Skrekon.09.doc

(1543 KB) Pobierz

122

19.2. Połączenia gwintowe

Połączenia gwintowe są połączeniami kształtowymi. Podstawowymi częściami złącza gwintowego są śruba i nakrętka. Przenoszą one obciążenia dzięki odpowiedniemu ukształtowaniu zazębiających się powierzchni śruby i nakrętki. Współpraca nakrętki i śruby odbywa się na powierzchniach gwintowych o tych samych zarysach i wymiarach, co umożliwia łatwe łączenie i rozłączanie połączenia.

19.2.1. Rodzaje gwintów

Poniżej przedstawiono podstawowe pojęcia i określenia występujące w połączeniach gwintowych.

Linia śrubowa jest to linia będąca torem punktu należącego do elementu, który porusza się ruchem śrubowym. Linia śrubowa może być linią śrubową walcową lub stożkową.

Linia śrubowa walcowa jest to tor punktu M wykonującego ruch obrotowy w płaszczyźnie p, przesuwającej się w kierunku prostopadłym do tej płaszczyzny (rys.19.18). Odległość h o jaką przesunie się płaszczyzna p po wykonaniu jednego pełnego obrotu punktu M względem środka O, jest skokiem linii śrubowej h.

Rys.19.18. Linia śrubowa walcowa

Przesuwając wzdłuż linii śrubowej stosowny kształt tworzącej zarys (profil) gwintu otrzymać można gwinty: trójkątne metryczne oznaczane symbolem M (rys.19.19a), trapezowe symetryczne i niesymetryczne o symbolach odpowiednio Tr i S (rys.19.19,c), prostokątne (rys.19.19d) i okrągłe o symbolu Rd (rys.19.19e).

Niezależnie od pojęcia skoku gwintu h określa się podziałkę gwintu h jako odległość sąsiednich zwojów, mierzoną wzdłuż osi gwintu. Dlatego też gwint może być jednokrotny (jednozwojny) i wtedy h = h, lub wielokrotny o liczbie zwojów z i dla takiego przypadku h = hz.

Skręt gwintu może być prawy, gdy obracana w kierunku ruchu wskazówek zegara śruba oddala się od obserwatora lub lewy.

Zarysy gwintów i ich wymiary są znormalizowane w skali światowej. Wszystkie wymiary zarysów gwintów normalnych są określone w zależności od ich podziałki h i ujęte w znormalizowany szereg wymiarowy.

Rys.19.19. Rodzaje gwintów: a) trójkątny metryczny, b) trapezowy symetryczny,
c) trapezowy niesymetryczny, d) prostokątny, e) okrągły

Znormalizowane są również średnice nominalne gwintów d. W każdym rodzaju gwintów charakterystyczny jest podstawowy szereg normalnych gwintów zwykłych z systematycznie powiązanymi wartościami skoków h i średnic nominalnych d. Gwinty o skoku mniejszym od skoku gwintu zwykłego o tej samej średnicy są gwintami drobnozwojnymi, a o skoku większym - gwintami grubozwojnymi.

Najszerzej stosowane są gwinty trójkątne, których typowym reprezentantem jest gwint metryczny ISO określony normą PN-60/M-02013 i przedstawiony na rys.19.20.

Rys.19.20. Zarys i wymiary gwintu metrycznego

Oznaczenia gwintu metrycznego z rys.19.20 są następujące (oznaczenia w nawiasach wg ISO):

a = 60o - kąt rozwarcia gwintu, a = 0,05h - luz promieniowy,

d - średnica nominalna gwintu (średnica zewnętrzna śruby),

- średnica podziałowa, h (p) - skok gwintu,

- średnica rdzenia, - średnica otworu,

= 5/8t - wysokość nośna gwintu r = 0,1443h - promień zaokrąglenia,

t = 0,866h - wysokość gwintu, = 0,649h - wysokość głowy gwintu,

Gwinty metryczne oznaczane są literą M. Np. gwint metryczny o średnicy nominalnej d = 30 mm oznacza się M30, a drobnozwojny o d = 30 mm i skoku h = 1,5 mm jako M30x1,5. Tabelę gwintów metrycznych i trapezowych przedstawiono w załączniku [zał.tabl.3 i 4].

W grupie gwintów trójkątnych znajdują się także, stosowane w krajach anglosaskich, gwinty Whitwortha. Gwinty te zwane calowymi wychodzą obecnie z użycia na świecie. Średnica zewnętrzna podawana jest w calach, a skok gwintu w ilości zwojów przypadających na cal. Gwint ten różni się od metrycznego kątem rozwarcia gwintu a = 55o.

Gwint Whitwortha o średnicy nominalnej d = 1" = 25,4 mm oznacza się przez 1", a np. drobnozwojny o średnicy nominalnej d = 60mm i skoku h = 1/6" oznacza się przez W60x1/6".

W rurowych gwintach Whitwortha wymiar nominalny oznacza średnicę wewnętrzną a nie zewnętrzną rury na której nacięto gwint i dlatego w przypadku np. gwintu rurowego 1", oznaczonego R1", średnica wewnętrzna Dw = 25,4 mm a zewnętrzna Dz = 33,25 mm.

Znormalizowane zarysy gwintów normalnych i sposoby ich wymiarowania przedstawiono w załączniku [zał.tabl.3 i 4].

19.2.2. Zastosowanie gwintów

Obok najczęściej używanych w budowie maszyn zarysów gwintów walcowych istnieje cały szereg znormalizowanych zarysów gwintów używanych do specjalnych celów jak: E - Edisona, P - do rur pancernych, RW - rowerowy, G - do zaworów dętek, St.R - stożkowy metryczny i inne.

Główną cechą charakterystyczną gwintu jest kąt rozwarcia a promień zaokrąglenia dna wrębu zarysu r. Dla gwintów metrycznych a = 60o, calowych Whitwortha a = 55o, okrągłych a = 30o, trapezowych a =30o i dla wychodzących z użycia z uwagi na trudności wykonawcze gwintów prostokątnych (płaskich) a = 0o.

W połączeniach śrubowych spoczynkowych stosowane są gwinty metryczne zwykłe i drobnozwojne.

Gwinty drobnozwojne stosowane są tam, gdzie zależy nam na małej głębokości gwintu (np. cienka ścianka rury) lub dokładnej regulacji położenia części łączonych. Wadą ich jest mała trwałość na zużycie.

Gwinty normalne są bardziej odporne na zużycie, zwłaszcza gwinty trapezowe symetryczne i niesymetryczne. Ze względu na swój kształt, mogą pracować poprawnie pomimo dość dużego zużycia. Stąd też są powszechnie stosowane w połączeniach ruchowych.

Gwinty wielokrotne (wielozwojne) używane są w połączeniach ruchowych, wymagających dużej sprawności gwintu, jak np. w prasach śrubowych.

Gwinty okrągłe stosowane są w łącznikach śrubowych narażonych na obciążenia udarowe i łącznikach o gwincie wytłaczanym (złącza wagonowe, armatura pożarnicza, żarówki).

Gwinty stożkowe (trójkątne, nacięte na lekko stożkowej powierzchni) stosuje się w połączeniach rurociągów i tam gdzie konieczna jest duża szczelność złącza oraz skrócenie czasu montażu (wiertnictwo).

19.2.3. Siły w złączu gwintowym

Sprowadzając śrubę i nakrętkę o gwincie płaskim do schematu przedstawionego na rys.19.21, można rozważyć ruch nakrętki obciążonej siłą P pod działaniem siły obwodowej H (prostopadłej do osi śruby), którą trzeba przyłożyć do nakrętki (śruby) na średnicy podziałowej , jako ruch klocka (wycinka nakrętki) obciążonego siłą P, po równi pochyłej pod działaniem siły , przy jej dokręcaniu lub siły przy jej odkręcaniu.

Rys.19.21. Schemat śruby i nakrętki o gwincie płaskim. Rozkład sił:
a) przy napinaniu, b) przy luzowaniu złącza

Jeżeli kąt pochylenia równi jest równy średniemu kątowi pochylenia gwintu g to przy ruchu klocka po pochylni do góry (napinanie) reakcja R odchyli się od normalnej do powierzchni styku w kierunku ruchu o kąt tarcia r, a przy ruchu klocka w dół o kąt r w kierunku przeciwnym. Z warunku równowagi sił wynika, że siła obwodowa

(19.2.2)

Znak plus w równaniu występuje przy ruchu klocka do góry pochylni, tj. przy dokręcaniu nakrętki, a znak minus dla klocka poruszającego się do dołu, a więc przy luzowaniu nakrętki.

W gwincie trójkątnym ostrym o tarciu decyduje reakcja normalna do powierzchni styku zwojów gwintu (rys.19.22). Skutkiem pochylenia płaszczyzny gwintu względem osi śruby z gwintem innym niż prostokątny, na zwoje gwintu śruby i nakrętki oddziałuje siła normalna ~N/cosa/2, większa od siły N. Jeżeli współczynnik tarcia pomiędzy zwojami gwintu wynosi m, to siła tarcia

(19.2.3)

stąd (19.2.4)

gdzie: m' - nazywamy pozornym współczynnikiem tarcia a r' pozornym kątem tarcia.

Rys.19.22. Wyjaśnienie znaczenia Rys.19.23. Model pojedynczego

pozornego współczynnika tarcia m' złącza śrubowego z luźną nakrętką

Uwzględniając pozorny kąt tarcia r', wzór na siłę obwodową przyjmie postać

(19.2.5)

Dla wywarcia w śrubie siły rozrywającej P koniecznej do przeniesienia sił w złączu (rys.19.23), należy do nakrętki (lub łba śruby), przyłożyć za pośrednictwem klucza moment skręcający . Moment ten musi pokonać nie tylko moment tarcia na gwincie ale także moment tarcia czołowej powierzchni nakrętki (łba śruby) trącej po powierzchni łączonego elementu.