- priemyselný dizajn a konštrukcia

V týchto sekciách sprístupňujeme verejnosti niektoré výskumy, postupy a výpočty.

 

Teória výberu skrutiek

 

Ste konštruktér a rozmýšľali ste niekedy aké skrutky sú tie správne pre vaše riešenie? 

Ponúkame vám štatistický prieskum, ktorý vám s tým môže pomôcť. 

Vplyv na cenu výrobku má aj množstvo a cena skrutiek, ktoré sú potrebné na jeho zostavenie. 

V tomto prípade má konštruktér viacero možností ako si vybrať. Môže použiť malé množstvo veľkých a drahších skrutiek alebo väčšie množstvo menších skrutiek. 

Pri väčších skrutkách rastie váha výrobku, ale klesajú náklady na montáž. Tak ako si vybrať? 

Cesta je jednoduchá. Na základe štatistickej analýzy, ktorej výsledky vám ponúkame tu. 

 

1. Cieľ práce

Cieľom tejto práce je skúmať ceny skrutiek v závislosti od ich veľkosti a dĺžky. Na základe porovnania cien skrutiek vzhľadom k ich priemeru a dĺžke preveriť, ktoré skrutky je výhodné nakupovať z dôvodu nižšej ceny. Brať pritom zreteľ na plochu prierezu skrutky a urobiť porovnanie na zvolenú jednotnú plochu.
Skúmať zvolenú reprezentatívnu vzorku skrutiek. Určiť reprezentatívne štyri druhy skrutiek M3, M5, M8, M16 a ich celý dostupný rozsah dĺžok a porovnať ceny vzhľadom k určenému jednotnému prierezu.


2. Postup

1. Navrhnúť vhodné hypotézy
2. Vyhodnotiť získané údaje a overiť komparáciou
3. Vyvodiť záver

 

3. Hypotézy

1. Čím dlhšia je skrutka, tým vyššia je jej cena
2. Čím väčší priemer má skrutka, tým vyššia je jej cena
3. Používať skrutky väčších priemerov je cenovo výhodnejšie


4. Tvorba hypotéz a ich aplikácia v praxi

4.1 Návrh hypotézy 1

Vzhľadom k tomu že skrutky sa vyrábajú väčšinou rovnakou technológiou, tak jediný rozdiel pri porovnaní ceny skrutky určitého priemeru je jej dĺžka a to z dôvodu, že čím dlhšia je skrutka, tým viac materiálu sa spotrebuje a tým dlhší závit treba narezať. Z uvedeného vyplýva, že čím dlhšia je skrutka, tým vyššia je jej cena. Nárast ceny skrutiek by teda mal byť priamoúmerný a lineárny voči dĺžke skrutky.

 

4.2 Návrh hypotézy 2

Tak ako v prvom prípade, technológia výroby nehrá žiadnu rolu. Preto pri porovnaní cien rôznych priemerov skrutiek je hlavnou príčinou nárastu ceny skrutky spotreba materiálu pri jej výrobe, preto musíme vyvodiť hypotézu ,že čím väčší priemer má skrutka, tým vyššia je jej cena.

 

4.3 Návrh hypotézy 3

Používať skrutky väčších priemerov je cenovo výhodnejšie z hľadiska nákupu. Je to z toho dôvodu, že skrutka väčšieho priemeru dokáže poskytnúť väčšiu upínaciu silu a preto stačí použiť menšie množstvo skrutiek. Jedna skrutka priemeru 8mm má plochu prierezu 50,27mm2 a dokáže udržať rovnakú záťaž, ako dve skrutky priemeru 3mm a ploche prierezu 28,27mm2. Pri dvoch skrutkách priemeru 3mm musíme rezať závit 2x vo výrobe a 2x uťahovať pri montáži. Použitie menších skrutiek sa preto javí, ako cenovo nevýhodné.


5. Vyhodnotenie údajov

 

5.1 Overenie hypotézy 1

Od dodávateľa, boli zistené ceny nerezových skrutiek M3, M5, M8, M16 rôznych dĺžok. Zdroj.: https://www.dmpsteel.sk/din-912 (14.5.2019)

 

 

Vzhľadom k tomu, že skrutkami je potrebné zabezpečiť určitú silu, ktorá vychádza z plochy prierezu skrutky, bola vypočítaná plocha jednej skrutky a bolo vypočítané koľko skrutiek je potrebných ak potrebujeme celkovú plochu úchytu 1000mm2. V poslednom stĺpci tabuľky je vypočítaná suma v Eurách k príslušnej dĺžke skrutiek.
Graf 1 až 4 znázorňuje ceny skrutiek, ktoré by sa podľa hypotézy mali odvíjať priamoúmerne a lineárne vzhľadom k dĺžke skrutky.

 


 

 

Vodorovná os x znázorňuje dĺžku skrutky, a zvislá os y je cena jednej skrutky. Z grafov je zrejmé že ceny skrutiek nie sú úplne priamoúmerné a lineárne voči dĺžke. Určitý nárast ceny je ale zjavný. Čiže môžeme usudzovať že dĺžka skrutky má vplyv na cenu, ale je tu aj iný faktor. Hlavne pri veľmi malých a veľmi veľkých dĺžkach je vidieť prudký nárast ceny. Pri všetkých skrutkách sa pri ich výrobe používa rovnaká technológia. Prudké výkyvy v cene sa dajú vysvetliť množstvom vyrábaných kusov. Čiže ak je zabezpečená dostatočná sériovosť, tak je cena skrutiek nižšia. Naopak, ak sa jedná o skrutky málo používané, tak ich cena rastie, lebo sa nepredávajú ani nevyrábajú vo veľkých sériách.
Pre overenie spoľahlivosti údajov skrutky M5, som urobil komparáciu s iným dodávateľom ako je vidieť na grafe 5.
 

 

Z grafu 5 je zrejmé, že jednotlivé údaje pre rôzne dĺžky skrutiek sa približujú, preto môžeme údaje považovať za relatívne spoľahlivé.
Hypotéza 1 sa nepotvrdila.


5.2 Overenie hypotézy 2

Pre overenie hypotézy 2 som zoradil údaje o cenách skrutiek do spoločného grafu 6.
 

 

Až na jednu výnimku, ktorú môžeme zanedbať, z grafu vyplýva že priemer skrutky má zásadný vplyv na cenu skrutiek.
Hypotéza 2 sa potvrdila ako správna.


5.3 Overenie hypotézy 3

Pri návrhu konštrukčných riešení je rozhodujúci v prvom rade technický zámer upevnenia súčiastky a ten sa odvíja od pevnostných vlastností skrutiek. Teda čím väčší priemer má skrutka, tým pevnejší spoj vzniká. Pri výpočtoch pevnosti máme vždy danú silu, ktorú rozpočítame vždy na plochu prierezu skrutiek. Je preto potrebné si teoreticky určiť jednotnú plochu prierezu skrutiek, ktorú potrebujeme na upnutie zariadenia. Pre zvýšenie presnosti si zvolíme väčšiu plochu prierezu napríklad S=1000mm2.
Plochu prierezu vydelíme plochou prierezu jednej skrutky a dostaneme tak počet skrutiek potrebných na upnutie, viď tabuľku 1.
Výsledné hodnoty sú zobrazené v grafe 7.

 


 

 

Z grafu 7 vyplýva, že veľmi malý priemer skrutky M3 nie je až také výhodné používať, ale ostatné ceny skrutiek vzhľadom na plochu upnutia sa prelínajú. Preto z hľadiska nákupu nie je jednoznačne dokázané, že používať skrutky väčších priemerov je výhodnejšie.
Hypotéza 3 sa nepotvrdila.


Z grafu je tiež zaujímavé zistiť, že skrutka M8 vychádza najlacnejšie. To zároveň potvrdzuje zistenie, že sériovosť podstatne ovplyvňuje cenu skrutiek, nakoľko je to jedna z najpoužívanejších skrutiek.
Z hľadiska montáže je však výhodnejšie použiť väčšie priemery skrutiek, nakoľko to vyžaduje menej operácií pre obsluhu a preto to vychádza cenovo aj časovo výhodnejšie.

 

Záver

Cieľom tejto práce bolo zistiť vhodný spôsob na výber skrutiek do konštrukčných zostáv.
Na základe hypotézy 1 bolo zistené, že okrem dĺžky skrutky je základným faktorom, ktorý ovplyvňuje cenu, aj sériovosť výroby jednotlivých skrutiek a preto je nevýhodné nakupovať príliš krátke, alebo až príliš dlhé skrutky. Ak potrebujeme upnúť príliš malé alebo príliš veľké kusy, je vhodné prispôsobiť priemer skrutky tak, aby sa dĺžky pohybovali približne v strede rozsahu dĺžok ponúkaných predajcom k danému priemeru skrutky.
Na základe hypotézy 2 bolo zistené, že priemer skrutky je zásadný faktor, ktorý ovplyvňuje cenu skrutky. Avšak je nutné brať do úvahy aj silu, ktorú daná skrutka vyvinie a preto bolo nutné skúmať aj hypotézu 3.
Hypotéza 3 nebola síce potvrdená, ale zistilo sa, že ceny skrutiek vzhľadom na silu, ktorú sú schopné udržať sú približne rovnaké, takže z montážneho hľadiska je výhodné používať väčšie priemery skrutiek, lebo cena skrutiek, ktoré na spoj použijeme, je približne rovnaká, ale ušetríme na čase pri montáži.
Po zvážení všetkých faktorov, je z hľadiska ceny výhodné používať väčšie priemery skrutiek a vyberať ich tak, aby sme sa dostali do prvej tretiny dĺžky skrutiek z rozsahu, ktoré ponúka predajca, vzhľadom k dĺžke, ktorú potrebujeme upnúť.
Z hľadiska enviromentálneho, alebo hmotnostného, by bolo vhodné používať skrutky s menším priemerom, s dĺžkou v hornej tretine ponúkaného rozsahu, pretože na hlavičku a maticu sa spotrebuje menej materiálu.

 

Vypracoval: Bc. Ladislav Ides

Zverejnené dňa: 2.2.2020

  

 

 

 

 

 

 

 

 


 


Všetky práva vyhradené. Kopírovanie textu a obrázkov je povolené len so súhlasom XTREAM a.s. a uvedením zdroja www.xtream.sk