Der Schraubenvorspannungsrechner ist ein Werkzeug, das zur Berechnung der Vorspannkraft (oder Vorspannkraft) dient, die beim Anziehen auf eine Schraube ausgeübt wird. Vorspannung bezieht sich auf die Spannkraft entsteht, wenn eine Schraube mit einem bestimmten Drehmoment angezogen wird. Sie ist ein entscheidender Faktor für die Zuverlässigkeit und Sicherheit von Schraubverbindungen. Die richtige Schraubenvorspannung stellt sicher, dass die Verbindung unter Belastung sicher bleibt, verhindert ein Lösen durch Vibrationen und minimiert das Risiko eines Schraubenversagens.
Dieser Rechner hilft Ingenieuren, Mechanikern und Technikern, die optimale Vorspannung für Schraubverbindungen zu ermitteln und verbessert strukturell Integrität und Verringerung der Wahrscheinlichkeit von Verbindungsfehlern.
Formel zur Berechnung der Bolzenvorspannung
Zur Berechnung der Schraubenvorspannung gibt es zwei grundlegende Formeln, die von den beteiligten Faktoren abhängen:
1. Basierend auf der Drehmomentanwendung
Die Vorspannung (F) einer Schraube kann mit der folgenden Formel berechnet werden:
F = (T * K) / d
Kennzahlen:
- F ist die Vorspannung oder Vorlast in der Schraube (gemessen in Newton oder Pfund).
- T ist das angewandte Drehmoment (in Newtonmetern oder Pfund-Fuß).
- K ist der Drehmomentkoeffizient, auch Mutternfaktor genannt, der die Reibung im Gewinde und unter dem Schraubenkopf oder der Mutter berücksichtigt.
- d ist der Nenndurchmesser der Schraube (in Metern oder Zoll).
2. Basierend auf der Bolzenstärke
Alternativ kann, wenn die gewünschte Vorspannung auf der Zugfestigkeit der Schraube basiert, folgende Formel verwendet werden:
F = 0.7 * A * σ_y
Kennzahlen:
- F ist die Vorspannkraft (in Newton oder Pfund).
- A ist die Zugspannungsfläche der Schraube (in Quadratmillimeter oder Quadratzoll).
- σ_y ist die Streckgrenze des Schraubenmaterials (in Megapascal (MPa) oder Pfund pro Quadratzoll (psi)).
- Der Faktor 0.7 wird verwendet, um sicherzustellen, dass die Vorspannung 70 % der Streckgrenze der Schraube nicht überschreitet und so eine plastische Verformung vermieden wird.
Erklärung der wichtigsten Begriffe:
- Vorspannung (F): Die beim Anziehen von der Schraube ausgeübte Kraft, die die Verbindung zusammenhält.
- Drehmoment (T): Die Drehkraft, die auf die Schraube ausgeübt wird, um sie festzuziehen.
- K-Faktor: Der Drehmomentkoeffizient berücksichtigt die Reibung beim Anziehen.
- Zugspannungsfläche (A): Die Querschnittsfläche der Schraube, die die Last trägt.
- Streckgrenze (σ_y): Die maximale Belastung, die das Schraubenmaterial ohne bleibende Verformung aushalten kann.
Allgemeine Referenztabelle für die Schraubenvorspannung
Hier ist eine Referenztabelle mit gängigen Schraubengrößen, dem typischen angewendeten Drehmoment und den daraus resultierenden Vorspannungswerten für Standardschrauben.
| Schraubengröße (metrisch) | Angewandtes Drehmoment (Nm) | Nenndurchmesser (mm) | Vorspannkraft (N) |
|---|---|---|---|
| M8 | 25 | 8 | 3,125 |
| M10 | 50 | 10 | 5,000 |
| M12 | 85 | 12 | 7,083 |
| M16 | 210 | 16 | 13,125 |
| Schraubengröße (Zoll) | Angewandtes Drehmoment (lb-ft) | Nenndurchmesser (Zoll) | Vorspannkraft (lbs) |
|---|---|---|---|
| 1/4 "-20 | 7 | 0.25 | 875 |
| 3/8 "-16 | 30 | 0.375 | 2,500 |
| 1/2 "-13 | 75 | 0.5 | 4,500 |
| 5/8 "-11 | 150 | 0.625 | 9,375 |
Diese Tabelle bietet eine schnelle Schätzung der Vorspannkraft basierend auf gängigen Schraubengrößen und dem angewandten Drehmoment und ist nützlich für allgemeine Schraubverbindungen.
Beispiel für einen Schraubenvorspannungsrechner
Sehen wir uns ein Beispiel durch, um zu verstehen, wie der Bolzenvorspannungsrechner verwendet wird.
Szenario:
Sie müssen die Vorspannkraft für eine M10-Schraube ermitteln, wobei das angewendete Drehmoment 50 Nm und der Nenndurchmesser 10 mm beträgt. Nehmen Sie einen K-Faktor von 0.2 an.
Schritt 1: Verwenden Sie die auf dem Drehmoment basierende Formel:
F = (T * K) / d
Schritt 2: Geben Sie die Werte ein:
F = (50 * 0.2) / 0.01
F = 10,000 N.
Die Vorspannkraft für diese M10 Schraube beträgt also 10,000 Newton.
Die häufigsten FAQs
Die Vorspannung der Schraube ist entscheidend, da sie sicherstellt, dass die Schraubverbindung bei äußeren Belastungen sicher bleibt. Die richtige Vorspannung verhindert ein Lösen durch Vibration oder Wärmeausdehnung und sorgt für eine optimale Lastverteilung auf die Verbindung.
Der K-Faktor berücksichtigt die Reibung zwischen dem Bolzengewinde und den Lagerflächen. Ein höherer K-Faktor bedeutet mehr Reibung und verringert die Vorspannung bei einem bestimmten Drehmoment. Umgekehrt bedeutet ein niedrigerer K-Faktor weniger Reibung und führt zu einer höheren Vorspannung.
Das Überspannen einer Schraube kann zu plastischer Verformung führen, bei der die Schraube über ihre Streckgrenze hinaus gedehnt wird, was möglicherweise zum Versagen führt. Unterspannen kann zu einer lockeren Verbindung führen, was zu einem vorzeitigen Versagen aufgrund von Vibrationen oder Lastverschiebungen führt.