Co robi płaska podkładka w połączeniu śrubowym?

Dokręcanie śruby wytwarza skoncentrowane ciśnienie pod łbem lub nakrętką. Ta mała powierzchnia styku może mieć wpływ na cały staw. A płaska podkładka znajduje się pomiędzy łącznikiem a powierzchnią złącza. Zwiększa powierzchnię nośną i zmniejsza lokalne naciski powierzchniowe. Może również chronić materiał i stworzyć bardziej stabilną powierzchnię do siedzenia. Efekty te mogą zmniejszyć wcięcia, osadzenie i niepożądaną utratę napięcia wstępnego. Jednak standardowej podkładki płaskiej nie należy traktować jako urządzenia zapobiegającego poluzowaniu. Tutaj dowiesz się, kiedy podkładka ma znaczenie, gdzie powinna zostać umieszczona oraz jak średnica, grubość i twardość wpływają na działanie połączenia śrubowego.

Jak płaska podkładka zmienia ścieżkę obciążenia w połączeniu śrubowym

Kiedy śruba jest dokręcana, wewnątrz elementu złącznego powstaje napięcie. To napięcie powoduje ściskanie pomiędzy połączonymi częściami. Łeb śruby i nakrętka muszą przenosić tę siłę na pobliski materiał.

Bez podkładki powierzchnia nośna jest ograniczona. Łeb śruby lub nakrętka styka się bezpośrednio ze złączem. Ciśnienie koncentruje się wokół tego stosunkowo małego obszaru.

Płaska podkładka dodaje kolejną powierzchnię przenoszenia obciążenia. Jego średnica zewnętrzna jest zwykle większa niż bezpośrednia powierzchnia oparcia elementu złącznego. Siła zaciskająca może zatem przedostać się do złącza przez większy obszar.

Zwiększanie powierzchni łożyska pod łbem śruby lub nakrętką

Efekt jest najłatwiejszy do zrozumienia poprzez ścieżkę obciążenia.

Bez podkładki:

Śruba lub nakrętka → mała powierzchnia łożyska → materiał złącza

Z podkładką:

Śruba lub nakrętka → podkładka → większa powierzchnia łożyska → materiał połączenia

Podkładka nie rozkłada równomiernie obciążenia na cały zespół. Zamiast tego zmienia sposób, w jaki siła wchodzi w materiał w pobliżu otworu na śrubę.

Ta różnica staje się istotna w przypadku bardziej miękkich lub cieńszych części. Mała powierzchnia nośna może wytworzyć wystarczający nacisk, aby je wcisnąć. Szersza powierzchnia podkładki może zmniejszyć to lokalne stężenie.

Rozważmy stalową śrubę mocującą stosunkowo cienki aluminiowy wspornik. Śruba może mieć wystarczającą wytrzymałość na obciążenie. Jednakże bardziej miękki wspornik może nadal odkształcać się pod łbem śruby. Odpowiednio dobrana podkładka sprawia, że ​​siła ma szerszą ścieżkę wnikania w aluminium.

Zmniejszenie lokalnego naprężenia łożyska bez zwiększania napięcia wstępnego śruby

Większa podkładka nie powoduje automatycznie większego naprężenia śruby. To rozróżnienie ma znaczenie przy wyborze łącznika.  Napięcie wstępne śruby opisuje siłę rozciągającą wytworzoną wewnątrz dokręconej śruby. Nacisk łożyska opisuje nacisk styku pod łbem, nakrętką lub podkładką. Są ze sobą powiązane, ale nie są takie same.

Przy tej samej sile zacisku zwiększenie efektywnej powierzchni łożyska może obniżyć średni nacisk kontaktowy. Może to być pomocne, gdy materiał łączący ma ograniczoną wytrzymałość na ściskanie.

Efekt jest przydatny w przypadku materiałów takich jak:

• Cienka blacha , w której łatwo mogą wystąpić miejscowe odkształcenia.

• Części aluminiowe , które mogą wgniatać się pod wpływem dużego nacisku.

• Elementy z tworzyw sztucznych , w przypadku których należy zwrócić uwagę na zgniatanie i pełzanie.

• Zestawy drewniane , w których włókna mogą ściskać się pod elementem złącznym.

• Powierzchnie powlekane , gdzie skoncentrowany kontakt może uszkodzić wykończenie.

Podkładka nie jest w stanie skorygować nieodpowiedniego rozmiaru śruby lub słabej konstrukcji złącza. Zapewnia po prostu lepszy interfejs łożyska, jeśli jest prawidłowo wybrany.

Jak płaska podkładka chroni powierzchnię złącza podczas dokręcania

Rozkład obciążenia to tylko jedna funkcja. Podkładka oddziela również łącznik od powierzchni współpracującej. Ma to znaczenie, ponieważ łeb nakrętki lub śruby może się obracać podczas dokręcania. Bezpośredni obrót w kierunku elementu może spowodować uszkodzenie powierzchni. Ryzyko wzrasta w przypadku wykończeń lub bardziej miękkich materiałów.

Ograniczanie wgnieceń, zgnieceń i przeciągania elementów złącznych

Duża siła zacisku wytwarza nacisk wokół otworu na śrubę. Jeśli materiał nie wytrzyma tego nacisku, może się odkształcić.

Może wystąpić kilka problemów:

• Łeb śruby może zagłębić się w powierzchnię.

• Nakrętka może pozostawić głęboki ślad.

• Cienki materiał może zalegać wokół otworu.

• Otwór może zostać miejscowo zniekształcony.

• Element mocujący może zacząć przeciągać słaby materiał.

Większa powierzchnia nośna może zmniejszyć to ryzyko. To wyjaśnia, dlaczego średnica zewnętrzna podkładki ma znaczenie. Dwie podkładki mogą pasować do tej samej śruby, ale obejmują bardzo różne obszary.

Konstrukcja o większej średnicy może być przydatna w pobliżu zbyt dużych otworów. Może być również pomocny, gdy powierzchnia wymaga większego krycia. Jednak sama średnica nie gwarantuje lepszej wydajności. Podkładka musi być również odporna na zginanie. Bardzo szeroka, ale słaba podkładka może myć naczynia pod dużym napięciem wstępnym.

Zapewnienie kontrolowanej powierzchni pod obrotowym łącznikiem

Podczas dokręcania pod obracającym się elementem powstaje tarcie. Tarcie to wpływa zarówno na powierzchnię, jak i na zachowanie podczas dokręcania. Bezpośredni obrót może zarysować farbę lub powłoki ochronne. Może również uszkodzić powierzchnie platerowane lub obrobione maszynowo. Zatarcie może stać się kolejnym problemem w przypadku niektórych materiałów.

Podkładka tworzy wymienny interfejs łożyska. Otrzymuje większość bezpośredniego kontaktu z łącznikiem. Ochrona ta może mieć znaczenie w maszynach, zespołach samochodowych, elementach konstrukcyjnych i odsłoniętym sprzęcie. Uszkodzenie powłoki ochronnej może również narazić podłoże na korozję.

Pralka nadal wymaga odpowiedniego materiału i wykończenia. Złe dobranie materiałów może spowodować nowe problemy z korozją lub tarciem. Na przykład podkładki ze stali węglowej i stali nierdzewnej zachowują się inaczej w środowiskach korozyjnych. Wykończenie powierzchni wpływa również na długoterminową ekspozycję.

Dlaczego stan łożysk podkładki może wpływać na utrzymanie napięcia wstępnego

Połączenie śrubowe zależy w dużym stopniu od zachowanej siły zacisku. Sam moment montażowy nie gwarantuje długotrwałego napięcia wstępnego. Po dokręceniu mogą wystąpić niewielkie zmiany na powierzchni. Chropowatość może się spłaszczyć. Powłoki mogą ulegać kompresji. Miękkie materiały mogą się nieznacznie odkształcić. Zmiany te zmniejszają efektywną grubość złącza zaciskanego.

Osadzanie i osiadanie po dokręceniu

Każda rzeczywista powierzchnia ma mikroskopijne szczyty i doliny. Mogą nam się wydawać gładkie, ale kontakt odbywa się poprzez małe, wysokie punkty. Dokręcanie powoduje kompresję tych nieprawidłowości. Dodatkowe osadzanie może być kontynuowane po montażu.

Kilka czynników zwiększa ten efekt:

• szorstkie powierzchnie współpracujące,

• grube powłoki,

• zadziory wokół otworów,

• bardziej miękkie materiały spoin,

• nierówne powierzchnie nośne,

• lokalne kruszenie materiału.

Kiedy te warstwy opadną, spoina staje się nieco cieńsza. Śruba traci niewielką ilość wydłużenia. Utrzymane napięcie wstępne może następnie spaść.

Odpowiednia płaska podkładka może zapewnić twardszą i bardziej spójną powierzchnię nośną. Może to zmniejszyć miejscowe odkształcenie wokół elementu złącznego. Nie może jednak usunąć wszystkich źródeł osadnictwa. Projekt złącza, sztywność materiału, grubość wykończenia i metoda montażu nadal mają znaczenie.

Stabilne osadzenie to nie to samo, co zapobieganie poluzowaniu

To rozróżnienie jest szczególnie istotne przy podejmowaniu decyzji zakupowych. Płaska podkładka może poprawić warunki siedzenia. Lepsze osadzenie może zmniejszyć jedno z możliwych źródeł utraty napięcia wstępnego.

Jednak zwykła płaska podkładka nie blokuje automatycznie łącznika. Luzowanie wibracyjne wiąże się z kilkoma zmiennymi. Należą do nich napięcie wstępne, sztywność połączenia, ruch poprzeczny, tarcie i kierunek obciążenia.

Z tego powodu dołożenia zwykłej podkładki nie należy traktować jako uniwersalnego rozwiązania wibracyjnego. W razie potrzeby właściwie zaprojektowane złącze może wykorzystywać inną metodę blokowania. Podkładka pełni wówczas funkcję łożyska oddzielnie.

Gdzie należy umieścić podkładkę płaską w złączu śrubowym?

Pozycja podkładki powinna być zgodna z rzeczywistą metodą dokręcania. Nie ma uniwersalnej zasady wymagającej podkładek po obu stronach. Przydatnym punktem wyjścia jest obrotowy element złączny.

Pod nakrętką, pod łbem śruby lub po obu stronach

Jeśli nakrętka obraca się podczas dokręcania, pod nakrętką zwykle umieszcza się podkładkę. Następnie zapewnia powierzchnię nośną dla tego ruchu. Jeśli łeb śruby obraca się, podkładka może zamiast tego znajdować się pod łbem śruby. W niektórych złączach po obu stronach stosuje się podkładki. Takie ustawienie może mieć sens, gdy obie powierzchnie wymagają większego podparcia lub ochrony łożyska.

Tabela zawiera jedynie ogólne wskazówki. Rysunki techniczne i obowiązujące normy mają pierwszeństwo.

Przypadki, w których dodanie podkładki nie jest automatycznie lepsze

Większy sprzęt nie zawsze zapewnia lepsze połączenie. Niektóre śruby mają już powiększone łby kołnierzy. Niektóre nakrętki zapewniają również szerokie powierzchnie łożyskowe. Te konstrukcje mogą już zapewniać odpowiednią powierzchnię styku.

Dodanie podkładki zmienia również stos połączeń. Ta zmiana może wpłynąć na kilka szczegółów:

• zaangażowanie wątku,

• dostępna długość chwytu,

• przestrzeń instalacyjna,

• występ śruby,

• wymagania dotyczące zaostrzenia.

Prawidłowe pytanie nie brzmi: „Czy każda śruba powinna mieć podkładkę?”. Lepszym pytaniem jest: „Czy to łożysko wymaga większej powierzchni, ochrony lub wsparcia? Jeśli odpowiedź brzmi nie, dodatkowa podkładka może przynieść niewielkie korzyści.

Które właściwości podkładek płaskich faktycznie wpływają na działanie połączenia?

Nie każda podkładka pasująca do tej samej śruby spełnia tę samą funkcję. Średnica otworu ma znaczenie dla podstawowego dopasowania. Jednakże średnica zewnętrzna, grubość, twardość, materiał i wykończenie wpływają na interfejs złącza. W tym przypadku istotne stają się normy takie jak DIN, SAE, USS i ASTM.

Średnica zewnętrzna i dostępna powierzchnia łożyska

Średnica zewnętrzna określa, jaką powierzchnię może potencjalnie pokryć podkładka. A Podkładka płaska DIN125A reprezentuje powszechną formę ogólnego przeznaczenia. A Płaska podkładka DIN9021 ma większą średnicę zewnętrzną, co zapewnia większe pokrycie powierzchni.

Topbolt szczegółowo wymienia konstrukcje DIN 9021 jako mające większe średnice zewnętrzne niż standardowe konfiguracje podkładek płaskich. Ta różnica może mieć znaczenie w przypadku cienkich arkuszy lub bardziej miękkich powierzchni. Może to również pomóc w przypadku większych otworów przejściowych.

Ta sama zasada obowiązuje przy doborze podkładek w stylu amerykańskim. Konstrukcje podkładek płaskich SAE USS różnią się proporcjami wymiarowymi. Inżynierowie powinni zatem sprawdzić rzeczywiste wymiary, zamiast polegać wyłącznie na nominalnym rozmiarze śrub.

W naszym asortymencie podkładek oferujemy różne wymiary, materiały, wykończenia i opcje twardości, ponieważ wymagana powierzchnia nośna zależy od stanu łącznika i złącza, a nie samej średnicy śruby. Nasz wymieniony asortyment obejmuje podkładki płaskie SAE USS i DIN125A/DIN9021.

Większa podkładka nadal nie jest automatycznie mocniejsza. Zwiększanie średnicy zewnętrznej zwiększa również niepodpartą rozpiętość pomiędzy obszarem łożyska śruby a krawędzią podkładki. Grubość i wytrzymałość materiału muszą wspierać tę geometrię.

Grubość, twardość i odporność na odkształcenia podkładki

Podkładka powinna pozostać stabilna pod spodziewanym obciążeniem zacisku. Jeśli mocno się zgina, zmienia się droga obciążenia. Jeśli się odchyli, użyteczna powierzchnia nośna może się zmniejszyć. Jeżeli osadzi się pod nakrętką, może to pogorszyć stabilność napięcia wstępnego.

Twardość staje się szczególnie ważna w przypadku połączeń o dużym napięciu wstępnym. Miękka podkładka umieszczona pod łącznikiem konstrukcyjnym o wysokiej wytrzymałości może się odkształcić. Może to pogorszyć zamierzone warunki łożyskowania. Dlatego też istnieją standardy podkładek hartowanych dla wymagających połączeń.

Jakiś Podkładka płaska ASTM F436/F436M jest stosowana w zastosowaniach związanych z skręcaniem konstrukcji, gdzie właściwości podkładki mają znaczenie obok zespołu śruby. Topbolt zawiera listę podkładek płaskich ze stali węglowej ASTM F436/F436M od 1/4 cala do 4 cali. Podaje również poziomy twardości podkładki 100HV, 200HV i 300HV w szerszym zakresie.

Nie oznacza to, że do każdego zastosowania potrzebna jest najtwardsza dostępna podkładka. Ważniejsze pozostaje dopasowanie podkładki do systemu elementów złącznych.

Prosta kontrola wyboru może przebiegać w następującej kolejności:

1. Potwierdź wymiary śrub i otworów.

2. Sprawdź wymaganą powierzchnię łożyska.

3. Sprawdź grubość i sztywność podkładki.

4. Dopasuj twardość do systemu mocowania.

5. Wybierz materiał dla środowiska.

6. Potwierdź wymagania dotyczące powłoki lub wykończenia.

7. Postępuj zgodnie z dowolnym standardem połączenia.

Ta metoda uniemożliwia kupującym wybór podkładek wyłącznie na podstawie średnicy wewnętrznej.

Kiedy złącze śrubowe wymaga czegoś więcej niż standardowej podkładki płaskiej?

Standardowa podkładka sprawdza się dobrze w wielu ogólnych złożeniach. Niektóre połączenia wymagają dokładniejszego przeglądu technicznego. Znaki ostrzegawcze pojawiają się zwykle, gdy napięcie wstępne, wytrzymałość materiału lub geometria otworu stają się bardziej wymagające.

Połączenia o wysokim napięciu wstępnym, cienkich materiałach i dużych otworach

Śruby o dużej wytrzymałości mogą powodować znaczny nacisk na łożysko. Powierzchnia złącza musi wytrzymać to obciążenie bez nadmiernych odkształceń. Cienka blacha wymaga podobnej uwagi. Może brakować wystarczającej lokalnej sztywności wokół otworu na śrubę. Otwory o dużych rozmiarach lub szczelinach stanowią kolejne wyzwanie. Mała podkładka może nie zapewniać wystarczającego pokrycia wokół otworu.

Sytuacje te zasługują na bliższe omówienie:

• Wysokie napięcie wstępne śruby: twardość i grubość podkładki stają się coraz ważniejsze.

• Miękki materiał złącza: Większa powierzchnia nośna może zmniejszyć lokalne wgniecenia.

• Cienki arkusz: Większe podparcie może zmniejszyć wypukłość w pobliżu otworu.

• Otwory o dużych rozmiarach: Zewnętrzna średnica podkładki musi zapewniać wystarczające zachodzenie na siebie.

• Otwory szczelinowe: położenie i pokrycie wymagają dokładnego sprawdzenia.

• Wykończone powierzchnie: Ważna staje się kompatybilność materiałów i powłok.

• Połączenia konstrukcyjne: Obowiązujące normy powinny kontrolować dobór podkładek.

Podkładki nigdy nie należy rozpatrywać oddzielnie od śruby. Na wynik wpływają gatunek śruby, geometria nakrętki, wymiary otworu i materiał złącza.

Sygnały ostrzegawcze, że połączenie podkładki lub łożyska jest nieodpowiednie

Wiele problemów z instalacją staje się widocznych podczas kontroli. Podkładka, która wyraźnie się zakrzywia, może nie mieć odpowiedniej sztywności. Podkładka wcinająca się głęboko w powierzchnię może być za mała lub za miękka w stosunku do warunków złącza.

Inne znaki ostrzegawcze to:

• krawędzie podkładek wciskane w element,

• widoczne zagięcie podkładki,

• osadzenie nakrętki w podkładce,

• kruszenie materiału w pobliżu otworu,

• ciężkie przemieszczenie powłoki,

• powtarzająca się utrata siły zacisku,

• trwałe wgniecenie po dokręceniu.

Znaki te nie oznaczają automatycznie, że większa podkładka rozwiąże problem. Problem może dotyczyć nieprawidłowego momentu obrotowego, niewystarczającej twardości, cienkiego materiału, złego stanu powierzchni lub nieodpowiedniej geometrii łącznika.

W przypadku zastosowań wymagających niestandardowych wymiarów lub wykończeń specyficznych dla danego zastosowania, możemy dopasować charakterystykę podkładki do zamierzonego połączenia śrubowego, zamiast traktować każdą płaską podkładkę jako wymienną. Opublikowany asortyment Topbolt obejmuje niestandardowe rozmiary, kilka materiałów, wiele wykończeń i opcje twardości podkładek płaskich.

Wniosek

Płaska podkładka tworzy kontrolowaną powierzchnię nośną pod łbem śruby lub nakrętką. Zwiększa powierzchnię nośną i zmniejsza skoncentrowany nacisk na złącze. Może również zmniejszyć wgniecenia powierzchniowe i chronić materiały podczas dokręcania. Właściwy dobór może zapewnić bardziej stabilne osadzenie przy wymaganym napięciu wstępnym. Jednak płaska podkładka nie zapobiega automatycznie poluzowaniu się wibracji. Jego główną rolą jest rozkład obciążenia i wsparcie powierzchni. Użyj go, gdy powierzchnia nośna jest zbyt mała, miękka lub łatwo ulega uszkodzeniu. Średnica, grubość, twardość, materiał i umiejscowienie powinny odpowiadać warunkom złącza. Ningbo Topbolt Metalworks Co., Ltd. oferuje opcje podkładek dostosowanych do różnych wymagań dotyczących mocowania. Produkty te pomagają poprawić podparcie łożysk, ochronę powierzchni i niezawodność połączenia.

Często zadawane pytania

P: Do czego służy płaska podkładka pod śrubą lub nakrętką?

Odp.: Płaska podkładka zwiększa powierzchnię nośną pod elementem złącznym. Zmniejsza miejscowy nacisk, chroni powierzchnię stawu i zapewnia bardziej stabilne osadzenie podczas dokręcania.

P: Czy płaska podkładka zapobiega poluzowaniu się śruby?

Odp.: Płaska podkładka nie zabezpiecza bezpośrednio śruby przed wibracjami. Jego główną rolą jest rozkład obciążenia i podparcie powierzchni, chociaż zmniejszone osadzenie może pomóc w zachowaniu napięcia wstępnego.

P: Czy płaską podkładkę należy umieścić pod łbem śruby czy nakrętką?

Odp.: płaską podkładkę . Pod elementem obracającym się podczas dokręcania zwykle umieszcza się W niektórych złączach stosuje się podkładki po obu stronach, gdy obie powierzchnie nośne wymagają ochrony lub podparcia.

P: Jaka jest różnica między podkładkami płaskimi SAE i USS w połączeniu śrubowym?

Odp.: W konstrukcjach podkładek płaskich SAE i USS zastosowano różne proporcje wymiarowe. Ich zewnętrzne średnice i grubości mogą mieć wpływ na dostępną powierzchnię nośną, dlatego wybór powinien odpowiadać wymaganiom złącza.

P: Dlaczego do śrub konstrukcyjnych używa się podkładek płaskich ASTM F436/F436M?

Odp.: Podkładka płaska ASTM F436/F436M jest przeznaczona do wymagających zastosowań w zakresie połączeń śrubowych konstrukcyjnych. Jego utwardzana konstrukcja zapobiega odkształceniom pod bardzo wytrzymałymi elementami złącznymi i zapewnia kontrolowane warunki łożyskowania.