Śruby i gwintowanie

Zobacz galerię (7)

Połączenia gwintowe są w szerokim zakresie stosowane w konstrukcjach maszyn rolniczych. Wynika to głównie z istotnych ich zalet, takich jak: prosty sposób wykonania, łatwość regulacji siły zacisku, niezawodność, możliwość łatwego demontowania bez konieczności wymiany elementów składowych. Zapewniają również trwałe i jednoznaczne ustalenie połączonych elementów, trwałą szczelność i możliwość regulacji wzajemnego położenia części.

Najprostsze pod względem wykonania połączenie śrubowe uzyskuje się za pomocą śrub zwykłych zaopatrzonych w nakrętki. Śruby zakłada się w niegwintowane otwory z luzem. Jeżeli w połączeniu nie ma miejsca na łeb śruby, wówczas stosuje się śruby dwustronne. Jeden z końców tej śruby jest wkręcony, niekiedy na stałe, w gwintowane gniazdo jednego z przyłączy.

Śruby od a do z

Wspomniane typy śrub różnią się między sobą kształtami głów, końców, długością gwintów itp. Większość z nich jest znormalizowana, przy czym normy opisują przede wszystkim: rodzaj śrub, (śruby zamkowe, maszynowe); postać śrub, (śruby z łbem stożkowym); typ śruby, opisujący długości gwintu, (na całej długości trzpienia lub tylko na jego części); odmianę śrub, zależną od kształtu wyjścia gwintu i zakończenia śrub; gatunek śrub, zależny od materiału zużytego na śruby, (np.: śruby stalowe); wykonanie śrub, zależne od sposobu produkcji śrub oraz związana z tym jakość części niegwintowanej i klasą dokładności.

Gwinty śrub są również znormalizowane. Normy określają kształt zarysu gwintu oraz jego wymiary. Najpopularniejsze są gwinty metryczne, calowe oraz trapezowe.

Gwinty metryczne mają zarys trójkątny o kącie 60^o, natomiast calowe są gwintami trójkątnymi o kącie 55^o. Gwinty trapezowe mogą być symetryczne o kącie zarysu 30^o, oraz niesymetryczne o kątach 3^o i 30^o. Charakteryzując śrubę o gwincie na przykład metrycznym trzeba podać średnicę wewnętrzną i zewnętrzną śruby oraz tzw. średnice podziałową.

Śruby mają powierzchnię oporową płaską lub stożkową. Stożkowa działa korzystnie na osiowanie śruby i zwiększa nacisk na powierzchnię oporową przyłączą. Jeżeli jest wymagane duże napięcie wstępne, wówczas należy dobierać śruby i wkręty z łbami, które umożliwiają łatwe ich dociąganie podczas montażu. Końcówki śrub mogą być również płaskie, kuliste i stożkowe. Te ostatnie kształty końców zabezpieczają gwint przed ich zniszczeniem. Końce śrub z czopami są przeważnie stosowane w połączeniach do ustalania lub też w celu ochrony gwintu przed uszkodzeniem w czasie wybijania śruby z otworu.

Do śrub zwykłych i dwustronnych stosuje się nakrętki, o podstawowych kształtach, tj.: sześciokątnym, kwadratowym i okrągłym. Dalsze różnice konstrukcyjne nakrętek mogą wynikać ze sposobu ich zabezpieczenia przed samoczynnym odkręcaniem się lub dodatkowej funkcji, jaką ma ona spełnić w zespole, np.: nakrętka kapturowa oprócz łączenia powinna uszczelniać.

W połączeniach śrubowych stosowane są często podkładki. Służą one głównie do zabezpieczenia powierzchni elementów łączonych przed zgniataniem i ścieraniem przez nakrętkę lub łeb śruby albo też do zabezpieczania nakrętki przed odkręcaniem się.

Oprócz śrub znormalizowanych w budowie maszyn często spotyka się śruby specjalne, różniące się zarówno kształtem, wymiarami, jak i materiałem, np.: śruby korbowodów silników, sprzęgieł tarczowych, fundamentowe i inne. Śruby te dostosowane są do wymagań konstrukcyjnych danego połączenia w zespole.

O wytrzymałości złącza śrubowego w głównej mierze decyduje wytrzymałość rdzenia śruby w stosunku, do którego wytrzymałość wszystkich innych elementów, jak łeb śruby, szyjka, (tj. niegwintowana część śruby), gwint śruby i nakrętki itd. jest nieco większa. Materiał śruby musi odznaczać się dostateczną wytrzymałością, dużą plastycznością i dobrą obrabialnością.

Na śruby lżej obciążone stosuje się stale miękkie St3 lub St4. Na śruby bardziej odpowiedzialne stosuje się stale automatowe lub stale średniowęglowe normalnej lub wyższej jakości. Na śruby bardzo odpowiedzialne, mocno obciążone lub pracujące przy obciążeniach dynamicznych stosuje się konstrukcyjne stale stopowe chromowe lub chromowo-niklowe. Na śruby często odkręcane, od których wymagana jest duża odporność na ścieranie, stosuje się stale cjanowane. Na śruby pracujące w środowisku korodującym stosuje się stale azotowane lub nierdzewne. W celu ochrony śrub przed korozją pokrywa się je również powłokami ochronnymi, najczęściej cynkiem, kadmem czy rzadziej chromem i niklem. Należy jednak pamiętać o podstawowej zasadzie. Jeżeli dobieramy śrubę ocynkowaną to taka sama powinna być nakrętka i podkładka. Gdyż w przeciwnym razie wytwarza się ogniwo i mamy do czynienia z ogniwem elektrochemiczną, i intensywną korozją.

Śruby o średnicy gwintu powyżej 5 mm muszą być oznaczane symbolem klasy wytrzymałości mechanicznej. Symbol ten w postaci liczb wybity jest na łbie śruby. W symbolu tym pierwsza liczba wyraża wytrzymałość rdzenia śruby na rozciąganie, a druga natomiast granicę plastyczności będącą procentową wartością wytrzymałości na rozciąganie.

Przykładowo oznaczenie bardzo często spotykane 5.6 wyraża, wytrzymałość na rozciąganie rdzenia tej śruby wynoszącą 500 N/mm², a granica plastyczności stanowi 60% z wytrzymałości na rozciąganie, czyli 300 N/mm².

Gwintowanie ręczne

Do nacinania gwintów w otworach najczęściej używa się gwintowników. Są to narzędzia wieloostrzowe w postaci śrub, w których ostrza powstały w wyniku wyfrezowania wzdłużnych rowków wiórowych. Ze względu na metodę pracy wyróżnia się gwintowniki ręczne i maszynowe. Przy pracy ręcznej, ze względu na opory skrawania, nacinanie gwintu przeprowadzane jest dwoma lub trzema gwintownikami, stanowiącymi komplet.

Na przykład komplet składający się z trzech gwintowników, używanych kolejno, oznaczony jest następująco. Pierwszy z nich, tzw. gwintownik wstępny, nacina jedynie zarys gwintu, oznaczony jest na części chwytowej jedną linią. Drugim stosowanym gwintownikiem z kompletu jest tzw. zdzierak oznaczony dwiema liniami. Nacina on zasadniczą część gwintu. Trzeci gwintownik oznaczony trzema kreskami to "wykańczak", który docina pełen zarys gwintu. Na części chwytowej naniesiony jest również oznaczenie literowo-liczbowe wyrażające wymiar gwintownika. Pod tym oznaczeniem kryje się średnica wewnętrzna gwintu i jego skok.

Gdy w komplecie mamy dwa gwintowniki, to wówczas zdzierak nie jest oznaczony, natomiast "wykańczak" jedną kreską na części chwytowej.

Ostrza części skrawające mogą być nacięte na powierzchni walcowej lub stożkowej, równolegle bądź spiralnie oraz dla ułatwienia wprowadzenia gwintownika do otworu, są ścięte pod pewnym kątem. Powoduje to ponadto rozłożenie pracy skrawania na kolejne ostrza tej części.

Część prowadząca gwintowników wstępnych i zdzieraków ma niepełny zarys gwintu. Gwintowniki wykańczające mają ostrza o pełnym zarysie, dzięki czemu następuje wykończenie powierzchni obrabianej. W celu zmniejszenia tarcia ostrzy części prowadzącej o powierzchnię nacinanego gwintu w otworze posiada ona niewielką zbieżność w kierunku uchwytu narzędzia.

Do nacinania gwintów zewnętrznych (np.: na pręcie, sworzniu), w celu wykonania śruby, wykorzystuje się narzynki. Stosowane się dwa rodzaje narzynek, tj. niedzielone i dzielone. Narzynki dzielone są rzadziej stosowane, składają się one z dwóch lub czterech elementów, w zależności od wielkości. Łatwiej się nimi gwintuje, lecz dają gwint o mniejszej dokładności i większej chropowatości. Narzynki niedzielone są często przecięte z wkręconą śrubą regulacyjną. Przy pierwszym przejściu narzynki należy ją wkręcić do samego końca, co spowoduje niewielkie zwiększenie średnicy. Przy drugim przejściu narzynki, gdy chcemy dociąć pełen zarys gwintu, śrubę tę należy wykręcić.

Narzynki oznaczone są również w podobny sposób jak gwintowniki. Symbol, który umieszczony jest na podstawie narzynki przedstawia średnicę gwintu nacinanego na śrubie oraz jego skok.

Gwintowanie otworów

Przed gwintowaniem otworu dobrze jest sprawdzić skok śruby, która ma być w niego wkręcona. Przeprowadza się to przy pomocy grzebienia do gwintów. Najpopularniejsze są oczywiście śruby o tzw. skoku normalnym. Punktakiem zaznaczamy miejsce, w którym zamierzamy wykonać otwór do nagwintowania. Średnica wiertła jest określana przez średnicę gwintownika oraz średnicę wymaganego gwintu, które zawarte są w tabeli:

Rozpoczynamy gwintowanie otworu gwintownikiem wstępnym. Mocujemy go w czworokątnym uchwycie, kręcąc pokrętłem w lewo. Gwintownik w otworze należy ustawić idealnie pionowo, sprawdzając kątownikiem. Powoli kręcimy gwintownikiem w prawo, aż do pojawienia się większego oporu. Przerywamy gwintowanie i ponownie przykładamy kątownik, kontrolując czy gwintownik jest ustawiony idealnie pionowo. Gwintując dalej po dwóch obrotach w prawo należy obrócić gwintownik o pół obrotu w lewo. Pozwoli to na złamanie i osypanie się wióra. W celu zmniejszenia oporów gwintowania smarujemy olejem maszynowym.

W następnym etapie wkręcamy zdzierak by pogłębić nacinany gwint. Proces gwintowania kończymy za pomocą "wykańczaka", który nadaje gwintowi ostateczny kształt.

Gwintowanie prętów

Przed rozpoczęciem gwintowania należy suwmiarką sprawdzić średnicę pręta. Dobieramy narzynkę o odpowiedniej średnicy. Wkręcamy głęboko śrubę regulacyjną narzynki i umieszczamy ją obudowie uchwytu. Zewnętrzne wyżłobienie narzynki musi znaleźć się naprzeciwko otworu śruby mocującej. Zaciskamy narzynkę w obudowie, wkręcając śrubę mocującą do oporu. Mocujemy pionowo pręt w imadle. Ustawiamy narzynkę prostopadle do pręta, kontrolując kątownikiem. Wykonujemy narzynką dwa obroty w prawo, smarując pręt olejem maszynowym. Następnie cofamy narzynkę o jeden obrót w lewo, później znów dwa w prawo, jeden w lewo, itd., aż do uzyskania żądanej długości gwintu.