KWALIFIKACJA MEC3 - CZERWIEC 2015

PYTANIE NR 23.
Najbardziej prawdopodobną przyczyną zniszczenia śruby w połączeniu gwintowym zbiornika ciśnieniowego przedstawionego na rysunku jest jej
Ilustracja przedstawia przekrój połączenia gwintowego w zbiorniku ciśnieniowym.
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
"Zerwanie" jest typowe, gdy śruba pracuje głównie na rozciąganie osiowe (naprężenia normalne), co często występuje w połączeniach kołnierzowych elementów pod ciśnieniem. "Ścięcie", "zgięcie" i "skręcenie" dominują przy innych kierunkach obciążeń (poprzecznych lub momentowych).

Pełne wyjaśnienie:

W połączeniu gwintowym elementów pracujących pod ciśnieniem (np. pokrywa/kołnierz zbiornika) najbardziej typowym i zwykle dominującym obciążeniem śruby jest obciążenie osiowe. Wynika ono z dwóch źródeł: wstępnego napięcia podczas dokręcania oraz sił rozrywających złącze, generowanych przez ciśnienie działające na powierzchnię pokrywy/dennicy. Taki stan pracy powoduje, że w trzpieniu śruby pojawiają się przede wszystkim naprężenia rozciągające, a ich przekroczenie prowadzi do zniszczenia w postaci zerwania (pęknięcia/urwania przy rozciąganiu).

Odpowiedź "zgięcie" byłaby bardziej prawdopodobna, gdyby śruba była obciążona mimośrodowo albo gdyby elementy złącza wymuszały ugięcie (np. duży luz, brak równoległości powierzchni, wyraźny moment gnący). W typowym złączu kołnierzowym dąży się do osiowego przenoszenia obciążeń, więc zginanie nie jest mechanizmem wiodącym.

Odpowiedź "ścięcie" dotyczy sytuacji, gdy śruba przenosi siłę poprzeczną w płaszczyźnie styku elementów (naprężenia styczne), np. w złączach, gdzie brak tarcia/docisku lub występują znaczne siły boczne. W prawidłowo skręconym złączu tarcie między łączonymi powierzchniami często ogranicza przenoszenie sił poprzecznych przez samą śrubę, dlatego ścięcie jest mniej prawdopodobne jako główna przyczyna w tej konfiguracji.

Odpowiedź "skręcenie" wiąże się z dominującym momentem skręcającym w przekroju śruby. Moment występuje podczas dokręcania, ale po zmontowaniu i ustabilizowaniu obciążenia zwykle nie jest to mechanizm prowadzący do awarii eksploatacyjnej w złączach tego typu. Skręcanie mogłoby dominować np. przy błędnym montażu (przekroczenie momentu dokręcania) lub pracy elementu jak wał, co nie jest typowe dla śruby mocującej pokrywę zbiornika.

W praktyce egzaminacyjnej warto zapamiętać: jeśli złącze ma przeciwdziałać "rozerwaniu" przez ciśnienie/siłę osiową, to śruba najczęściej jest oceniana jako pracująca na rozciąganie, a typową postacią zniszczenia jest zerwanie.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
"Zerwanie śruby" oznacza pęknięcie/urwa­nie trzpienia wskutek dominujących naprężeń rozciągających (osiowych). Typowo dzieje się tak, gdy siła osiowa przekracza nośność przekroju śruby, np. w złączach dociskanych, gdzie śruba "trzyma" elementy przed rozdzieleniem.
Ciśnienie wewnętrzne działa na powierzchnię pokrywy/kołnierza i wytwarza siłę, która dąży do rozdzielenia elementów złącza. Aby temu przeciwdziałać, śruby muszą wytworzyć docisk i przenieść obciążenie osiowe, co powoduje dominację rozciągania w trzpieniu.
Przy zerwaniu dominuje rozciąganie: pęknięcie jest związane z obciążeniem osiowym śruby. Przy ścięciu dominuje siła poprzeczna: śruba "przecina się" w płaszczyźnie styku elementów. W zadaniach egzaminacyjnych kluczowe jest powiązanie trybu awarii z kierunkiem siły.
Może, ale zwykle dotyczy to sytuacji montażowych (np. znaczne przekroczenie momentu dokręcania) albo szczególnych układów, gdzie śruba przenosi moment jak wał. W typowych złączach kołnierzowych pracujących pod ciśnieniem dominujące jest obciążenie osiowe, nie skręcanie.
Ryzyko ścięcia rośnie, gdy złącze przenosi duże siły poprzeczne, a tarcie między łączonymi powierzchniami nie wystarcza (np. mały docisk, drgania, poślizg). Wtedy śruba przejmuje obciążenie w ścinaniu. W praktyce stosuje się też kołki ustalające lub inne elementy przeciwpoślizgowe.
Ryzyko rośnie m.in. przy zbyt małej liczbie śrub, niewłaściwej klasie wytrzymałości, nierównomiernym dokręceniu, braku kontroli momentu/naprężenia wstępnego oraz przy pracy w warunkach zmęczeniowych (drgania). Każdy z tych błędów może podnieść maksymalne naprężenie osiowe w śrubie.
Wstępne napięcie to siła w śrubie powstająca podczas dokręcania. Zapewnia docisk elementów, poprawia szczelność (np. z uszczelką) i ogranicza poślizg. Odpowiednie napięcie sprawia, że obciążenia zewnętrzne w większym stopniu "odciążają docisk", a nie od razu zwiększają siłę w śrubie.
W dobrze zaprojektowanym i poprawnie zmontowanym połączeniu kołnierzowym śruby są prowadzone osiowo, a powierzchnie styku są równoległe. Dzięki temu obciążenia powinny działać głównie wzdłuż osi śruby. Zginanie staje się istotne dopiero przy mimośrodzie, luzach lub odkształceniach elementów złącza.
Najważniejsze są: naprężenia normalne (rozciąganie/ściskanie), naprężenia styczne (ścinanie/skręcanie), zależność obciążenia od przekroju, a także podstawowe rozróżnienie trybów zniszczenia. To pozwala powiązać kierunek siły w złączu z typem uszkodzenia śruby.
Najpierw ustal, jaki rodzaj obciążenia dominuje: osiowe, poprzeczne czy moment. Potem dopasuj tryb awarii: rozciąganie → zerwanie, siła poprzeczna → ścięcie, mimośród → zgięcie, moment → skręcenie. Na końcu sprawdź, czy inne odpowiedzi nie pasują lepiej do danego układu.
info

Statystycznie 28% uczniów zna prawidłową odpowiedź. bardzo trudne

Według specjalistów z branży: ""Zerwanie" jest typowe, gdy śruba pracuje głównie na rozciąganie osiowe (naprężenia normalne), co często występuje w połączeniach kołnierzowych elementów pod ciśnieniem."

Źródła:

  • PN-EN ISO 898-1:2013-06, Własności mechaniczne części złącznych wykonanych ze stali węglowej i stopowej — Część 1: Śruby i śruby dwustronne o określonych klasach własności
  • VDI 2230 Blatt 1, Systematic calculation of highly stressed bolted joints — Joints with one cylindrical bolt (aktualne wydanie; wymagane sprawdzenie wersji w posiadanych materiałach)
  • Shigley’s Mechanical Engineering Design, rozdziały dotyczące połączeń śrubowych i obciążeń śrub (wydanie zależne od podręcznika; odniesienie do teorii projektowania połączeń śrubowych)

Materiały:

  • Podręczniki z wytrzymałości materiałów (naprężenia normalne i styczne, kryteria zniszczenia)
  • Materiały dydaktyczne o połączeniach śrubowych (wstępne napięcie, tarcie, rozkład obciążeń)
  • Normy i wytyczne dotyczące własności mechanicznych elementów złącznych oraz obliczeń połączeń śrubowych

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego