Ako fungujú skrutky

Skrutky sú základnými komponentmi modernej výroby, široko používané v komerčných a priemyselných výrobkoch od lietadiel až po záhradnícke náradie. Hoci sa ich funkcia môže zdať jednoduchá, skrutky majú relatívne zložité mechanické vlastnosti a konštrukčné prvky na dosiahnutie spoľahlivých spojení.

Praktický výkon skrutky závisí nielen od jej uloženia v montážnom otvore, ale aj od súboru špecifických špecifikácií. Typ skrutiek, fyzické rozmery, hustota závitu, trieda materiálu a požiadavky na utiahnutie sú všetko kritické faktory pre efektívnu montáž skrutiek. Rovnako zhodná kombinácia matíc a skrutiek má významný vplyv na montáž komponentov a celkový výkon produktu. Príliš dlhá skrutka môže spôsobiť mechanické rušenie, zatiaľ čo skrutka s nedostatočnou pevnosťou v ťahu môže viesť k poškodeniu zariadenia. Preto pochopenie toho, ako skrutky plnia svoju funkciu, môže znamenať rozdiel medzi úspešným a neúspešným projektom.

Skrutkové závity

Závity sú jednou z kľúčových vlastností skrutky. Fungujú na základnom princípe naklonenej roviny špirálovito ovinutej okolo drieku upevňovacieho prvku. Táto špirála premieňa rotačnú silu na axiálny lineárny pohyb. Otáčanie skrutky poháňa protiľahlú maticu, aby sa pohybovala pozdĺž naklonenej špirálovej plochy. Čím väčší je aplikovaný uťahovací moment, tým vyššia je axiálna sila, ktorá tlačí maticu dopredu, čím sa napína driek skrutky a vytvára sa zvieracia sila, ktorá stláča spojené komponenty. Nite s jemnejším stúpaním môžu zlepšiť kapacitu spoja. Prevysokopevnostné skrutky, valcovanie závitov vykonávané po tepelnom spracovaní ďalej zvyšuje pevnosť závitu a odolnosť proti únave.

Mechanické sily

Utiahnutím skrutky sa zapojí niekoľko typov mechanických síl, ktoré udržujú zmontovaný spoj bezpečný. Primárne sily vznikajúce počas inštalácie skrutiek sú opísané nižšie:

Upínacia sila:Tlaková sila vyvíjaná skrutkou na spoj, aby držala dva alebo viac komponentov tesne pri sebe.

Preload:Vyrába sa, keď závity zapadnú a driek skrutky sa počas uťahovania natiahne. Predpätie udržuje závit zopnutý a zaistený v polohe.

Šmyková sila:Priečna záťaž pôsobiaca kolmo na os skrutky. Šmyková sila môže existovať nezávisle alebo môže byť superponovaná s ťahovým zaťažením.

Ťahová sila:Zaťaženie aplikované pozdĺž pozdĺžnej osi skrutky pôsobiace skôr po jej dĺžke ako po jej priereze.

Upínacia sila drží komponenty pohromade a je určená spoločne predpätím a tuhosťou spojených častí. K oddeleniu spoja a poruche svorníka dochádza vtedy, keď vonkajšie ťahové zaťaženie úplne kompenzuje predpätie. Vo všeobecnosti platí, že vyššie predpätie prináša vyššiu upínaciu silu a spoľahlivejší skrutkový spoj. Za ideálnych montážnych podmienok by správne utiahnuté spoje mali minimalizovať priame šmykové zaťaženie. Podrobné výpočtové vzorce nájdete v profesionálnych referenciách na dizajn spojovacích prvkov.

Výroba pre mechanický výkon

Americká spoločnosť pre testovanie a materiály (ASTM) stanovuje množstvo noriem upravujúcich rozmery skrutiek, suroviny a procesy dodatočnej úpravy. Skrutky sú dostupné v rôznych nominálnych dĺžkach a konfiguráciách s viacerými hlavami vrátane šesťhranných, oválnych, plochých a nástrčných hlavíc. Celkový mechanický výkon skrutky možno vyhodnotiť jej predĺžením pri pretrhnutí, zatiaľ čo medza klzu definuje prah napätia, pri ktorom dochádza k plastickej deformácii. Pevnosť v ťahu je vždy vyššia ako medza klzu. V prevádzke musí prevádzkové zaťaženie skrutiek zostať pod medzou klzu. Skrutky s veľkou medzerou medzi pevnosťou v ťahu a medzou klzu sa považujú za tvárne; podliehajú značnému plastickému predĺženiu pred konečným zlomením.

K dispozícii je veľa druhov skrutiek, ako naprT-skrutky.Môžu byť vyrobené zo širokej škály materiálov, medzi ktorými je oceľ prevládajúcou voľbou pre väčšinu aplikácií s vysokou pevnosťou. Oceľové skrutky sú klasifikované podľa pevnosti v ťahu a medze klzu vyjadrenej v Newtonoch na štvorcový milimeter (N/mm²). Napríklad oceľová skrutka triedy 5.8 má nominálnu pevnosť v ťahu približne 500 N/mm² a nominálnu medzu klzu približne 400 N/mm². Ostatné bežné materiály skrutiek vrátane nehrdzavejúcej ocele odolnej voči korózii, legovanej ocele a kompozitných materiálov sa riadia rovnakým systémom triedenia.