Poltide Pingutusmomendi Kalkulaator - Täpsed Kinnitusdetailide Pingutusmomendi Spetsifikatsioonid

Poldi pingutusmomendi kalkulaator hindab pingutusmomenti, mida polt vajab sihtkinnitusjõu saavutamiseks. See kasutab momendiväärtuse leidmiseks poldi läbimõõtu, keerme sammu, materjali ja tugevusklassi ning väljendab seda njuutonmeetrites (Nm).

Kuidas poldi pingutusmoment toimib

Poldi keeramine võtmega rakendab pöördemomenti ehk pöördejõudu. Suurem osa sellest momendist kulub hõõrdumise ületamiseks: osa keerme juures ja suurem osa poldipea all. Ainult väike osa venitab polti veidi nagu vedru ning tekitab kinnitusjõu, mis hoiab liite koos. Seda kinnitusjõudu nimetatakse eelpingeks ehk tõmbepingeks. Kuna hõõrdumine neelab suurema osa momendist, mõjutab poldi pinna seisukord ja määrimine seda, kui suure kinnitusjõu kindel pingutusmoment tekitab.

Kuidas arvutada poldi pingutusmomenti

Standardne pingutusmomendi ja tõmbejõu valem on:

$T = K \times D \times F$

• T — pingutusmoment njuutonmeetrites (Nm)
• K — pingutusmomendi koefitsient ehk materjali ja määrimise määratud hõõrdetegur
• D — poldi nimiläbimõõt meetrites
• F — kinnitusjõud (eelkoormus) njuutonites (N)

Läbimõõt peab olema meetrites, mitte millimeetrites. 10 mm polt sisestatakse sellesse valemisse kujul 0,01 m. Millimeetrite otse kasutamisel tuleb pingutusmoment 1 000 korda liiga suur.

Pingutusmomendi koefitsient (K)

Pingutusmomendi koefitsient tähistab hõõrdumist. Väiksem K tähendab, et hõõrdumisele kaob vähem momenti ja suurem osa sellest muutub kinnitusjõuks. See kalkulaator kasutab järgmisi väärtusi:

Kinnitusjõud (F)

Kinnitusjõud on teljesuunaline jõud, mida pingutatud polt liitele avaldab. See kalkulaator määrab sihtkinnitusjõuks 75% poldi tõenduspiirist, mis on tavaline eesmärk liite puhul, mida võidakse lahti võtta ja uuesti kokku panna:

$F = 0.75 \times S_p \times A_s$

Sp on poldi tugevusklassi minimaalne tõenduspiir, mis on määratletud ISO 898–1 standardis. As on keerme tõmbepindala ehk keermestatud varre koormust kandev efektiivne ristlõige:

$A_s = \frac{\pi}{4} \times (d - 0.9382 \times P)²$

Siin on d nimiläbimõõt ja P keerme samm, mõlemad millimeetrites. As on sileda varre ristlõike pindalast väiksem, sest keerme lõikamisel eemaldatakse materjali.

Tõenduspiir tugevusklassi järgi:

Materjal ja tugevusklass määratakse selles kalkulaatoris eraldi. „Roostevaba terase” valimine ei muuda ega piira saadaolevat tugevusklassi; eespool toodud viis klassi kehtivad materjalist sõltumata.

Näidisarvutus

Võtame terasest M10-poldi nimiläbimõõduga 10 mm, keerme sammuga 1,5 mm ja tugevusklassiga 8,8, mis pingutatakse kuivalt.

1. Tõmbepindala: As = (π/4) × (10 − 0,9382 × 1,5)² ≈ 57,99 mm²
2. Tõenduspiir: Sp = 580 MPa, sest läbimõõt on 16 mm või väiksem
3. Kinnitusjõud: F = 0,75 × 580 × 57,99 ≈ 25 225 N
4. Pingutusmoment: T = 0,20 × 0,01 × 25 225 ≈ 50,45 Nm

Sama polt vajab kuivalt pingutamise asemel määrituna (K = 0,15) ligikaudu 37,84 Nm ehk umbes veerandi võrra vähem. Määrimine vähendab hõõrdumist, mistõttu kulub momendist vähem ja suurem osa muutub kinnitusjõuks.

teraspoldid, tugevusklass 8,8

Ligikaudne pingutusmoment standardse jämeda keerme sammu ja 75% eelpingega:

Need arvud eeldavad tugevusklassi 8,8 ja eelpinget sihtväärtusega 75%. Teistsugune tugevusklass, materjal või eelpingeväärtus muudab tulemust, seega kasutage täpse väärtuse saamiseks eespool toodud kalkulaatorit.

Pingutusmomendi arvutamine koodis

1def bolt_torque(diameter_mm, torque_coefficient, tension_n):
2    diameter_m = diameter_mm / 1000  # convert mm to m
3    return round(torque_coefficient * diameter_m * tension_n, 2)
4
5torque = bolt_torque(10, 0.20, 25225)
6# 50.45
7

Enne K ja F-ga korrutamist tuleb läbimõõt jagada 1000-ga. Selle sammu vahelejätmisel saadakse pingutusmoment 1 000 korda liiga suur.

Kalkulaatori eeldused

• Toatemperatuur, ligikaudu 20–25°C
• Puhtad ja kahjustamata keermed, mis on korralikult haakunud
• Eelpingutuse sihtväärtus 75% poldi tõenduspiirist
• Staatiline liide, mis ei puutu kokku tugeva vibratsiooni ega termotsüklitega

See kalkulaator toetab nimiläbimõõte 3 mm kuni 36 mm. Liidete puhul, mille rike võib põhjustada vigastusi või ulatuslikku kahju — näiteks surveanumad, teraskonstruktsioonid ja lennundusdetailid — kasutage selle asemel tootja pingutusmomendi spetsifikatsiooni või asjakohast inseneristandardit. Tegelike liidetega kaasnevad sellised tegurid nagu tihendi kokkusurumine, soojuspaisumine ja üksikute kinnitusdetailide hõõrdumise erinevused, mida üldvalem ei suuda arvesse võtta.

Korduma kippuvad küsimused

Mis on poldi pingutusmomendi kalkulaator?

Tööriist, mis hindab poldi sihtkinnitusjõu saavutamiseks vajalikku pingutusmomenti njuutonmeetrites. Sisenditeks on poldi läbimõõt, keerme samm, materjal ja tugevusklass.

Kuidas arvutada poldi pingutusmomenti käsitsi?

$T = K \times D \times F$, kus D on meetrites. K saadakse poldi materjali ja määrimistingimuste pöördemomendi koefitsiendi tabelist. F tuleneb poldi tugevusklassist ja tõmbepinge ristlõikepindalast ning selle väärtuseks määratakse korduvkasutatava ühenduse korral tavaliselt 75% katsekoormusest.

Mis juhtub, kui polti üle pingutada?

See võib venida üle elastsuspiiri, keerme maha rebida või puruneda. Alumiiniumkeermed rebenevad eriti kergesti. Liigne pingutamine lühendab ka poldi väsimusiga, sest polt töötab siis voolavuspiirile lähemal ja kasutamise ajal lisanduvate koormuste jaoks jääb vähem varu.

Mis juhtub, kui polt on liiga lõdvalt pingutatud?

Liide võib vibratsiooni mõjul lõtvuda, tihendi kokkusurumisel lekkida või lasta detailidel külgsuunalise koormuse mõjul nihkuda. Liiga lõdvalt pingutatud poldid võivad korduvate pingetsüklite tõttu ka suurema tõenäosusega praguneda, sest tavaliselt seda pinget neelav kinnitusjõud on liiga väike.

Kas määrimine muudab poldi vajalikku pingutusmomenti?

Jah. Määrimine vähendab hõõrdumist ja seega pingutusmomendi koefitsienti, mistõttu rakendatud momendist kaob vähem ning suurem osa muutub kinnitusjõuks. Määritud teraspolt vajab sama kinnitusjõu saavutamiseks tavaliselt umbes 25% vähem momenti kui sama polt kuivalt.

Mis vahe on poldi pingutusmomendil ja tõmbepingel?

Pingutusmoment on võtmega rakendatav väändejõud. Tõmbepinge ehk eelpingutus on poldi sees tekkiv venitus, mis tekitab kinnitusjõu. Hõõrdumine seob need kaks suurust, mistõttu võib sama pingutusmomendi väärtus sõltuvalt määrimisest ja pinna seisukorrast tekitada erineva tõmbepinge.

Kas seda kalkulaatorit saab kasutada roostevabade poltide puhul?

Jah. Selles kalkulaatoris on roostevaba terase koefitsiendid järgmised: kuivalt 0,22 ja määrituna 0,17. Mõlemad on tavalisest terasest suuremad, sest roostevaba teras takistab rohkem libisemist ja on vastuvõtlik kinnikiilumisele ehk hõõrdumise tõttu tekkivale keerme kinnikiilumisele. Selle vältimiseks kasutatakse roostevabast terasest detailide vahel tavaliselt kinnikiilumisvastast määret.

Viited

1. Rahvusvaheline Standardiorganisatsioon. ISO 898-1:2013 — Süsinikterasest ja legeerterasest valmistatud kinnitusdetailide mehaanilised omadused, osa 1: Kindlaksmääratud tugevusklassidega poldid, kruvid ja tikkpoldid.
2. Fastenali inseneriosakond. Pingutusmomendi ja tõmbejõu seos, ISO 898–1 tugevusklassid 4,6, 8,8, 10,9 ja 12,9, meetermõõdustiku jäme keere.
3. Motosh, N. (1976). „Poltide projekteerimisdiagrammide väljatöötamine kuni plastse piirkonnani eelpingutatud poltide jaoks.” Journal of Engineering for Industry, 98(3), 849–851.