Hoe bereken je de afschuifsterkte van bouten?

De afschuifsterkte van een bout verwijst naar de capaciteit om de maximale afschuifkracht te weerstaan zonder te breken wanneer er een zijdelingse externe kracht op wordt uitgeoefend. We kunnen de berekeningsmethode, normen en enkele specifieke waarden van de afschuifsterkte van bouten begrijpen.

Ten eerste is de formule voor het berekenen van de afschuifsterkte van bouten W=P/F=P/ab, waarbij P de breukbelasting (N) is, F het overlapoppervlak (cm^2), a de overlaplengte (cm) en b de overlapbreedte (cm). Dit betekent dat de afschuifsterkte van de bout gerelateerd is aan de grootte en vorm van de bout. Door deze parameters te meten en de bovenstaande formule toe te passen, kan de afschuifsterkte van de bout worden berekend.

Ten tweede is de afschuifsterkte van een bout ook gerelateerd aan de materiaalsoort. Zo heeft een bout van kwaliteitsklasse 4.8 een afschuifsterkte die ongeveer de helft is van de treksterkte, terwijl een bout van kwaliteitsklasse 12.9 een afschuifsterkte heeft van 900 MPa. Dit geeft aan dat bouten van verschillende kwaliteitsklassen verschillende afschuifsterktes hebben.

Bovendien wordt de ontwerpwaarde van de afschuifsterkte van bouten bepaald aan de hand van statistische gegevens uit verbindingstests, wat betekent dat de werkelijke afschuifsterkte van gebruikte bouten kan variëren op basis van specifieke omstandigheden en testresultaten.

Welke methoden zijn er om de afschuifsterkte van bouten te berekenen?

De berekeningsmethoden voor de afschuifsterkte van bouten omvatten voornamelijk eindige-elementenanalyse en experimentele testen.

Eindige elementen analyse is een methode die het gedrag van materialen of constructies onder kracht voorspelt door een wiskundig model op te stellen. Het kan de afschuifprestaties van bouten evalueren zonder daadwerkelijke vernietiging. Deze methode kan worden gebruikt voor het ontwerp en de optimalisatie van specifieke typen bouten, zoals blinde bouten, door het weerstandsgedrag van bouten onder pure afschuifkracht te simuleren om hun dragende prestaties te bestuderen.

Experimentele testen beoordelen door de bout daadwerkelijk te belasten en de bezwijkmodus te observeren, die de werkelijke afschuifsterkte van de bout direct weergeeft.

De toepassingsscenario's van deze twee methoden hebben elk hun eigen accent. Eindige-elementenanalyse is geschikt voor het beginstadium van boutontwerp, waarbij het effect van verschillende ontwerpschema's op de afschuifkracht van bouten moet worden geëvalueerd en de prestaties van bouten tijdens het ontwerpproces moeten worden voorspeld en geoptimaliseerd.

Experimentele testen worden vaker toegepast in de latere fase van de productontwikkeling, om de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van het ontwerp te verifiëren en te garanderen dat het boutproduct kan voldoen aan de prestatie-eisen in werkelijke toepassingen.

Boutverbinding onder afschuifkracht

Zoals getoond in Figuur 1-8 maakt deze verbinding gebruik van een bout om de werkbelasting F door een geponst gat te weerstaan. Ervan uitgaande dat elke bout een gelijke werklast ontvangt, is de afschuifkracht die elke bout ontvangt F.

Daarom is de druksterkte tussen de boutstang en de gatwand:

De voorwaarden voor de afschuifsterkte van bouten zijn:

In de formule:

F is de op de bout uitgeoefende afschuifkracht in Newton;

d₀ is de diameter van het afschuifvlak van de bout, die kan worden beschouwd als de diameter van het boutgat, in millimeters;

[τ] staat voor de toelaatbare afschuifsterkte van de schroefdraad, in MPa, voor staal

Waar:

[S]_τ de veiligheidsfactor is volgens Tabel 1-9;

L_min is de minimale hoogte van de boutstang die door de gatwand wordt gedrukt, in millimeters.

Tijdens het ontwerp moet L_min moet groter zijn dan of gelijk aan 1,25d; i staat voor het aantal afschuifvlakken op de boutstang. In Figuur 1-1b is i=2 en in Figuur 1-8 is i=1.

De vereiste afschuifspanning voor bouten is meestal 60 MPa.

De afschuifsterkte van bouten aanpassen aan de bedrijfsomstandigheden

In praktische toepassingen kan de afschuifsterkte van bouten op verschillende manieren worden aangepast aan specifieke eisen op basis van gebruiksomstandigheden:

Kies het juiste type bout: Afhankelijk van het gebruiksscenario kies je voor bouten met hoge sterkte of gewone bouten. Bouten met hoge sterkte zijn geschikt voor het verbinden van belangrijke constructies, zoals bruggen en staalconstructies, waarbij de betrouwbaarheid en veiligheid van de verbindingen gegarandeerd moeten zijn. Gewone bouten worden meer gebruikt in algemene mechanische apparatuur en meubels.

Bereken de afschuifspanning van de bout: Vereenvoudigd uit de formule F = A × (F / A) is de dwarskracht van de bout gelijk aan de kracht waaraan de bout wordt blootgesteld. Deze stap geeft inzicht in de maximale dwarskracht die een bout onder een bepaalde belasting kan weerstaan en vormt de basis voor de latere selectie.

Beschouw de vervormbaarheid van de bout: Om het probleem van onvoldoende vervormbaarheid van boutverbindingsstukken aan te pakken, kunnen vervormbare verbindingsstukken worden gebruikt om hun prestaties te verbeteren. Dit ontwerp kan het aanpassingsvermogen en de betrouwbaarheid van de bout verbeteren zonder veel aan sterkte in te boeten.

Pas de veiligheidsfactor aan: Afhankelijk van de sterkte van de bout en de verwachte gebruiksomstandigheden moet de veiligheidsfactor worden aangepast. De toelaatbare afschuifspanning Ít kan bijvoorbeeld worden berekend door de afschuifspanning te delen door de veiligheidsfactor. Door de veiligheidsfactor aan te passen kunnen de prestaties van de bout worden geoptimaliseerd terwijl de veiligheid gewaarborgd blijft.

Houd rekening met omgevingsfactoren: Bij bevestigingsmiddelen met hoge sterkte die langdurig worden blootgesteld aan zware omstandigheden, zoals die in windenergie, moet speciale aandacht worden besteed aan hun onderhoudsomstandigheden en stabiliteit. In dit geval kunnen speciale materialen of coatings nodig zijn om de corrosiebestendigheid en duurzaamheid van de bout te verbeteren.

Volg de technische procedures: Verwijzend naar de technische procedures voor boutverbindingen met hoge sterkte in staalconstructies, kunnen maatregelen zoals het verhogen van het wrijvingsoppervlak van de coating en de slipweerstandscoëfficiënt ervan, het vergroten van de trekverbindingen en eindplaatverbindingen de prestaties en betrouwbaarheid van boutverbindingen effectief verbeteren.