Podstawy Konstrukcji Maszyn

Połączenia gwintowe

Wprowadzenie

Połączeniagwintowesą połączeniami kształtowymirozłącznymi najczęściej stosowanymi w budowiemaszyn.

Zasadniczymelementempołączenia gwintowegojestłącznik, składający się zazwyczaj ześruby z gwintemzewnętrznym i nakrętki z gwintem wewnętrznym.Skręcenie ze sobą obu gwintów łącznika tworzypołączenie gwintowe.

Wprowadzenie

Połączenia gwintowe dzielą się na pośredniei bezpośrednie. W połączeniach pośrednich częścimaszyn łączy się za pomocą łącznika (a); rolęnakrętki może również odgrywać gwintowanyotwórw jednej z łączonych części (b). W połączeniachbezpośrednich gwint jest wykonany na łączonychbezpośrednich gwint jest wykonany na łączonychczęściach(c).

Wprowadzenie

Połączenia gwintowe stanowią połączeniaspoczynkowe, wykorzystywane dołączenia części, doregulacji ich położenia itp. Gwinty są stosowanerównież w mechanizmachśrubowych, określanychtakże jakopołączeniagwintoweruchowe.także jakopołączeniagwintoweruchowe.

Mechanizmy śrubowe służą do zamiany ruchuobrotowegona postępowo-zwrotny, są stosowane docelów napędowych m.in. do przesuwu stołu lubsuportu w obrabiarkach, tworzą zespół roboczywpodnośnikachlub prasachśrubowychitd.

Budowa gwintu

Podstawowym pojęciem, związanym zpowstawaniemgwintu jest linia śrubowa. Jest tokrzywa przestrzenna, opisana na pobocznicywalcaprzez punkt poruszający się ruchem jednostajnymwzdłuż osi walca (osi linii śrubowej) - przy stałejwzdłuż osi walca (osi linii śrubowej) - przy stałejprędkości obrotowej walca.Powstawanie linii śrubowej można sobie łatwowyobrazić jako, nawijanie na walec linii prostej,stanowiącejprzeciwprostokątną trójkąta

Budowa gwintu

Rozróżnia się linię śrubową prawą i lewą. Linią śrubowąprawą jest linia, która oglądana wzdłuż osi linii śrubowejoddala się od obserwatora w wyniku obrotu zgodnego zobrotem wskazówek zegara, zaś linią śrubową lewą -linia oddalająca się w wyniku obrotu przeciwnego.Gwint powstaje przez wycięcie bruzd (rowków)o określonym kształciewzdłuż linii śrubowej. Powstałeo określonym kształciewzdłuż linii śrubowej. Powstałewystępy oraz bruzdy, obserwowane w płaszczyźnieprzechodzącej przez oś gwintu, tworzą zarys gwintu.Zarys gwintu tworzy więc linia konturowa przekrojuosiowego gwintu. W zależności od zarysu rozróżnia sięgwinty: trójkątne, trapezowe symetrycznei niesymetryczne, prostokątne i okrągłe.

Zarysy gwintu

Parametry gwintu

Rodzaje gwintów i ich zastosowanie

Do gwintów powszechnie stosowanych należą gwintytrójkątne: metryczne i rurowe walcowe oraz trapezowe:symetrycznei niesymetryczne. Ponadtogwinty dzielą sięsymetrycznei niesymetryczne. Ponadtogwinty dzielą sięna:

• zwykłe, drobne (drobnozwojne) i grube (grubozwojne);

• prawe i lewe;

• jednokrotne (pojedyncze) i wielokrotne (dwukrotne,trzykrotne itd.).

Rodzaje gwintów i ich zastosowanie

Gwinty zwykłewystępują najczęściej w elementachniezbyt dokładnych, produkowanychseryjnie lubmasowo. Gwinty drobnemają mniejszą podziałkę niżmasowo. Gwinty drobnemają mniejszą podziałkę niżgwinty zwykłe o tej samejśrednicy. Ze względu namniejszą głębokość gwintu są one stosowane w celuzwiększeniaśrednicy rdzeniaśruby; są nacinane natulejach, rurachitd. Charakteryzują się także wysokąsamohamownością (mały kąt γ), zabezpieczającpołączenie przedluzowaniem.

Sposoby oznaczania gwintów ogólnego przeznaczenia

Łączniki gwintowe

Do znormalizowanych łączników gwintowych należąśruby, wkręty i nakrętki.

Śruby są to łączniki z gwintemzewnętrznym, zakończonełbem o różnych kształtach - najczęściej sześciokątnym lubkwadratowym. Śruby dokręca się kluczami.

Wkręty mają nacięty na łbie rowek i są dokręcanewkrętakiem. Łączniki te mogą mieć gwint nacięty na całejdługości trzpienia lub tylko na jego części.

Rodzaje nakr ętek

a) sześciokątna, b) koronowa,c) kwadratowa,

d) okrągła rowkowa,e) okrągła otworowa,

f) skrzydełkowa, g) radełkowana

Klucze

Do dokręcania śrub i nakrętek stosowane są kluczeuniwersalne nastawne (tzw. klucze francuskie, szwedzkieitp.) oraz klucze o stałych wymiarach, dostosowane dookreślonej, wielkości i kształtu łba śruby. Wśród nichwystępują m.in. klucze płaskie, oczkowe, do nakrętekokrągłych rowkowych, klucze czołowe i inne.

Dla zwiększenia wydajności montażu stosuje się m.in.klucze zapadkowe lub klucze i wkrętaki z napędemelektrycznym. Dla uzyskania określonej, regulowanej siłyzacisku w połączeniu stosuje się klucze dynamometryczne.

Klucze

a) klucz płaski, b) klucz oczkowy, c) klucz pazurkowy,d) klucz nasadowy

Podkładki

Ważne uzupełnienie łączników gwintowych stanowiąpodkładki. Podkładki okrągłe (a) stosuje się m.in. przy łączeniuelementów z materiałów kruchych lub miękkich oraz wprzypadku, gdyśrednica otworu jest większa od średnicyśruby. Dla zabezpieczeniaśrub przed zginaniemstosuje sięzespół podkładek kulistych (b, c) lub podkładki klinowe (d).Podkładki sprężyste (e, f) zabezpieczają przed odkręcaniemsięśrub (nakrętek).

Przykłady poł ączeń gwintowych

Zabezpieczenie ł ączników przed odkr ęcaniem

W przypadkach, gdy połączenie gwintowe jest narażone naobciążenia zmienne, wstrząsy, drgania itd., może nastąpićsamoczynne luzowanie połączenia wskutek okresowego zaniku siłypoosiowej Q, a tymsamym sił tarcia między gwintem śruby inakrętki.W celu zabezpieczenia połączenia gwintowego przedsamoczynnymodkręcaniemsię nakrętek, stosujesię różne rodzajesamoczynnymodkręcaniemsię nakrętek, stosujesię różne rodzajezabezpieczeń. Używa się m.in. podkładek sprężystych, nakrętekkoronowych z zawleczką (element jednorazowego użycia),przeciwnakrętek (wywołujących wstępny zacisk na gwincie),podkładek odginanych, zagiętych na krawędzi przedmiotu inakrętki, podkładek ząbkowanych, sprężyn lub dodatkowychwkrętów.

Przykłady zabezpieczenia ł ączników przed odkr ęcaniem

Układ sił w poł ączeniu gwintowym

Obciążenie gwintu następuje przy końcu dokręcanianakrętek w połączeniach gwintowych spoczynkowychoraz przy wykonywaniu pracy na pewnej drodze, np.przy podnoszeniu lub przesuwaniu ciężaru wmechanizmachśrubowych.Ponieważ linia śrubowatworzy równię pochyłą o kąciePonieważ linia śrubowatworzy równię pochyłą o kąciepochyleniaγ (wznios gwintu), zatemobciążenie gwintumożna rozpatrywać jako siłę działającą na równipochyłej. Przyjmuje się więc, że całe obciążeniedziałające na gwint jest skupione w jednympunkcie jakosiła bierna Q i porusza się wzdłuż równi pochyłej podwpływem siły obwodowej F, działającej na płaszczyźnieprostopadłejdoosi śruby.

Układ sił w poł ączeniu gwintowym

Przy opuszczaniu ciężaru jest potrzebna mała siła F, zabezpieczającaprzed samoczynnymzsuwaniemsię ciężaru; przy γ≤ρ gwint będziesamohamowny.

N – siłą normalna, T – siła tarcia, R – reakcja wypadkowa,µ’ – pozorny współczynnik tarcia,ρ’ – pozorny kąt tarcia

)'('cos

''cos

' ργρα

µµµαµµ ±⋅===⋅=⋅=⋅= tgQFtgN

NNT

rr

Momenty tarcia w poł ączeniu gwintowym

W końcowej fazie dokręcania nakrętki (wpołączeniachspoczynkowych) i przypodnoszeniuciężaru (w połączeniach ruchowych) należyprzyłożyć do nakrętki (śruby) moment skręcającyprzyłożyć do nakrętki (śruby) moment skręcającyMs, który pokona moment tarcia MT1 napowierzchniachgwintu oraz moment tarcia MT2między nakrętką a przedmiotem lub międzyruchomym końcem śruby a nieruchomymprzedmiotem- zależnie odrodzajupracypołączeniai zastosowanychrozwiązań konstrukcyjnych.

Momenty tarcia w poł ączeniu gwintowym

Wyznaczanie momentów tarciaa) na gwincie, b) na powierzchni oporowej

Momenty tarcia w poł ączeniu gwintowym

µ – współczynnik tarcia na powierzchni oporowejrśr – średnipromień powierzchnistyku,rśr = (Dz+Dw)/4

MT2 = Q·µµµµ·rśr

rśr – średnipromień powierzchnistyku,rśr = (Dz+Dw)/4Dz – średnica zewnętrzna powierzchni oporowej

nakrętkiDw– średnica wewnętrzna powierzchni oporowejCałkowity moment skręcający, niezbędny do obracanianakrętki lub śruby, wynosi

Samohamowno ść gwintu

Połączenieśrubowe będzie samohamowne w przypadku, gdy dowolnieduża siła Q, obciążająca śrubę, nie spowoduje jej obrotu. Gwint jestsamohamowny wówczas, gdy

γ ≤ ρ’Zależność ta jest określana jako warunek samohamowności gwintu.Zależność ta jest określana jako warunek samohamowności gwintu.Gwinty samohamowne mają niską sprawność:

η ≤ 0,5 (50%). W gwintach samohamownych wznios gwintu wynosi 1,5-5°; stosuje sięje w połączeniach spoczynkowych oraz w mechanizmach, które musząbyć samohamowne (np. w podnośnikach śrubowych). Należy przy tymzwrócić uwagę, że w przypadku występowania drgań, uderzeń itp. każdygwint jest niesamohamowny.

Wytrzymało ść gwintu

Naciski na powierzchniach roboczych gwintuśrubyi nakrętki są rozłożone nierównomiernie. Powodemtego sąodkształcenia sprężyste gwintu (a) oraz różna sztywnośćśruby i nakrętki (b, c), wskutek czego największe naciskiwystępują nawystępują napierwszymroboczymzwoju.

Wytrzymało ść śrub

Obliczanie wytrzymałości śrub polega nawyznaczeniu średnicy rdzenia śruby z warunkówwytrzymałościowych i następnie dobraniuwytrzymałościowych i następnie dobraniuodpowiednichwymiarów gwintu o średnicy rdzeniawiększej odwynikającej z obliczeń. Zarównometodaobliczeń, jak i wybór gwintu zależą od sposobuobciążenia oraz od warunków pracy połączeniaśrubowego.

Wytrzymało ść śrub - poł ączenia obci ążone sił ą poprzeczn ą ze śrubami ciasno pasowanymi

Są to połączenia pracujące podobnie jak złącza nitowe,w których zamiast nitówzastosowanośruby ciasnoosadzone w otworach, uzyskując w ten sposóbpołączenia rozłączne. Śruby te oblicza się na ścinaniepołączenia rozłączne. Śruby te oblicza się na ścinanieoraz sprawdza na naciski powierzchniowe. Obliczonąśrednicę trzpienia przyjmuje się w płaszczyźniedziałającej siły (równą średnicy otworu), natomiastśrednica gwintuśruby może być równa lub mniejsza odwymiaru trzpienia.

Wytrzymało ść śrub - poł ączenia obci ążone sił ą poprzeczn ą ze śrubami lu źnymi

W tym przypadku śruby są narażone na zginanie,podobnie jaksworznie. Abynie dopuścić do zginaniaśrub, należy je mocno skręcić siłą osiową Q ,śrub, należy je mocno skręcić siłą osiową Qo,wywołując na powierzchniachstyku odpowiedninacisk. Pod działaniem siły F na powierzchniachstyku występuje siła tarcia T, przeciwdziałającaprzesunięciu części łączonych względem siebie izabezpieczającaśruby przedzginaniem.

Wytrzymało ść śrub - poł ączenia obci ążone sił ą poprzeczn ą ze śrubami lu źnymi

Wynika stąd warunekF ≤ k · i · T=k · i · Qo · µ

gdzie:k - współczynnik pewności, stanowiący dodatkowe

zabezpieczenie przed możliwością przesunięcia części; przyjmuje zabezpieczenie przed możliwością przesunięcia części; przyjmuje się k = 0,4-0,8;i - liczba powierzchni styku;µ - współczynnik tarcia; dla powierzchni o niewielkiej

chropowatości smarowanych - 0,06, nie smarowanych 0,1- 0,2; dla powierzchni piaskowanych - 0,5.Na podstawie powyższego wzoru wyznacza się siłę osiową Qo, działającąna jedną śrubę.