ECHILIBRUL DE FORȚE ÎN CONEXIUNILE FILETATE
Desigur, este de dorit ca conexiunile filetate să fie fiabile și să nu existe riscul ca ele să se deschidă singure. Pentru un grad înalt de fiabilitate este extrem de important să înțelegeți forțele care apar într-o conexiune cu șuruburi. Acest lucru se datorează faptului că fiecare element din conexiune va influența rezultatul final.
| Figura 1 | Figura 2 |
 |  |
În termeni simpli, sunt posibile două tipuri de sarcină statică într-o conexiune cu șuruburi:
- Fără o forță de strângere - forța este transmisă între plăci transversal și prin forțelor de forfecare care se aplica asupra corpului șurubului sau filetului. Plăcile care urmează a fi conectate se mișcă relativ una de cealaltă până când găurile se află în contact direct cu corpul șurubului sau cu filetul. În acest caz, șuruburile sunt încărcate la forfecare (încărcare transversală), vezi figura 1.
- Cu o forță de strângere mare - această forță de strângere împiedică deplasarea pieselor care sunt strânse. Forța este transferată prin frecare. Șuruburile sunt încărcate pe extensie (sarcină axială), vezi figura 2.
De obicei, nu este de dorit o deplasare reciprocă a părților care urmează să fie conectate.
Prin urmare, trebuie să aplicăm o forță suficientă de strângere în fixările cu șuruburi. Aceasta este pretensionarea care se obține după ce piulița sau șurubul au fost strânse.
Dacă forțele de pe structura schimbă în mod regulat direcția sau nu sunt constante, atunci există o sarcină dinamică. Se va arăta mai jos că o sarcină dinamică poate fi unul dintre motivele slăbirii conexiunilor șuruburilor sau poate duce la ruperea șuruburilor.
Pentru ca o îmbinare să-și îndeplinească funcția, mai ales dacă este activă o sarcină dinamică, forța de strângere trebuie menținută.
CONEXIUNEA CU FILETE ESTE O UNITATE ELASTICĂ REZISTENTĂ
La proiectarea și realizarea unei conexiuni filetate este foarte important să înțelegem că:
- Șuruburile și piesele care sunt conectate funcționează ca o unitate elastic rezistentă: elementele de prindere sunt comprimate elastic, în timp ce șurubul se întinde în timpul asamblării. În cazul în care șurubul se extinde din cauza unei sarcini externe, piesele fixate vor reveni în poziția inițială.
- Forța de tracțiune a șuruburilor este de asemenea egală cu forța de presiune a elementelor fixate. Putem ilustra acest lucru pe baza figurii 3.
Figura 3
Echilibrul forțelor și deformării este prezentat într-un așa-numit triunghi de forță / deformare, vezi graficul A (de mai jos). Linia 1 din grafic arată deformarea pe care un bolț o suferă din cauza unei forțe de tracțiune. Linia 2 se referă la setul de prinderi care se deformează sub influența forței de presiune datorată șurubului.
fsm = alungirea șurubului datorită forței de strângere Fm
fpm = comprimarea elementelor fixate datorită forței de strângere Fm
În graficul de mai sus puteți vedea că, cu o forță de strângere Fm, alungirea șurubului este egală cu fsm și că comprimarea părților fixate este fpm. Deoarece materialele utilizate pentru șuruburi și piesele fixate sunt diferite, la fel ca și designul, fsm și fpm nu sunt de obicei egale.
La această conexiune cu șuruburi aplicăm o sarcină externă Fa, a se vedea figura 4.
Figura 4
Dacă compunem această forță externă de întindere Fa pe graficul A, atunci va trebui să fie montat între cele două caracteristici de deformare. Dacă șurubul se întinde din cauza forței exterioare, materialul fixat va reveni la fel de mult, vezi graficul B.
 |  |
Fm = forța originală de strângere în legătură
Fa = sarcină axială exterioară
Fpa = reducerea forței de strângere datorată Fa
Fsa = creșterea încărcării șuruburilor datorită Fa
Fkr = forța de strângere reziduală în legătură
Fs = sarcina totală a șurubului
UN ȘURUB MAI ELASTIC VA CAUZA O CREȘTERE MAI MICĂ A SARCINII PE ȘURUB
Pe de o parte Fa provoacă o reducere a forței de strângere (Fpa) și, pe de altă parte, aduce o creștere a încărcăturii șurubului (Fsa).
Este de dorit ca creșterea sarcinii să fie cât mai mică posibil, nu doar pentru a împiedica supraîncărcarea șurubului. Acest lucru se datorează faptului că, dacă sarcina externă este dinamică, șurubul va simți numai fluctuațiile din Fsa. În cazul în care amplitudinea acestei forțe Fsa este mare, acest lucru poate determina în curând fracturarea datorată oboselii. Mai mult, forța reziduală de strângere Fkr nu trebuie să devină niciodată zero! Dacă se întâmplă acest lucru, conexiunea se va desprinde.
Creșterea sarcinii pe șurub Fsa poate fi limitată cât mai mult posibil prin utilizarea unui bolț foarte elastic. Drept rezultat, curba de deformare a șurubului este mai puțin abruptă. Ceea ce vedem este că forța externă este absorbită mult mai mult printr-o reducere a forței de strângere, vezi graficul C.
Se poate obține același efect prin utilizarea unor materiale strânse foarte rigide: în consecință, curba deformării materialelor fixate devine foarte abruptă și forța exterioară este aproape complet absorbită de o reducere a forței de strângere, vezi graficul D.
Materialele mai rigide fixate vor determina o creștere mai mică a încărcării șuruburilor.
PE SCURT
În special cu o sarcină dinamică, este extrem de important să menținem eliminăm cât mai mult posibil sarcina suplimentară pe șurub: din cauza oboselii, se poate produce fracturarea bruscă.
Cu o sarcină externă, pentru a limita cât mai mult posibil forța suplimentară pe șurub:
- Elementele structurale trebuie să fie cât mai rigide posibil.
- Se pot folosi șuruburi elastice:
- Alegeți un raport mare al lungimii / diametrului de strângere (≥ 5xD)
- Selectați o lungime mai mare a filetului
- Dacă este necesar, utilizați un diametru mai mic al șurubului (șuruburi cu tijă redusă)
- Forța de strângere trebuie să fie cât mai mare posibil, cu siguranță mai mare decât sarcina externă.