Draadverbindingen

[Wilmo]

Een tijdje geleden zag ik op een klus dat er boutverbindingen loskwamen en ben ik in de wetenschap achter boutverbindingen gedoken. Het leverde voor mij wel wat inzichten op die ik hier wilde delen.

Metaal heeft elastische eigenschappen, zoals van een veer. Het is uit te rekken en als de kracht weer loskomt, dan komt het metaal weer terug naar de oorspronkelijke stand. Staal is daarbij bijzonder. Er is een elastisch gebied, maar wordt het te ver uitgerekt, dan volgt er een versteviging. Ga je daarna nog verder met rekken, dan komt niet alle rek meer elastisch terug. Dit punt van versteviging wordt de R0.2 genoemd, het is echt het randje van elasticiteit.

Daarnaast is er nog vermoeiing als belangrijke factor. Als een verbinding bijna los is en daarna volledig op last komt, is er een volledige cyclus. Daar kan metaal niet tegen. Als een verbinding vast zit en daarna komt er last op, dan is de cyclus veel kleiner en houdt de verbinding ook veel langer stand.

Een verbinding is daarom een afweging tussen vermoeiing en kracht. Een verbinding kan niet op 100% van de R0.2 vastgezet worden, dan is er geen ruimte meer voor de vermoeiing, daarom wordt er met 70% gerekend. Dus met 70% van de kracht van de bout wordt de bout op voorspanning gezet. Alleen bij een 12.8 bout is de kracht zo groot en de eigenschappen van de bout zijn minder elastisch, dat daar met 60% wordt gerekend.

De volgende afweging is of het schroefdraad of moer deze kracht ook aan kan. Naar aanleiding van het schroefdraad of de vermoeiing kan de voorspanning verlaagd worden. De grens is natuurlijk dat de verbinding onder last niet los mag komen. Hier kun je spelen met het type moer, boutklasse en als je er echt niet uitkomt, een grotere maat.

Wanneer een bout op voorspanning staat en er komt kracht op, dan is de maximale spanning niet voorspanning + kracht. Op het grensvlak van de verbinding gebeurt van alles met elasticiteit waardoor er ‘maar’ 25% van de last bij de maximale spanning opgeteld hoeft te worden.

Maar hoe kom je van voorspanning naar moment? De belangrijkste factor daar is wrijving. Wrijving komt er in een statische variant (druk maar eens met je hand op de tafel), die hoger is dan de dynamische (het moment dat je hand losbreekt en gaat schuiven). Stop je bij het op moment zetten om de ratel terug te draaien, dan moet je dus eerst weer de statische wrijving overwinnen, en dan kun je wel vergeten dat je het juiste moment nog gaat halen.

De wrijving zit op de draad en onder de kop, tot wel 90% van het moment gaat op in wrijving. En in principe is die wrijving onbekend, vooral bij onze omstandigheden. Dus het moment is een raadsel. Hoe hoger het moment, hoe onbekender de wrijving. Daarom stelt een leverancier als ARP: Gebruik alleen ons vet. Daardoor is er een min of meer bekende wrijvingssituatie waardoor de kans groter wordt dat er iets van klopt.

Maar omdat die bout of draadeinde een veer is, is uit te rekenen hoeveel rek er nodig is om die voorspanning te halen. Via de rek en de spoed is uit te rekenen welke hoekverdraaiing nodig is om die rek te halen en daarmee de voorspanning. Daar komt dus vandaan dat een kopbout vaak met een laag moment wordt vastgezet en daarna met een hoek verder wordt doorgedraaid. De wrijving speelt geen rol meer en ook het vloeiend aanhalen maakt niet meer uit. Het levert dus een stuk meer zekerheid op.

Dan is er nog afschuiving. Een bout wordt in principe nooit op afschuiving belast. Een wielbout bijvoorbeeld, trekt de velg zo hard op de naaf, dat het wiel met wrijving vastzit. Daar komt ook vandaan dat er geen vet mag zitten tussen velg en naaf.

Kopervet is geen vet, alleen een middel dat de boel ooit weer loskomt. Wil je iets met vet om naar een bekende wrijvingssituatie te komen, gebruik altijd MoS2.


Ik hoop dat dit hier en daar wat herkenningspunten heeft gegeven. Mocht er behoefte zijn, dan zou ik mijn rekenblad eens om kunnen bouwen naar een webapplicatie zodat je je eigen gegevens in kunt vullen om tot een moment of hoekverdraaiing te komen.

Heb je zelf nog een vraag over een verbinding, brand los! Alleen maar interessant om er nog dieper in te duiken.

[Jeroen]

Interessante materie JW, dank voor het uitzoeken en delen!

[uwbuurman]

Ja, ik heb het met interesse gelezen. Veel is wel ongeveer bekend en logisch te beredeneren, maar om het eens helder en onderbouwd uitgelegd te krijgen is fijn! Dank je!