ČELIČNE KONSTRUKCIJE

4.3 Visokovredni zavrtnjevi: vrste, konstrukcija i načinizrade

• U spojevima sa izrazito velikim naprezanjima ili u spojevima koji su podvrgnuti dimaničkim naprezanjima, usled plastičnih deformacija u zavrtnjevima dolazi do njihovog deformisanja i gubitka nosivosti.

• Idealni za ovakve spojeve – visokovredni (VV) zavrtnjevi - prenos sile u spoju vrši se silama trenja između pritisnutih površina.

• Klase čvrstode ovih zavrtnjeva su 8.8, 10.9 i 12.9.

• Ovi zavrtnjevi u vezi funkcionišu tako što se u njih unosi sila prednaprezanja posebnim uređajima.

• Mogu da funkcionišu i bez unošenja sile, kada se ponašaju i proračunavaju potpuno isto kao obični zavrtnjevi.

• Visokovredni zavrtnjevi se sastoje iz tela zavrtnja sa šestougaonom glavom, na kojoj je posebno označeno o kakvim je zavrtnjevima reč, odnosno njihova klasa čvrstode.

• Dimenzije visokovrednih vijaka date su u standardima SRPS ISO 7411 i SRPS ISO 7412, šestougaone navrtke sa otvorom i navojem u sredini se definišu u standardu SRPS ISO 4775, a podloške se definišu standardom SRPS ISO 7416.

2

• Prenos sile smicanja u spoju sa VV zavrtnjevima

3

• Prenos sile zatezanja u spoju sa VV zavrtnjevima

4

• Unošenje sile prednaprezanja se vrši pritezanjem navrtke.

• Maksimalna dozvoljena sila koja treba da se unese u zavrtanj iznosi:

gde su– γ1 – koeficijent redukcije kojim se omogudava da

naprezanje ostane u zoni elastičnosti,

– Koeficijent k daje proizvođač visokovrednih zavrtnjeva, u vrednosti od 0,13 do 0,17. Za k vede od 0,14, γ1=0,7, a za k manje ili jednako 0,14, γ1=0,8.

– f02- konvencionalna granica razvlačenja

– As – površina ispitnog preseka zavrtnja

5

1 02p sF f A

• Sila prednaprezanja se ne meri direktno ved se mere veličine u zavisnosti od načina unosa sile:

– momentnim ključem, kada se meri momenat kojim je izvršeno pritezanje navrtke

– pneumatskim zatezačima, kada se meri momentni impuls kojim se okrede navrtka

– indikatorskom podloškom, kada se meri veličina zazora

6

• Veza između sile Fp i unetog momenta za zavrtnjeve klase čvrstode 10.9:

• Za zavrtnjeve klase čvrstode 8.8 i 12.9 vrednosti iz tabele se množe sa faktorom γ=0.7, odnosno γ=1.2

7

d (mm)

As

(mm2)f02

(N/mm2)Fp (kN) Mu (Nmm)

γ1=0,7 γ1=0,8 za k=0,16

M12 84,3

900

53 61 102

M16 157 99 113 253

M20 245 154 176 493

M22 303 191 218 672

M24 353 222 254 852

M27 459 289 330 1495

M30 561 353 404 1694

M33 694 437 500 2307

• Sila trenja između spojnih površina Ft se određuje na slededi način:

Ft= µ Fp

gde su

– Fp – sila pritezanja iz prethodne tabele

– µ - koeficijent koji zavisi od stanja hrapavosti i načina obrade kontaktnih površina.

8

Način obrade dodirnih površina µS 235 JRG2S 235 JOS 235 J2G3

S 355 JRS 355 JOS 355 J2G3

NezaštidenaBez posebne obrade 0,30 0,30Čišdenje plamenom 0,40 0,40Čišdenje mlazom abraziva 0,50 0,55

Zaštidena Površine očišdene mlazomabraziva, a potom zaštideneprevlakom od Al legure

0,50 0,50

• Visokovredni zavrtnjevi su se pokazali idealnim za zatežude spojeve (ZS), ali mogu da se koriste, sa ili bez unošenja sile prednaprezanja, i u smičudim (SS) i (SST) spojevima.

• Koriste se i u kombinovanim (KS) spojevima.

• Kod ovih zavrtnjeva postoje i spojevi kod kojih se prenos sile vrši i trenjem (TS), kao i trenjem i smicanjem tela upasovanih zavrtnjeva (TST).

9

• Nosivost visokovrednih zavrtnjeva na smicanjea) visokovredni zavrtnjevi bez sile pritezanja (SS spoj)

Fγ, dop. = min. {Fγ, Fb}gde su:Fγ- nosivost na smicanjeFb- nosivost po omotaču rupe

Fγ= m Aγ,1 τdop. =mgde sum-sečnost, m=1 za dva elementa u vezi, m=2 za tri

elementa u vezi,...Aγ,1- prečnik vrata zavrtnjado- prečnik rupe za zavrtanj, kod obrađenih zavrtnjeva

(SST spoj) d=do

10

20

4dop

d

Fb= min Ab σb,dop.= min Σt d0 σb,dop.

gde su

min Ab – min {Ab1, Ab,2}

d- prečnik rupe za zavrtanj, kod obrađenih zavrtnjeva (SST spoj) d=do

min Σt - min za jednosečni zavrtanj

min Σt - min za dvosečni zavrtanj

11

1

2

t

t

1 3

2

t t

t

b) sa punom silom pritezanja

• Sila koja se javlja u VV zavrtnju usled opteredenja mora da bude manja od nosivosti na proklizavanje (TS spoj):

Fs,dop= µFp/γ2

gde su

• µ - koeficijent trenja

• Fp – sila prednaprezanja

• γ2 – koeficijent sigurnosti na proklizavanje

12

Koeficijent sigurnosti na proklizavanje γ2

Vrsta opteredenja I slučaj opteredenja

II slučaj opteredenja

Statičko obrađeni VV zavrtnjevi 1,25 1,10

neobrađeni VV zavrtnjevi 1,56 1,38

Dinamičko obrađeni VV zavrtnjevi 1,40 1,25

13

• Nosivost na smicanje je (TS spoj):

Fγ, dop. = min. {Fγ, Fb}

Fb= min Ab σb,dop.= min Σt d σb,dop.

• Nosivost na smicanje je (TST spoj):

Fγ,dopTST= Fγ,dopSST +0,25 Fγ,dopTS

Fγ, dop. = min. {min. {Fγ, Fb (Fp=0)}+0.25m , Fb(Fp=Fp)}

14

1, 02

2 2 2

pts dop s

FFF mF m m m f A

102

2

sA f

• Nosivost VV zavrtnjeva u zatežućem spoju:

a) bez sile pritezanja

Ft, dop. = As σt,dop

gde su

Ft- nosivost na zatezanje

As- ispitni presek

b) sa punom silom prednaprezanja

Ft, dop. = γ3Fp

gde je Ft- sila zatezanja u pravcu ose zavrtnja.

15

16

Koeficijent sigurnosti γ3

Vrsta opteredenja I slučaj opteredenja II slučaj opteredenja

Statičko 0,7 0,8

Dinamičko 0,6 0,7

• Nosivost VV zavrtnjeva na kombinovano naprezanje

gde su:

V1- sila smicanja u posmatranom zavrtnju

Nt,1- sila zatezanja u pravcu posmatrane ose.

17

2 2

,11

, ,

1

t

dop t dop

NV

F F

• Minimalna rastojanja između VV zavrtnjeva

18

• Minimalno rastojanje između dva zavrtnja u vezi e=4d, minimalno rastojanje izvičnih zavrtnjeva u pravcu delovanja sile e1= 3,5 d, dok je minimalno rastojanje između zavrtnjeva u pravcu normalnom na pravac delovanja sile e2=2,0 d.

19

• Kontrola napona u poprečnim presecima elemenata oslabljenim rupama

• Pri proračunu normalnog napona u neto preseku elementa spoja ostvarenog prednaprezanjem, i opteredenog na smicanje, sila zatezanja se redukuje usled trenja za 40% u TS spojevima i za 10 % u TST spojevima.

• Za TS spoj:

20

- 1,

.

1- 0,4

I It red t

uk

nN N

n

• Drugi red zavrtnjeva se kontroliše samo ako u njemu ima više zavrtnjeva nego u prvom redu:

• Sila u podvezicama se kontroliše u redu najbližem spoju:

21

1 2

-,

1 1 2

1- - 0,4

max( )

1- - 0,2

tuk ukII II

t red

tuk uk

n nN

n nN

n n nN

n n

-,

.

1- 0,4

jj jtt red

uk

nN N

n

• Za TST spoj:

• Drugi red zavrtnjeva se kontroliše samo ako u njemu ima više zavrtnjeva nego u prvom redu:

22

- 1,

. ,

1-0,1

I I račt red t

usv TS rač

n nN N

n n

1 2

,-,

1 1 2

1- - 0,1

max( )

1- - 0,1

račt

usv usv TS račII IIt red

tusv usv

nn nN

n n nN

n n nN

n n

• Sila u podvezicama se kontroliše u redu najbližem spoju:

23

-,

. ,

1-0,1

jj j račtt red

usv TS rač

nnN N

n n

• Ukoliko naponi na mestu opasnih preseka prekoračuju vrednosti dopuštenih napona potrebno je izvršiti ojačanje osnovnog elementa/podvezice na mestu nastavka. To se postiže povedanjem debljine lima (t) ili njegove širine (b).

• Kada se spajaju elementi opteredeni silom pritiska, ne računaju se slabljenja rupama, ved se u proračun ulazisa bruto površinama poprečnih preseka.

24

4.4 Zavarivanje

• Zavarivanje je najekonomičniji postupakostvarivanja jakih veza, pod uslovom da supovoljni spoljašnji uslovi (vetar, temperatura)

• Zbog uslova koje zahteva, ovaj postupak se najčešde koristi u radionici za spajanjeelenenata, dok se zavrtnjevi ostavljaju zamontažu.

• Materijalizovano mesto spoja, materijal koji je nastao spajanjem istopljenog dodatnog iosnovnog metala na mestu spoja, pod dejstvom visoke temperature, naziva se šav.

25

• Izbor tehnološkog postupka sa osnovnimparametrima, izbor dodatnog materijala iredosled zavarivanja propisuje inženjer tehnolog, u vidu plana tehnologije zavarivanja, a radoveizvode atestirani zavarivači.

• Prema mestu ostvarivanja veze, postoje višetipova spojeva i šavova:– sučeoni spoj sa sučeonim šavovima– ugaoni ili T spoj sa ugaonim šavovima– preklopni spoj sa ugaonim šavovima– užljebljeni šavovi– čep šavovi– šavovi u kružnim ili elipsoidnim rupama

26

27

Neki tipovi sučeonih šavova

28

Preklopni i ugaoni šavovi

•Svi ovi šavovi se posebno obeležavaju u tehničkojdokumentaciji.•Oznake definišu vrstu i dimenzije šava, način,mesto i položaj izvođenja, kao i zahtevan kvalitet.• Šavovi se definišu u SRPS ISO 2553.

29

Položaj zavarivača pri zavarivanju

30

• Dimenzija koja određuje nosivost šava jednaka je visini najvedeg jednakokrakog trougla koji može da se upiše u poprečni presek šava, to je debljina šava (a).

31

Model predstavljanja šava u tehničkoj dokumentaciji

32

Pozicija strelice u tehničkoj dokumentaciji

• Postupci zavarivanja:

• U zavisnosti od uslova zavarivanja, debljine osnovnog materijala i zahtevanog kvaliteta šava primenjuju se različiti postupci zavarivanja, od kojih su najbitniji:

• Električno zavarivanje

– Elektrolučno zavarivanje

– Elektrootpormo zavarivanje

• Gasno zavarivanje

• Mehaničko zavarivanje

33

• Elektrolučno zavarivanje je jedan odnajprimenljivijih postupaka zavarivanja, mada iovaj postupak zavisi od izvora toplotne energije:– elektrolučno zavarivanje sa obloženom elektrodom -

E,

– elektrolučno zavarivanje pod zaštitnim prahom - EPP,

– elektrolučno zavarivanje elektrodnom žicom pod zaštitom inertnog gasa - MIG,

– elektrolučno zavarivanje elektrodnom žicom (prečnikaod 0,8 do 2 mm) pod zaštitom aktivnog gasa - MAG i

– elektrolučno zavarivanje netopljivom elektrodom pod zaštitom inertnog gasa – TIG (električni luk se održavaizmedju netopljive volframske elektrode i osnovnogmaterijala).

34

Šematski prikaz E postupka zavarivanja

35

• Ručno elektrolučno zavarivanje obloženom elektrodom (E) je našire primenjivan postupak.

• To je postupak spajanja metala topljenjem obloženeelektrode i dela osnovnog metala u električnom luku koji se uspostavlja i održava između radnog komada (osnovnogmetala) i elektrode.

• Topljenjem jezgra elektrode obezbeđuje se dodatnimaterijal za popunu žljeba, a topljenjem, sagorevanjem iisparavanjem obloge obezbeđuje se zaštita metalne kupkeod okolnih gasova i vazduha.

• Istopljeni sastojci obloge se mešaju sa rastopljenimmetalom, pre nego što isplivaju na površinu jer imaju manjugustinu od metalne kupke, i očvrsnu u obliku troske.

• Troska štiti metal šava od uticaja okoline i usporava njegovohlađenje, a posle zavarivanja se uklanja specijalnimčekidem.

• Uloga elektrode je da lako uspostavlja električni luk kojitreba da bude stabilan tokom topljenja.

36

• Elektrode mogu da budu različite, od zavisnosti od željenog kvaliteta šava i zahtevanog položaja zavarivanja (SRPS C.H3.011, SRPS C.H3.015, SRPS C.H3.016, SRPS C.H3.017 i SRPS C.H3.019):

– kisela

– rutilna

– kiselo-rutilna

– bazna

– celulozna

– oksidna

37

• Proračun nosivosti šavova:

• Proračun nosivosti šavova vrši se prema SRPS U.E7.150.

• Pri proračunu sučeonih šavova polazi se od slededih pretpostavki:

– lokalna koncentracija napona se zanemaruje,

– sopstveni naponi se zanemaruju,

– naprezanja u sučeonom spoju su jednaka naprezanjima u osnovnom materijalu.

38

• Računska debljina (visina) šava je jednaka debljini tanjeg elementa u spoju (a=tmin).

• Računskadužina šava ( lw ) je jednaka dužini na kojoj je postignuta projektovana visina šava( lw= b ), pod uslovom da se izvođenje šava započinje i završava polaznim, odnosno završnim pločicama koje se najčešde dodaju da bi se eliminisali zavari na ivicama šava.

• Nakon zavarivanja ove pločice se odstranjuju.

39

gde su

– A – površina sučeonih šavova uposmatranom preseku

– Wy,Wy – odgovarajudi otporni momenti sučeonih šavova

– Iy- moment inercije sučeonih šavova oko y ose

– Sy- statički momenat posmatranog dela preseka

– debljina sučeonog šava, a= tmin.

40

y zx

y z

y

xzy

M MN

A W W

VS

I a

• Ukoliko je u šavu složeno naponsko stanje:

• U slučaju linearnog naponskog stanja:

• U slučaju ravnog naponskog stanja:

41

2 2 2 2 2 23 u

, , x b w dop , , xz b w dop

, , u b w dop dopk

• Pri proračunu ugaonih šavova polazi se od slededih pretpostavki:

– Proračunska debljina ugaonog šava je jednaka visini najvedeg trougla koji se može upisati u šav.

– Najveda debljina šava zavisi od debljine najtanjeg elementa u spoju (tmin) i iznosi najviše a = 0,7 tmin.

42

• Efektivna, računska dužina ugaonog šava jednakacelokupnoj širini elementa koji se spaja ( l’w = lw = b ).

• U slučaju bočnih šavova zaokretanje se vrši samo najednom kraju, pa računsku dužinu šavova treba odredititako što se od ukupne dužine šava oduzme jednadebljina šava (l’w =lw − a ).

• Ukoliko ni sa jedne strane nije mogude izvestizaokretanje šava, tada se računska dužine određujetako što se od ukupne dužine šava oduzme dvostrukadebljina šava zbog kratera na početku i kraju ( l’w = lw − 2a ).

• Kod šavova izvedenih oko elementa bez prekida (šavoviu krug), ne treba umanjivati dužinu šava.

43

• Uporedni napon u ugaonom šavu se određuje:

44

2 2 2, u w dopn v v

45

46

47

48