Tarcie w złączu śrubowym

Zrozumienie działania i obliczania połączeń śrubowych należy zacząć od odpowiedniego zrozumienia mechanizmu przenoszenia siły w połączeniu. Głównym czynnikiem jest siła tarcia. Zarówno między gwintami śruby-nakretki jak i między głową śruby – podkładką i podkładką – blachą występują siły tarcia utrzymujące połączenie. W przypadku śrub luźnych siły tarcia dodatkowo przenoszą obciążenia. W przypadku śrub pasowanych czynnikiem utrzymującym statycznie połączenie także jest siła tarcia jednak obciążenia przenoszone są przez trzpień śruby. Moment dokręcenia śrub pasowanych także jest istotny z tego względu, że połączenie musi zostać statyczne nawet w przypadku wzmożonych wibracji.

Działem zajmującym się tarciem, smarowaniem i zużyciem powierzchni trących jest tribologia.

Podstawowym prawem opisującym zasadę działania tarcia statycznego są prawa tarcia kulomba

Prawa Tarcia Coulomba:

• Siła tarcia nie zależy od wielkości stykających się ze sobą elementów (pola powierzchni) – obecnie wiadomo, że to bzdura, jednak stanowi uproszenie na które możemy przymknąć oko z inżynierskiego punktu widzenia – ale zależy od ich rodzaju.

• Wartość siły tarcia ciała znajdującego się spoczynku może zmienić się od wartości zerowej do wartości granicznej wprost proporcjonalnie do nacisku normalnego.

• Gdy ciało jest w ruchu, siła tarcia na powierzchni styku, skierowana jest przeciwnie do kierunku ruchu i jest mniejsze od wartości granicznej.

Obraz przedstawiający stożek tarcia. Właściwości i symbole zostały opisane we wzorach ponizej

Warto nadmienić, że dla obliczeń statycznych wytrzymałości połączeń, będziemy rozważać przypadek dla granicznych sił tarcia z uwagi na to, iż jest to wartość, przy której układ po przekroczeniu przestaje być stabilny.

Zakres siły tarcia$$\begin{gathered} 0\le T\le T_{\max } \\ {T}_{\max }=\mu \cdot N \end{gathered}$$Współczynnik tarcia $\mu$ można wyznaczyć jako tangens stosunku siły tarcia $T$ do siły normalnej $N$.

Kąt tarcia statycznego$$p=\mathrm{arctg}(\mu )$$Kąt tarcia statycznego $\rho$ jest zdefiniowany jako arcus tangens współczynnika tarcia $\mu$.
Jest to wartość, przy której układ na granicy poślizgu przestaje być stabilny.

Zależność współczynnika tarcia od sił$$\mu =\mathrm{tg}\left(\frac{T}{N}\right)$$Współczynnik tarcia $\mu$ można wyznaczyć jako tangens stosunku siły tarcia $T$ do siły normalnej $N$.

Śruby różnią się sposobami przenoszenia sił, śruby pasowane przenoszą obciążenia całymi sobą, natomiast śruby luźne, służą do ściśnięcia elementów łączonych z taką siłą napięcia śruby, dla której siła tarcia między elementami łączonymi będzie wystarczająco wysoka, aby przeciwdziałać obciążeniom.