Åtdragningsmoment – en förklaring

Åtdragningsmoment, i samband med skruvförband, är det vridmoment som krävs för att montera en skruv i en godsgänga. Den grundläggande formeln för att beräkna åtdragningsmoment lyder:

M_v = F_F (P + d_m x µ_g + 0,5 x D_a x µ_a) där

• M_v = åtdragningsmoment (Nm)
• F_F = förspänningskraft (N)
• P = stigning (mm)
• d_m = skruvens medeldiameter (mm)
• µ_g = friktion i gängan
• µ_a = anliggningsfriktion
• D_a = Anliggningsdiameter (mm)

Problemet med denna ekvation är att friktionerna är svåra att bedöma eller mäta, eftersom de påverkas av många variabler som t ex material, ytfinhet, smörjtillstånd, renhet, luftfuktighet mm.

En viktig faktor i ekvationen är dragspänningen, vilken skapas av förlängningen i skruven i samband med åtdragningen. Dragspänningen kan definieras som den förspänningskraft som uppstår i skruvförbandet när fästelementen dras ihop. Viktigt i sammanhanget är att förspänningskraften inte har någon direkt koppling till åtdragningsmomentet. I bästa fall är åtdragningsmomentet ett indirekt mått på förspänningskraften i skruven.

Förspänningskraft – det verkliga måttet på ett skruvförbands hållfasthet

Förspänningskraften, den belastning som utövas på skruvförbandet i form av dragkraften i fästelementen, har i princip ingen koppling till åtdragningsmomentet. Pågående studier (med Skidmore Wilhelm testutrustning) visar tydligt att även när åtdragningsmomentet hos flera skruvförband är exakt detsamma kan förspänningskraften i dessa förband variera med > 30 % (diagram 1). Som jämförelse uppvisar en HuckBolt®-låsbult en variation på < 5 %. Detta är en viktig aspekt med tanke på att förspänningskraften är den kritiska faktorn för ett skruvförbands hållfasthet och hållbarhet.

Tabell 1.

Förspänningskraften är det relevanta mätvärdet för ett skruvförbands kvalitet och den är avgörande för dess hållbarhet över tid. Om förspänningskraften är låg eller föränderlig, ökar andelen kraft som tas upp av skruven och dess livslängd förkortas. En skruv som inte är åtdragen, påverkas av hela den cykliska belastningen, vilket leder till utmattning. Detta haverimönster uppträder vanligtvis vid högfrekvent belastning och det krävs många belastningsväxlingar för att en spricka långsamt ska utvecklas över skruvens tvärsnitt. Skruvförbandet kommer antingen att lossna eller brista när skruvens tvärsnittsarea inte längre är tillräcklig för att bära belastningen.

På motsvarande sätt kommer problem att uppstå om det finns flera skruvar i ett skruvförband och förspänningskraften varierar i dessa. Skruvarna med störst förspänningskraft bär en större andel av driftbelastningen. Skruvarna med lägre förspänningskraften bidrar lite eller inte alls till förbandets hållfasthet, jämfört med de skruvar som är korrekt förspända. Till exempel, i ett skruvförband där endast tre av sex skruvar uppvisar korrekt förspänningskraft, måste de tre skruvarna med korrekt förspänningskraft bära merparten av belastningen. Trots att förbandet är konstruerat med sex skruvar verkar belastningen endast på tre av de sex skruvar som konstruktionen ursprungligen avsåg. Då endast häften av skruvarna ska bära merparten av belastningen ökar risken för att skruvförbandet havererar.

Verklig förspänningskraft – kan inte uppnås genom att applicera åtdragningsmoment

En vanligt förekommande tro är att bestående förspänningskraft i ett skruvförband genereras på följande, något förenklade, sätt:

• Skruven eller muttern dras åt till föreskrivet åtdragningsmoment
• Skruven förlängs (sträcks)
• Önskad förspänningskraft uppnåsNormalt är dock inte processen så förutsägbar. Den okända faktorn är µ, friktionskoefficienten, som varierar mycket beroende på de många faktorer som listas ovan. Baserat på variationen i friktionskoefficienten kan följande scenarier uppstå efter att skruven dragits åt till det uppskattade värdet:

• Skruven förlängs men inte till erforderlig längd
• Skruven förlängs mer än beräknat och passerar sin sträckgräns
• Verktyget har inte tillräcklig noggrannhet för att åstadkomma önskat åtdragningsmoment

Dessa och andra svårhanterliga variabler kan och kommer att ge upphov till oförutsägbara resultat.

HuckBolt® låsbult – säker metod för att skapa bestående förspänning

Numera går många konstruktörer ifrån konventionella skruvförband i applikationer som är utsatta för dynamisk påkänning. Även kompletterade med olika låsmuttrar eller låsbrickor anses skruvförbanden vara otillräckliga för att skapa likvärdig bestående förspänningskraft och säkerhet som krävs. HuckBolt® låsbult används i allt större utsträckning för att skapa tillförlitliga förband med likvärdig förspänning och vibrationsbeständighet i dynamiskt påkända applikationer.

HuckBolt® låsbultar för bärande konstruktioner erbjuds i många dimensioner och material. Produkten har visat sitt värde i några av de mest utmanande applikationerna inom kommersiella fordon, jordbruks- och anläggningsmaskiner. Fästelementet består av en bult och en hylsa som monteras meden ”direkt” förspänningsmetod. Bulten dras axiellt till rätt förspänningskraft samtidigt som hylsan pressas in i bultens rillor. Tack vare produktens konstruktion och unika förspänningsteknik ger HuckBolt® alltid likvärdig förspänningskraft för starka och bestående förband. En jämförelse av olika monteringsmetoder för fästelement framgår av tabellen nedan:

Eliminerar effekterna av vibrationer

Förutom att HuckBolt® låsbult ger en tillförlitlig förspänningskraft, har produkten också egenskaper som ger maximal motståndskraft mot effekterna av vibrationer. I konventionella skruvförband finns alltid ett ”glapp” (gängtäckning) i gängan mellan skruven och muttern beroende på tillverkningstoleranser. Medför risk att förbandet lossnar (friktionen övervinns) i applikationer med hög vibrationsnivå. HuckBolt® låsbult löser detta genom att hylsan pressas in i bultens rillor och därmed skapar maximal gängtäckning, se bild 2.

Jämförelse gängtäckning

• HuckBolt®
• Hylsa
• Inget glapp
• Hylsan pressas runt bultens rillor och skapar maximal gängtäckning.
• Skruvförband
• Glapp
• Mutter
• Gängtäckning i konventionella skruvförband är 70-75% av gänganIstället för de grova gängor som används för att uppnå rätt passning mellan skruvar och muttrar behöver HuckBolt® låsbult endast grunda rillor som hylsan pressas in i. Rillornas grunda profil tillåter en större radie i gängbotten, vilket bidrar till en högre utmattningshållfasthet – upp till 5 gånger högre än motsvarande konventionellt skruvförband. Sammantaget ger en HuckBolt® låsbult överlägsen vibrationsbeständighet.

Bild 2.

Vibrationssäkert förband ger underhållsfri drift

HuckBolt® låsbultar har visat sig kunna stå emot effekterna av vibrationer utan att förlora förspänningskraften. Därmed behöver ett HuckBolt® förband aldrig inspekteras eller kontrolleras med avseende på åtdragningsmoment. Egenskapen att motstå effekterna av vibrationer ger stora fördelar:

• Reducerar underhållskostnader. Behov av arbetskraft och tid för att regelbundet inspektera och efterdra befintliga fästelement elimineras eller minskar avsevärt.
• Produkter som monterats med HuckBolt® låsbultar behöver inte tas ur drift för inspektion och reparation av fästelementen
• Vibrationsbeständiga HuckBolt® låsbultar eliminerar risken för skador på grund av havererade fästelement

Den unika vibrationsbeständiga egenskapen hos HuckBolt® bekräftas av att BobTail® låsbult är det enda fästelementet i sitt slag som certifierats av DIBt Institutet som underhållsfritt (diametrarna 12 mm, 14 mm, 16 mm, 20 mm och 1 tum). BobTail® låsbultar uppfyller institutets höga krav för certifiering och är godkänd för användning i både statiska och dynamiska anläggningsapplikationer.

BobTail® – låsbulten för användning i vindkraftverk

BobTail® låsbultar har bevisat sitt värde vid tillverkning av fackverkstorn till vindkraftverk. Förutom den påvisade vibrationsbeständigheten erbjuder denna avancerade låsbult fem gånger högre utmattningshållfasthet jämfört med motsvarande skruvförband. BobTail® finns tillgänglig i dimensioner 10 – 36 mm, vilket gör produkten användbar i flertalet applikationer relaterade till vindkraftverk.

Till skillnad från andra typer av låsbultar, bryter man ej av bulten i samband med monteringen av BobTail®. Detta eliminerar risken för korrosion på den exponerade brottytan. Dessutom sker monteringen smidigt och ergonomiskt då ingen del bryts av i processen.

Det finns fler fördelar med att använda BobTail® låsbultar vid tillverkning av bärande konstruktioner t ex vindkraftverk. Monteringen är snabb, enkel och det krävs ytterst lite utbildning för montörerna. Dessutom räcker det med en visuell inspektion för att verifiera att låsbulten är korrekt monterad.

En typisk BobTail® montering utförs på följande sätt:

1. Bulten förs in i det förberedda hålet och hylsan monteras på bulten.

2. Monteringsverktyget appliceras på den rillade bulten. När verktyget aktiveras dras bultens ände in i verktyget, vilket medför att mothållet pressar mot hylsan och sluter mellanrummet mellan bulten och låshylsan.

3. När en förutbestämd klämkraft har uppnåtts, börjar mothållet pressa in hylsan i bultens rillor. Monteringen förlänger hylsan och bulten och säkerställer rätt förspänningskraft.

4. När hylsan är helt inpressad i bultens rillor släpper verktyget sitt grepp och monteringssekvensen är slutförd.