyelmét, hogy a számítási feladatoknál a részeredményeket ne kerekítse, hanem a további számításokhoz a pontos értéket (a számológépen megjelenő összes tizedest) vegye figyelembe! Az eredményeket mindig csak két tizedesjegy pontossággal írja be! (Egész szám és tizedes esetén sem kell kiírni a szám végén található nullákat!) | ||||||||||||||
1. Jelölje meg az alábbi állítások közül azokat, amelyek az erővel záró kötésekre jellemzők!
![]() | ||||||||||||||
2. Milyen rendeltetésű csavarokhoz alkalmazhatók a nagy profilszögű háromszög alakú menetszelvények? Jelölje a helyes választ!
![]() | ||||||||||||||
3. Mit jelent az önzárás fogalma mozgatócsavarok esetén? Jelölje a helyes választ!
![]() | ||||||||||||||
4. Miért nem készítik a csavaranyát 6-nál több menetűre? Jelölje a helyes választ!
![]() | ||||||||||||||
5. A következő felsorolt paraméterek közül válassza ki azokat, amelyek a csavarkulcson kifejtendő nyomatékot meghatározó összefüggésében szerepelnek! Jelölje a helyes választ!
![]() | ||||||||||||||
6. Az alábbi csavar-kialakítások közül válassza ki azt, amely leginkább alkalmas a fej és a szár átmeneténél levő feszültségtorlódás csökkentésére!
![]() | ||||||||||||||
7. Egészítse ki az alábbi meghatározást a felsorolt kifejezések sorszámával! (Az adott kifejezések közül csak három sorszámát kell a szövegbe beírni!) 1. menetes persely ![]() | ||||||||||||||
8. Igaz-e az alábbi állítás a differenciálmenetre?
![]() | ||||||||||||||
9. Az ábrán látható daruhorgot 10 kN erővel terheljük. Válassza ki a megadott menetek közül, hogy melyik felel meg a legjobban, ha az orsó anyaga 5.6 és biztonsági tényező a folyáshatárra számítva 2! ![]()
![]() | ||||||||||||||
10. Határozza meg egy paralelogramma autóemelő forgatásához (emeléséhez) szükséges nyomatékot, ha a számításnál figyelembe vesszük, hogy az orsó két anyában forog, valamint azt, hogy a nyomaték csak a menetsúrlódásra fordítódik! A menet adatai: Tr22x5 (=30°) d2=19,5 mm és d3=16,5 mm. A menetek közötti súrlódási tényező 0,11, valamint az orsót terhelő húzó (nyomó) erő 17000 N. = fok ![]() | ||||||||||||||
11. Egy szorosan meghúzott csavarkötésnél M16x2 menetet alkalmazunk, ahol az üzemi terhelés F=15 kN. Milyen anyagból kell készíteni a csavart a lent megadottak közül, ha a biztonsági tényezőt 1,75-re választjuk, valamint a jósági tényező 0,9?
![]() | ||||||||||||||
12. Válassza ki a csavarok nyírásra történő méretezésénél alkalmazott, a maximális nyírófeszültségre vonatkozó helyes számítási összefüggését! ![]() | ||||||||||||||
13. Válassza ki a berágódásra történő méretezéskor alkalmazott, a szükséges menetszámra vonatkozó helyes számítási összefüggését! ![]() |