Inleiding tot trekspanninggebieden in schroefdraad
Het trekspanningsgebied van een schroefdraad, vaak aangeduid als As, vertegenwoordigt het effectieve dwarsdoorsnedeoppervlak dat de trekbelasting in schroefdraadverbindingen draagt. Deze parameter is cruciaal in mechanisch ontwerp voor het berekenen van de sterkte en het draagvermogen van bouten, schroeven en andere schroefdraadcomponenten. Het houdt rekening met de schroefdraadgeometrie en is afgeleid van gevestigde industrienormen zoals GB/T 16823.1-1997 voor metrische schroefdraad en ASME B1.1 voor inch-schroefdraad.
In technische toepassingen zorgt nauwkeurige kennis van het spanningsgebied voor veilige en efficiënte ontwerpen, waardoor falen onder axiale belastingen wordt voorkomen. Deze tabel biedt uitgebreide gegevens voor zowel metrische (ISO-gebaseerde) als inch (Unified) schroefdraad, inclusief verschillende spoedmaten en schroefdraadaantallen. Gebruik deze bron voor structurele analyses, de selectie van bevestigingsmiddelen en de naleving van internationale normen.
- Metrische schroefdraad wordt aangegeven in millimeters en omvat maten van M1 tot M70.
- Schroefdraad in inches omvat de UNC (grove) en UNF (fijne) series, van #1 tot 3-3/4 inch.
- Alle waarden worden gecontroleerd aan de hand van standaardformules om de betrouwbaarheid te waarborgen.
Tabel met trekspanning en oppervlakte van schroefdraad in metrische maten (eenheden: mm)
De volgende tabel geeft de nominale diameter, spoed (P) en trekspanningsoppervlakte (As in mm²) voor metrische schroefdraad weer. De gegevens zijn afkomstig uit GB/T 16823.1-1997, waarin de spannings- en draagvlakken voor schroefdraadverbindingen worden gedefinieerd. Merk op dat voor elke diameter, waar van toepassing, meerdere spoedwaarden worden vermeld, die de mogelijkheden voor grove en fijne schroefdraad weergeven.
| Draad | Steek P (mm) | Spanningsgebied As (mm²) | Draad | Steek P (mm) | Spanningsgebied As (mm²) | Draad | Steek P (mm) | Spanningsgebied As (mm²) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| M1 | 0.25 | 0.46 | M12 | 1.75 | 84.27 | M36 | 2 | 914.54 |
| M1 | 0.2 | 0.52 | M12 | 1.5 | 88.13 | M36 | 1.5 | 939.85 |
| M1.1 | 0.25 | 0.59 | M12 | 1.25 | 92.07 | M39 | 4 | 975.76 |
| M1.1 | 0.2 | 0.65 | M12 | 1 | 96.1 | M39 | 3 | 1028.39 |
| M1.2 | 0.25 | 0.73 | M14 | 2 | 115.44 | M39 | 2 | 1082.41 |
| M1.2 | 0.2 | 0.8 | M14 | 1.5 | 124.55 | M39 | 1.5 | 1109.94 |
| M1.4 | 0.3 | 0.98 | M14 | 1 | 134 | M42 | 4.5 | 1120.92 |
| M1.4 | 0.2 | 1.15 | M16 | 2 | 156.67 | M42 | 4 | 1148.93 |
| M1.6 | 0.35 | 1.27 | M16 | 1.5 | 167.25 | M42 | 3 | 1205.98 |
| M1.6 | 0.2 | 1.57 | M16 | 1 | 178.17 | M42 | 2 | 1264.42 |
| M1.8 | 0.35 | 1.7 | M18 | 2.5 | 192.47 | M45 | 4.5 | 1306.01 |
| M1.8 | 0.2 | 2.04 | M18 | 2 | 204.18 | M45 | 4 | 1336.23 |
| M2 | 0.4 | 2.07 | M18 | 1.5 | 216.24 | M45 | 3 | 1397.71 |
| M2 | 0.25 | 2.45 | M18 | 1 | 228.63 | M45 | 2 | 1460.57 |
| M2.2 | 0.45 | 2.48 | M20 | 2.5 | 244.8 | M48 | 5 | 1473.16 |
| M2.2 | 0.25 | 3.03 | M20 | 2 | 257.98 | M48 | 4 | 1537.67 |
| M2.5 | 0.45 | 3.39 | M20 | 1.5 | 271.5 | M48 | 3 | 1603.57 |
| M2.5 | 0.35 | 3.7 | M20 | 1 | 285.38 | M48 | 2 | 1670.85 |
| M3 | 0.5 | 5.03 | M22 | 2.5 | 303.4 | M52 | 5 | 1757.84 |
| M3 | 0.35 | 5.61 | M22 | 2 | 318.06 | M52 | 4 | 1828.25 |
| M3.5 | 0.6 | 6.78 | M22 | 1.5 | 333.06 | M52 | 3 | 1900.05 |
| M3.5 | 0.35 | 7.9 | M22 | 1 | 348.4 | M52 | 2 | 1973.22 |
| M4 | 0.7 | 8.78 | M24 | 3 | 352.51 | M70 | 6 | 3254.39 |
| M4 | 0.5 | 9.79 | M24 | 2 | 384.42 | M70 | 4 | 3446.88 |
| M4.5 | 0.75 | 11.32 | M24 | 1.5 | 400.89 | M70 | 3 | 3545.2 |
| M4.5 | 0.5 | 12.76 | M24 | 1 | 417.71 | M70 | 2 | 3644.9 |
| M5 | 0.8 | 14.18 | M27 | 3 | 459.41 | M70 | 1.5 | 3695.27 |
| M5 | 0.5 | 16.12 | M27 | 2 | 495.74 | |||
| M6 | 1 | 20.12 | M27 | 1.5 | 514.43 | |||
| M6 | 0.75 | 22.03 | M27 | 1 | 533.46 | |||
| M7 | 1 | 28.86 | M30 | 3.5 | 560.59 | |||
| M7 | 0.75 | 31.14 | M30 | 2 | 621.2 | |||
| M8 | 1.25 | 36.61 | M30 | 1.5 | 642.1 | |||
| M8 | 1 | 39.17 | M30 | 1 | 663.34 | |||
| M8 | 0.75 | 41.81 | M33 | 3.5 | 693.56 | |||
| M10 | 1.5 | 57.99 | M33 | 2 | 760.8 | |||
| M10 | 1.25 | 61.2 | M33 | 1.5 | 783.91 | |||
| M10 | 1 | 64.49 | M36 | 4 | 816.73 | |||
| M10 | 0.75 | 67.88 | M36 | 3 | 864.94 |
Berekeningsformule voor metrische schroefdraad
Het trekspanningsgebied voor metrische schroefdraad wordt berekend met de volgende formule:
Als = (π / 4) × [(d₂ + d₃) / 2]²
Waar:
- d₂: Basisspoeddiameter van de uitwendige schroefdraad (volgens GB/T 196).
- d₃: De kleinste diameter van de buitendraad, berekend als d₃ = d₁ – H/6.
- d₁: Basiskleine diameter van de uitwendige schroefdraad (volgens GB/T 196).
- H: Fundamentele driehoekshoogte (volgens GB/T 192).
Deze formule garandeert een nauwkeurige berekening voor aangepaste of niet-standaard schroefdraad, in overeenstemming met de ISO 898-1-vereisten voor de sterkte van bevestigingsmiddelen.
Tabel met trekspanning en oppervlakte van schroefdraad in inches (eenheden: inch)
Deze tabel bevat gegevens voor schroefdraad in de maat UNC (grof) en UNF (fijn), inclusief nominale diameter (d), maat in inches, aantal schroefdraden per inch (n) en trekspanningsoppervlakte (As in in²). De tabel omvat zowel de UNC- (grof) als de UNF- (fijn) serie, gebaseerd op de ASME B1.1-normen.
| Nominale diameter d | Afmeting (inch) | Draadjes/n | Spanningsgebied As (in²) | Nominale diameter d | Afmeting (inch) | Draadjes/n | Spanningsgebied As (in²) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1# | 0.073 | 64 | 0.00262 | 1# | 0.073 | 72 | 0.00278 |
| 2# | 0.086 | 56 | 0.0037 | 2# | 0.086 | 64 | 0.00393 |
| 3# | 0.099 | 48 | 0.00486 | 3# | 0.099 | 56 | 0.00523 |
| 4# | 0.112 | 40 | 0.00603 | 4# | 0.112 | 48 | 0.0066 |
| 5# | 0.125 | 40 | 0.00796 | 5# | 0.125 | 44 | 0.00831 |
| 6# | 0.138 | 32 | 0.00909 | 6# | 0.138 | 40 | 0.01014 |
| 8# | 0.164 | 32 | 0.01401 | 8# | 0.164 | 36 | 0.01473 |
| 10# | 0.1875 | 24 | 0.01695 | 10# | 0.1875 | 32 | 0.01937 |
| 12# | 0.216 | 24 | 0.02416 | 12# | 0.216 | 28 | 0.02579 |
| 1/4 | 0.25 | 20 | 0.03182 | 1/4 | 0.25 | 28 | 0.03637 |
| 5/16 | 0.3125 | 18 | 0.05243 | 5/16 | 0.3125 | 24 | 0.05807 |
| 3/8 | 0.375 | 16 | 0.07749 | 3/8 | 0.375 | 24 | 0.08783 |
| 7/16 | 0.4375 | 14 | 0.10631 | 7/16 | 0.4375 | 20 | 0.11872 |
| 1/2 | 0.5 | 13 | 0.1419 | 1/2 | 0.5 | 20 | 0.15995 |
| 9/16 | 0.5625 | 12 | 0.18194 | 9/16 | 0.5625 | 18 | 0.20298 |
| 5/8 | 0.625 | 11 | 0.226 | 5/8 | 0.625 | 18 | 0.25596 |
| 3/4 | 0.75 | 10 | 0.33446 | 3/4 | 0.75 | 16 | 0.37296 |
| 7/8 | 0.875 | 9 | 0.46173 | 7/8 | 0.875 | 14 | 0.50947 |
| 1 | 1 | 8 | 0.60575 | 1 | 1 | 12 | 0.66304 |
| 1-1/8 | 1.125 | 7 | 0.76328 | 1-1/8 | 1.125 | 12 | 0.85572 |
| 1-1/4 | 1.25 | 7 | 0.96911 | 1-1/4 | 1.25 | 12 | 1.07295 |
| 1-3/8 | 1.375 | 6 | 1.15488 | 1-3/8 | 1.375 | 12 | 1.31471 |
| 1-1/2 | 1.5 | 6 | 1.40525 | 1-1/2 | 1.5 | 12 | 1.58102 |
| 1-3/4 | 1.75 | 5 | 1.89946 | ||||
| 2 | 2 | 4.5 | 2.49823 | ||||
| 2-1/4 | 2.25 | 4.5 | 3.24769 | ||||
| 2-1/2 | 2.5 | 4 | 3.99883 | ||||
| 2-3/4 | 2.75 | 4 | 4.93401 | ||||
| 3 | 3 | 4 | 5.96737 | ||||
| 3-1/4 | 3.25 | 4 | 7.09891 | ||||
| 3-1/2 | 3.5 | 4 | 8.32862 | ||||
| 3-3/4 | 3.75 | 4 | 9.65651 |
Berekeningsformule voor inch-schroefdraad
Het trekspanningsgebied voor uniforme inch-schroefdraad wordt als volgt berekend:
As = 0,7854 × [d – (0,9743 / n)]²
Waar:
- d: Nominale diameter in inches.
- n: Aantal draden per inch.
Deze benadering is gebaseerd op de effectieve diameter en wordt veelvuldig gebruikt in ASME- en SAE-normen voor berekeningen van de boutsterkte.
Toepassingen en belang in mechanisch ontwerp
De gebieden waar trekspanning optreedt, zijn essentieel voor het bepalen van de toelaatbare trekbelasting van schroefverbindingen met behulp van de formule: F = As × σ, waarbij σ de treksterkte van het materiaal is. Dit helpt bij:
- Het selecteren van de juiste boutmaten voor constructieverbindingen in de automobiel-, luchtvaart- en bouwsector.
- Het waarborgen van de naleving van veiligheidsfactoren bij toepassingen met hoge belasting, zoals drukvaten of machines.
- Ontwerpen optimaliseren door grove en fijne schroefdraad te vergelijken op vermoeiingsweerstand of montagegemak.
Controleer altijd de materiaaleigenschappen en de inschakelduur volgens de relevante normen om onder- of overdimensionering te voorkomen.
Veelgestelde vragen (FAQ)
- Wat is het verschil tussen een gebied onder trekspanning en een gebied met een kleine diameter?
- Het trekspanningsgebied (As) is een effectief gebied dat rekening houdt met de geometrie van de schroefdraadwortel en is doorgaans groter dan het gebied met de kleine diameter om de werkelijke belastingverdeling weer te geven. Het wordt gebruikt voor sterkteberekeningen, terwijl het gebied met de kleine diameter puur geometrisch is.
- Welke invloed heeft de spoed op het spanningsgebied in metrische schroefdraad?
- Kleinere spoedmaten resulteren in grotere spanningsgebieden bij dezelfde diameter, omdat ze de effectieve diameter vergroten. Bijvoorbeeld, bij M12 levert een spoed van 1 mm een spanningsgebied As = 96,1 mm² op, vergeleken met 84,27 mm² bij een spoed van 1,75 mm.
- Zijn deze waarden van toepassing op zowel bouten als schroeven?
- Ja, deze spanningsgebieden gelden voor uitwendige schroefdraad op bouten en schroeven volgens GB/T 16823.1 en ASME B1.1, uitgaande van standaard schroefdraadvormen. Voor inwendige schroefdraad kunnen de afschuifgebieden verschillen.
- Waarom zou je fijne schroefdraad gebruiken in plaats van grove?
- Fijne schroefdraad zorgt voor hogere spanningsconcentraties en een betere vermoeiingsweerstand door ondiepere schroefdraadwortels, ideaal voor toepassingen die gevoelig zijn voor trillingen. Grove schroefdraad daarentegen biedt een eenvoudigere montage en een hogere schuifsterkte.
- Hoe bereken je het spanningsgebied voor niet-standaard schroefdraad?
- Gebruik de meegeleverde formules met de precieze afmetingen uit GB/T 196 of ASME B1.1. Meet voor nauwkeurigheid d₂ en d₃ of raadpleeg softwaretools die voldoen aan ISO 898-1.
- Is het omrekenen tussen het metrische en het inch-systeem eenvoudig?
- Nee, vanwege de verschillende schroefdraadvormen. Reken de eenheden om (1 in² = 645,16 mm²), maar kies equivalente maten op basis van de belastingseisen, niet op basis van een directe dimensionale overeenkomst.
