Śruby pociągowe - Nakrętka — prędkość nacisku

Wartość graniczna nacisku prędkości (PV) jest głównym parametrem obliczeniowym przy właściwym wymiarowaniu i doborze zespołów śrub pociągowych wykorzystujących nakrętki polimerowe. Chociaż większość polimerów technicznych ma wartość PV, jest ona generalnie pomijana przy rozważaniu konstrukcji śrub pociągowych z nakrętkami polimerowymi. Co ciekawe, większość projektantów podczas wymiarowania swych układów patrzy po prostu na obciążalność nakrętki, ignorując wpływ prędkości. Przekroczenie wartości granicznej PV może powodować odkształcenie nakrętki na skutek wytwarzanego ciepła, prowadząc do szybkiej i nagłej awarii. Tego rodzaju awarii można uniknąć, projektując w zakresie PV.

Nacisk można zdefiniować jako przyłożoną siłę osiową podzieloną przez pole powierzchni nośnej nakrętki względem śruby. Podstawiając za nacisk w powyższym wzorze rozwiązanie dla siły osiowej, uzyskuje się:

Wzór ten można wykorzystać do wykreślenia krzywej PV w żądanym zakresie prędkości. Przy prędkości w mianowniku wyższe prędkości skutkują niższymi wielkościami siły, które nakrętka może przyjąć. Odwrotność również jest prawdziwa, gdyż przy przyłożeniu większej siły do uniknięcia przekroczenia granicznej wartości PV nakrętki wymagane są niższe prędkości. W celu uniknięcia awarii kombinacje obciążenia i prędkości zespołu śruby muszą być utrzymywane poniżej wartości granicznej PV materiału nakrętki.

Poniżej przedstawiono przykład wykresu PV dla dwóch podobnych nakrętek, lecz wykonanych z różnych materiałów.

Wartość graniczna PV, gdy nakrętka zaczyna się odkształcać pod wpływem ciepła, temperatury i cyklu pracy zastosowania, również będzie mieć wpływ. Niestety trudno jest przewidzieć wpływ temperatury i cyklu pracy przy użyciu prostego wzoru. W zastosowaniach, w których cykl pracy wynosi powyżej 50% lub temperatury przekraczają temperaturę otoczenia, najlepszą metodą znalezienia granic wydajności jest przetestowanie zespołu.

Szczegóły dotyczące obliczeń wartości granicznej PV dla określonej nakrętki podano niżej. W przeciwnym razie można przejść do kolejnego tematu.

W celu obliczenia krzywej PV dla określonej nakrętki należy obliczyć rzutowaną powierzchnię styku między gwintami nakrętki oraz śruby. Wykonuje się to przez obliczenie długości spirali w nakrętce i przemnożenie jej przez liczbę początków. Następnie mnożymy przez głębokość styku gwintu między nakrętką a śrubą.

Długość spirali jest wyobrażoną linią biegnącą wokół gwintu przy jego średnicy, gdzie zachodzi teoretyczny styk gwintów. Jeden obrót spirali jest obliczany ze wzoru:

lub specjalnie dla śrub pociągowych

Wymagana jest długość spirali. Długość spirali gwintu jest równa długości spirali w jednym obrocie, pomnożonej przez liczbę obrotów w nakrętce.

Liczbę obrotów można obliczyć, dzieląc długość gwintowanej części nakrętki przez skok nakrętki.

Podstawiając dla długości spirali i liczby obrotów do wzoru, otrzymujemy:

W praktyce pojawia się czynnik komplikacji. Gdy przykładane jest obciążenie, gwint nakrętki może się uginać, zmniejszając powierzchnię styku nakrętki ze śrubą.

Redukcja styku gwintu zmniejsza powierzchnię styku. W praktyce trudno jest dokładnie obliczyć, jaka będzie ta redukcja powierzchni. A co gorsza, powierzchnia maleje wraz ze wzrostem obciążenia. Przykłada się to do tendencji do awarii związanych z PV. Podkreśla to konieczność pozostawania w ramach zakresu wydajności.

Aby rozwiązać ten problem, do obliczeń rzutowanej powierzchni wprowadza się współczynnik korekcyjny (C_f). Wynosi on zwykle od 0,75 do 0,25, gdy obciążenie wzrasta od lekkiego do pełnej obciążalności.

Prędkość powierzchniową można obliczyć przy użyciu następującego wzoru (długość spirali w jednym obrocie podana w calach).

Podstawiając za długość spirali w jednym obrocie, otrzymujemy: