Rys Powstawanie linii śrubowej

(1)

Połączenia gwintowe

Gwint tworzą występy i rowki zwinięte na powierzchni walcowej po linii śrubowej. Linia śrubowa jest krzywą na powierzchni walcowej, która ma stałe pochylenie y względem płaszczyzny prostopadłej do osi walca (wznios). Jej powstawanie można zobrazować przez nawinięcie na powierzchni walca prostej pochylonej w stosunku do jego podstawy o kąt y (rys. 3.42). Odległość h wzdłuż tworzącej walca między najbliższymi punktami linii

śrubowej nazywamy jej skokiem. Kształt przekroju poprzecznego występów i rowków nazywamy zarysem gwintu.

Rys. 3.42. Powstawanie linii śrubowej

(2)

Stosowane są zarysy gwintu trójkątne, trapezowe, prostokątne i okrągłe (ryg. 3.43).

Średnice i zarysy gwintów są znormalizowane. W normalnych gwintach metrycznych średnica i skok są tak dobrane, że wznios γ~3⁰; stosowane są również gwinty

drobnozwojne, które przy danej średnicy mają mniejszy skok.

Rys. 3.43. Zarysy gwintów: a) trójkątny; b) trapezowy; c) prostokątny; d) okrągły

(3)

Połączenie gwintowe składa się z dwóch elementów, jednego zaopatrzonego w gwint na powierzchni zewnętrznej (śruba, wkręt) oraz drugiego zaopatrzonego w gwint na

powierzchni wewnętrznej (nakrętka).

śruba

nakrętka

(4)

W połączeniach stosowany jest powszechnie gwint o zarysie trójkątnym, o kącie 2α = 60° w systemie metrycznym oraz o kącie 2α = 55° w systemie calowym. Gwint trapezowy stosowany jest zazwyczaj w mechanizmach śrubowych, jak w prasach, podnośnikach, mechanizmach posuwu obrabiarek. Może on przenosić większe obciążenia niż gwint trójkątny. Gwint prostokątny ma zastosowanie podobne do

trapezowego. Gwint okrągły jest stosowany w połączeniach mało dokładnych, narażonych na zanieczyszczenia. Jego odmiana — gwint Edisona — dzięki małej głębokości nadaje się do tłoczenia w blasze i jest stosowany w sprzęcie elektrotechnicznym.

Połączenia gwintowe mogą być dokonywane bezpośrednio, gdy gwinty są wykonywane na elemencie konstrukcyjnym, jak w gniazdach bezpiecznikowych, na czopach wałów oraz pośrednio za pomocą specjalnych łączników, zwykle znormalizowanych, których najczęściej stosowane typy przedstawiono na rys. 3.44. Normy przewidują ponadto inne, rzadziej stosowane, kształty łbów śrub i nakrętek:

przystosowanych do specjalnych kluczy. Dołączenia blach i materiałów plastycznych, jak drewno lub tworzywa sztuczne, są stosowane specjalne wkręty samogwintujące o zarysie gwintu trójkątnym i dużym skoku, wkręcane w otwory o średnicy równej średnicy rdzenia wkrętu. Do łączenia rur są stosowane gwinty stożkowe, które podczas wkręcania zaciskają się dając połączenia szczelne. Wymiary gwintów określa się podając średnicę zewnętrzną gwintu oraz skok. W systemie calowym średnice podaje się w calach, a skok określany jest liczbą zwojów gwintu na 1 cal długości. Dla gwintów rurowych jako wymiar nominalny podaje się (w calach) średnicę wewnętrzną rury, na której jest wykonany gwint zewnętrzny; średnica zewnętrzna gwintu jest od tej wielkości oczywiście większa.

Rys. 3.44. Normalne łączniki gwintowe:

a) śruba z łbem sześciokątnym;

b) śruba z łbem walcowym i gniazdem sześciokątnym;

c) śruba skrzydełkowa;

d) śruba z łbem radełkowanym;

e) wkręt z łbem stożkowym;

j) wkręt z łbem soczewkowym;

g) wkręt z łbem walcowym;

h) wkręt z łbem kulistym;

i) wkręt dociskowy bez łba;

j) wkręt samogwintujący do blachy z łbem stożkowym i wgłębieniem krzyżowym;

k) wkręt do drewna;

l) nakrętka sześciokątna;

m) nakrętka koronowa;

n) Nakrętka okrągła rowkowa

(5)

Dla wywołania w połączeniu gwintowym siły osiowej F (rys. 3.45) należy przyłożyć moment przy czym ds oznacza średnią średnicę gwintu

πdtgγ

Połączenia z gwintem prostokątnym można rozpatrywać jako równię pochyłą o wzniosie γ.

Wartość siły F₁ można określić z zależności, przy czym ρ oznacza kąt tarcia.

F

₁

=Ftg(γ + ρ )

(6)

Sprawność η połączenia można wyznaczyć jako stosunek pracy otrzymanej po wykonaniu jednego obrotu

do pracy włożonej

stąd

(7)

Dla gwintu, którego powierzchnia tworzy z prostopadłą do osi kąt α≠O, siła F stanowi składową siły normalnej,

która wywołuje tarcie (rys. 3.46)

Przyjmują

możemy dla gwintów o zarysie

nieprostokątnym określić sprawność

Wartość sprawności jest istotna w mechanizmach gwintowych

przenoszących obciążenia w ruchu.

(8)

W połączeniach spoczynkowych ważna jest samohamowność gwintu, czyli niemożność jego samoczynnego odkręcania się przy obciążeniu czynną siłą osiową F. Gwinty

samohamowne mają sprawność przy napędzie od siły osiowej

co oznacza, że

(9)

Dla dokręcenia śruby (wkrętu, nakrętki) oprócz momentu M_s należy pokonać moment tarcia na powierzchni czołowej łba lub nakrętki (rys.3.47)

Rys. 3.47. Wymiary wkręta wpływające na wartość średnią promienia tarcia łba przy dokręcaniu

2

przy czym Ds.= D+d/2oznacza średnią średnicę powierzchni czołowej łba śruby, wkrętu lub nakrętki. Zatem całkowity moment potrzebny do dokręcenia śruby

(10)

Wytrzymałość połączenia gwintowego jest ograniczona wytrzymałością rdzenia śruby na rozciąganie oraz wytrzymałością zwojów gwintu na ścinanie. Wytrzymałość zwojów na ścinanie zależy od ich liczby, wynikającej z długości skręcania l_s (rys. 3.48).

Rys. 3.48.

Wyznaczanie

długości skręcenia Ls

Nakrętki normalne mają wysokość tak dobraną, że wytrzymałość gwintu na ścinanie jest większa niż

wytrzymałość rdzenia na rozciąganie. Wynika stąd, że jeżeli długość skręcania w połączeniu jest nie mniejsza od wysokości nakrętki normalnej, to o wytrzymałości połączenia decydują naprężenia rozciągające w rdzeniu śruby

przy czym: S — pole przekroju poprzecznego rdzenia śruby w m², ξ— współczynnik uwzględniający wpływ naprężeń

skręcających (można przyjąć ξ = 0,75), k_r — dopuszczalne naprężenie rozciągające materiał śruby w Pa.

(11)

Do dokręcania śrub i nakrętek używa się kluczy różnych konstrukcji. Moment wywołany przez klucz (rys. 3.49)

Rys. 3.49. Klucz do śrub i nakrętek

(12)

Klucze znormalizowane mają długości lic tak dobrane, aby przy wywieraniu siły

F_k = 100...400 N następowało prawidłowe dokręcenie gwintu; wartości niższe odnoszą się do mniejszych średnic gwintów. Do dokręcania gwintów odpowiedzialnych należy stosować klucze dynamometryczne które zawierają wskaźnik wartości przenoszonego momentu lub jego ogranicznik (rys. 3.50).

Rys. 3.50. Klucze dynamometryczne:

a) mierzący wartość wytwarzanego momentu przez pomiar skręcenia wału;

b) b) ograniczający wartość momentu przez wyzębianie zaczepu z koła uzębionego

Do łbów i nakrętek sześciokątnych wskazane, jest używanie kluczy oczkowych lub

nasadowych, z otworami sześciokątnymi, lub dwunastozębnymi współpracującymi, ze wszystkimi narożami sześciokąta. Klucze te mniej niszczą łby i nakrętki niż klucze płaskie współpracujące tylko z dwoma narożami.

(13)

Do dokręcania wkrętów używa się wkrętaków o zakończeniu dopasowanym do rowka we łbie wkręta. Prawidłowo ukształtowane zakończenie wkrętaka pokazano na rys. 3.51.

Wkrętaki elektrotechniczne powinny mieć izolowaną rękojeść oraz koszulkę izolacyjną nałożoną na trzpień, aby nie powodowały zwarć i porażenia użytkownika w czasie pracy pod napięciem.

Rys. 3.51. Prawidłowe

ukształtowanie zakończenia wkrętaka

Odkręcanie gwintów jest często trudniejsze niż dokręcanie, ponieważ na skutek korozji opory przy odkręcaniu zwykle są większe. Do demontażu należy zatem używać narzędzi w bardzo dobrym stanie, niecelowe jest używanie przy tym kluczy dynamometrycznych. Gdy opory przy odkręcaniu są bardzo duże, nie należy nadmiernie zwiększać momentu,

szczególnie udarowo, lecz spróbować zmniejszyć opory. W tym celu można użyć następujących środków:

- zwilżyć połączenie środkiem penetrującym (czas przenikania może wynosić kilka godzin) lub rozpuszczającym rdzę,

- nagrzać nakrętkę lub odkształcić ją sprężyście przez uderzenie boczne przy podparciu z przeciwnej strony dużą masą.

(14)

Gwinty uszkodzone podczas demontażu należy przed ponownym połączeniem poprawić za pomocą gwintowników lub narzynek. Krańcowe zwoje, na które nie można wprowadzić narzynki, można poprawić pilnikiem trójkątnym.

Złącza gwintowe poddane działaniu drgań mają tendencję do samoczynnego odkręcania się. Zjawisko to występuje na skutek zaniku siły docisku powierzchni gwintu, w wyniku działania obciążeń dynamicznych powodujących odkształcenia sprężyste elementów. Środki przeciwdziałające samoczynnemu odkręcaniu się przedstawiono na rys. 3.52.

Przeciwnakrętka 1 (rys. 3.52a) sprawia, że nawet po zaniku docisku na jej powierzchni czołowej pozostaje on na powierzchni gwintu. Należy przy tym zwrócić uwagę, że obciążenie złącza jest przenoszone przez nakrętkę 2, która powinna być wytrzymalsza od przeciwnakrętki.

Rys. 3.52. Zabezpieczenie gwintów przed samoczynnym odkręcaniem: o) przeciwnakrętką;

b) zawleczką przełożoną przez wycięcia nakrętki koronowej i otwór w śrubie;

c) podkładką zaginaną;

d) podkładką sprężystą przeciętą;

e) podkładką sprężystą ząbkowaną zewnętrznie;

f) umieszczoną w nakrętce wkładką z tworzywa plastycznego, które wciska się w gwint śruby;

g) nadcięciem i odkształceniem części nakrętki;

h) wkrętem dociskowym dokręcanym po dociągnięciu nakrętki;

i) drutem przewleczonym przez otwory w łbach śrub (sposób ten może być jednocześnie wykorzystany do plombowania urządzenia) 1 — przeciwnakrętka, 2 — nakrętka

(15)

Typowe przykłady konstrukcji połączeń gwintowych pokazano na rys. 3.53.

Połączenia zawierające gwinty wykonane bezpośrednio w łączonych elementach (rys. 3.53b,c,i) zajmują mniej miejsca i są bardziej estetyczne niż połączenia normalnymi łącznikami gwintowymi

(rys. 3.53a,d,j). Są jednak droższe, ponieważ wykonanie gwintów w elementach konstrukcyjnych jest trudniejsze niż w łącznikach wykonywanych seryjnie na specjalistycznych maszynach. Ponadto w przypadku uszkodzenia gwintu wykonanego w elemencie konstrukcyjnym naprawa jest droższa.

Rys. 3.53. Przykłady konstrukcji połączeń

gwintowych: a) zamocowanie pokrywy za pomocą śruby z nakrętką; b) jak a za pomocą śruby

wkręconej w materiał skrzynki; c) jak b za pomocą szpilki (dwustronnie gwintowanego sworznia) i nakrętki; d) połączenie za pomocą śruby szyn elektroenergetycznych, miedzianej z aluminiową (dla uniknięcia korozji elektrochemicznej w miejscu styczności zastosowano bimetaliczną, miedziano-aluminiową podkładkę); e) połączenie końcówki kablowej oczkowej z gwintowanym zaciskiem; j) połączenie za pomocą wkręta przewodu z końcówką (oczko nie powinno być podczas dokręcania rozginane momentem tarcia);

g) połączenie przewodów wielodrutowych za pomocą złączki płytkowej; h) ściągacz z nakrętką rzymską (z gwintem prawo i lewoskrętnym) do napinania linek;

i) zamocowanie płyty montażowej na słupku wkręconym w podstawę; j) jak i za pomocą szpilki dwustronnie gwintowanej i tulei dystansowej