Värmepåverkan - lång
kort version
Ett skruvförband måste vara stabilt inom ett stort temperaturintervall. Lättmetaller har en hög värmeutvidgningskoefficient jämfört med stål. Den stora skillnaden i värmeutvidgningskoefficient mellan aluminium - eller magnesiumkomponenter och stålskruvar resulterar i ett stort krafttillskott på skruven vid temperaturökning av komponenterna. Detta kan i sin tur resultera i spänningsförändringar, plastisk deformation av lättmetallerna samt relaxation.
Skruvförbandet kommer att tappa en stor del av klämkraften redan efter några få temperaturcykler.
Tabell 1. Värmeutvidgningskoefficienter för några olika material.
|
Material |
α[10-6 K-1] |
|
Stål |
11.1 |
|
Gjutjärn |
10.0 |
|
Aluminium |
21.0 - 23.0
|
|
Magnesium |
26.0 - 27.0 |
Skruvens förspänning i förband som utsätts för en annan temperatur än vid monteringstillfället ges av följande samband:
FV,mont = förspänning i rumstemperatur eller temperaturen vid monteringstillfället
kb = skruvens fjäderkonstant
kc = klämda delarnas fjäderkonstant
Eb = skruvens elasticitetsmodul (E-modul)
Ec = klämda delarnas elasticitetsmodul (E-modul)
Lk = klämlängd
Tdrift = driftstemperatur
Tmont = rumstemperatur eller temperaturen vid monteringstillfället
αb = skruvens värmeutvidgningskoefficient
αc = klämda delarnas värmeutvidgningskoefficient
Förspänningsförändringen i förbandet ges av dföljande samband:
Vad som är viktigt att ha i åtanke är att ekvationerna gäller för elastiskt dragna skruvförband med inte allt för hög förspänningsnivå. Den gäller inte för sträckgränsdragna förband eller då den termiska effekten ger upphov till plasticering. Detta är viktigt att känna till då man har klämda delar i lättmetall samt hög utnyttjandegrad på skruven. Ekvationen kan resultera i ett väldigt högt förspänningstillskott utan att ta hänsyn till flytning av de ingående komponenterna, vilket är orealistiskt.
Ekvation (2) skiljer sig något från vad som beskrivs i VDI 2230 (2003). Det beror på att VDI 2230 har ett teckenfel, vilket resulterar i felaktiga förspänningsvärden.
En del använder endast den andra termen i ekvation (2) för att få en uppskattning av förspänningsförändringen:
Många använder dock en ännu mer förenklad ekvation för att uppskatta förspänningsförändringen då förbandet utsätts för en högre temperatur än vid monteringstillfället. Med den här ekvationen antar man att elasticitetsmodulen är konstant över ett stort temperaturområde.
Precis som för ekvationerna (1) och (2) gäller sambanden (3) och (4) endast för elastiskt dragna förband eftersom man inte tar hänsyn till flytning av de ingående komponenterna.
Uppdaterad 2016-11-14
|
