Breken of afschuiven?
Als je een bout-moer verbinding te hoog belast met een trekkracht. Wat zal er in de regel dan eerder gebeuren? De boutsteel breekt? of de moer wordt afgeschoven? Deze vraag wordt mij vaker gesteld. En het is ook best een logische vraag. Want beide situaties kunnen zich voordoen. Maar dat hangt wel af van de schroefdraadlengte. In dit artikel ga ik deze vraag beantwoorden en ga daarbij uit van een normale bout-moer verbinding
foto: DING FASTENER
Als je een bout-moer verbinding te hoog belast op trek boven de breuk- of afschuifspanning,
dan kunnen er twee faalmechanismen in werking treden:
1. De bout breekt in de steel (boven de breukspanning).
2. De schroefdraad schuift af, waardoor de moer wordt afgeschoven (boven de afschuifspanning).
Om uit te zoeken wat er het eerst zal gebeuren, moeten we berekenen welke van de twee spanningsoppervlakken het kleinst zijn. Het oppervlak van de boutsteel doorsnede of het afschuifoppervlak van de schroefdraad.
Verhouding tussen Afschuifoppervlak en Spanningsdoorsnede
De spanningsdoorsnede van de bout wordt gegeven door:
Aₛ = (π / 4) · dₖ²
Het afschuifoppervlak van de moerdraad wordt benaderd met:
Aₐₓ = π · dₘ · Lₑ
waarbij:
– dₘ ≈ gemiddelde diameter van de schroefdraad
– Lₑ = effectieve inschroeflengte
De verhouding tussen afschuifoppervlak en spanningsdoorsnede van de bout-moer verbinding is dan:
foto: DING FASTENER
Bout-moer verbinding voorbeeldberekening
Gegevens Bout-moer verbinding
Voor een zeskantmoer volgens ISO 4032 (de meest voorkomende type):
- Bouttype: M10
- buitendiameter (d) = 10 mm
- kerndiameter (dₖ) ≈ 8.2 mm
- gemiddelde draadmiddellijn (dₘ) ≈ 9.1 mmMoerdikte ≈ 0,8 × d = 0,8 × 10 mm = 8 mm
- Maar: de schroefdraad loopt niet helemaal door tot aan de moeruiteinden
- Er is een kleine draadvrije “inloop” aan beide zijden
- Effectieve inschroeflengte ≈ 0,7 × d = 7 mm is een goede benadering
- effectieve inschroeflengte (Lₑ) ≈ 7 mm
Berekening verhouding doorsnede vs afschuifoppervlak
Conclusie
Het afschuifoppervlak van de schroefdraad is meestal 3 tot 4 keer groter dan de spanningsdoorsnede van de bout. Daarom zal bij overbelasting doorgaans de bout breken voordat de draad afschuift, mits correct ontworpen en uitgevoerd. In de meeste gevallen zal de bout dus breken in de steel, omdat het ontwerp er meestal op gericht is dat de schroefdraad sterker is dan de boutschacht. De draad verdeelt de belasting over meerdere gangen, waardoor afschuiven pas bij veel hogere krachten optreedt.