Lättviktsförband - lång
Kort
version
1 Inledning
För att minska vikten av skruvförbanden finns det två sätt: lättare skruvar
eller färre skruvförband. För vissa applikationer kan skruvar i lättare material
som aluminium, magnesium, titan, polymerer eller kompositer användas. Av dessa
är det främst aluminiumskruvar (se kapitel Aluminiumskruvar) som är av intresse
för fordonsindustrin men stålskruvar kommer att fortsätta dominera under lång
tid.
Skruvförbands vikt kan minimeras genom att använda höghållfasta skruvar av
mindre dimensioner och utnyttja deras fulla styrka genom sträckgränsmontering.
Med höghållfasta skruvar och en optimerad konstruktion finns det också
möjligheter att minska antalet skruvförband. Viktbesparingen på skruvförbanden
för chassi och drivlina kan uppgå till 40 %. För en personbil uppgår
skruvförbandens vikt till ca 25 kg medan den är ca 200 kg för en lastbil vilket
innebär att viktbesparingen med användning av lättviktsförband kan uppgå till ca
10 kg för en personbil och ca 80 kg för en lastbil.
Figur 1. Ökad klämkraft med höghållfast skruv i mindre
dimension, Bulten.
2 Sträckgränsmontering
Vid konventionell momentmontering av 10.9 skruv uppnås ca 75 % av maximal
klämkraft (proof load). Detta beror på att relationen mellan klämkraft och
moment, utöver av geometriska faktorer, även påverkas av friktionsförhållandena
i gänga och under skruv/mutterskalle. Dessa är svåra att styra och begränsar
precisionen till ± 25 % i bästa fall och upp till ± 60 % beroende på hur noga
åtdragningsmomentet kan styras. För att inte riskera att överbelasta och dra av
skruvar kan därför inte klämkraften utnyttjas fullt ut.
Moment/vinkelmontering är givetvis påverkad av samma variation i friktion men
utnyttjar det faktum att klämkrafttillväxten som funktion av åtdragningsvinkeln
varierar betydligt mindre, typiskt 5 – 10 %. Därmed kan mer av skruvens maximala
klämkraft utnyttjas.
Gradientstyrd montering, hydrauliskt styrd montering, mekanisk längdmätning
och ultraljudsstyrd montering är andra metoder för att uppnå montering till
sträckgränsen, vilket innebär maximalt utnyttjande av skruvens styrka (se
kapitlet Monteringsmetoder). Klämkraftvariationen vid montering till
sträckgränsen bestäms till stor del av variationer i härdningen.
3 Höghållfast skruv
En skruv i höghållfast stål klarar högre spänning än en av lägre hållfasthet
vilket gör att en högre klämkraft kan åstadkommas med samma dimension
alternativt att samma klämkraft kan bibehållas med en klenare dimension. En 10.9
skruv är 25 % starkare än 8.8 och 12.9 är 20 % starkare än 10.9, se Figur .
Figur 2. Spännings-töjningskurva för olika
skruvmaterial, Bulten.
Skruv av klass 10.9 är idag att anse som standard för kritiska applikationer
inom fordonsindustrin. En allt hårdare jakt på vikt för att uppnå koldioxidmål
och bränsleeffektivitet gör att skruvar med högre hållfasthet som 12.9 och 14.9
är mycket intressanta för kritiska applikationer i chassi- och motorförband.
Genom att gå från 10.9 till 14.9 med bibehållen klämkraft och skala ner varje
skruv en dimension, exempelvis M14 => M12, kan vikten reduceras med 30 – 40
%. Mindre dimensioner på fästelementet möjliggör en kompakt konstruktion.
Starkare och mindre skruvar gör också att skruven blir billigare och man behöver
inte borra så stora hål vilket kan ge väsentliga tids- och kostnadsbesparingar.
Eftersom klämlängd, vårtdiameter etc är direkt relaterade till skruvdiametern är
ytterligare viktbesparing av 1 – 3 gånger skruvens vikt möjlig.
Det är mycket viktigt att ingreppslängden anpassas till skruvens högre styrka
för att undvika deformation och gängstripping.
Som designregler anger Bulten för sin B14, 14.9 skruv jämfört med 10.9:
- Minimum 30 % längre ingreppslängd i stål.
- Minimum 3,5 x D ingreppslängd i aluminium.
- Minimum 30 % högre kontakttryck under skruvskalle
Referenser
Bulten produktblad, www.bulten.com
Uppdaterad 2020-01-02
|