Print

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

Website administered by Jan Skogsmo, RISE IVF AB, Box 104, 431 22 Mölndal.
Tel. 010-228 46 98. E-mail jan.skogsmo@ri.se