Utahovací momenty pro kovové šrouby, vruty a matice
Při montáži různých konstrukcí pomocí závitových spojů je nutné dodržet správný utahovací moment metrických šroubů. To je důležitý požadavek, protože v případě nedostatečné síly v důsledku vibrací se spojení přeruší a provoz zařízení se stane nebezpečným. Spojení se šroubem a maticí je často vystaveno vysokému zatížení, což vyžaduje splnění požadavků. Pro kontrolu utahovacího momentu se používá speciální momentový klíč, což je zařízení se stupnicí a ukazatelem. Nadměrná síla může vést k deformaci spojovacích součástí, natažení šroubu a uvolnění upevňovacích prvků.
Hlavními kritérii
Abyste udrželi utahovací moment šroubových spojů, musíte znát jejich hlavní indikátory. Hlavním parametrem, který přímo ovlivňuje spolehlivost konstrukce, je třída pevnosti. Je zde 11 tříd od 3.6 do 12.9. Čím vyšší je, tím větší zatížení může spojovací prvek vydržet. Mezi kritéria ovlivňující sílu spojení patří:
- pevnost jednotlivých součástí – šroub, matice;
- průměr spojovacího prvku;
- jakost oceli;
- stoupání závitu.
Třída pevnosti
Utahovací moment šroubů a matic se vypočítá na základě třídy pevnosti závitových součástí. Tato hodnota ukazuje, jak velké zatížení může výrobek odolat během tahové zkoušky. Například šroub třídy 3.6 odolá maximálnímu zatížení v tahu 300-330 MPa pro výrobek vyrobený z ocelí St3kp nebo St5sp. Tato hodnota odpovídá 3,4 tuny Zdá se to být působivá hodnota, ale jako součást konstrukce je prvek vystaven ještě většímu zatížení v závislosti na jeho umístění.
Třída pevnosti šroubů a dalšího kování je uvedena na samotném produktu. Na šroubech je na hlavách umístěna značka, jak je pravidlem u šroubů standardních velikostí od M4-M6, protože je problematické dělat takové značky na menších. Podle toho na metrických šroubech najdete označení tříd pevnosti od 4.6 do 10.9. Používá se také kódové označení ve formě paprsků vycházejících ze středu nebo tyčinek a nul. Například vrtule bez nosníků odpovídá třídě nula, méně než 3.6. Svorník s 5 nosníky má pevnostní třídu 7, což odpovídá 8.8-9.8.
Průměr spojovacího prvku
Šrouby M3 a M6 ze stejného materiálu se výrazně liší maximálním zatížením. Například šrouby z nerezové oceli A2-50 ve velikosti M4 vydrží až 1,9 kN a M6 – 4.4 kN. Třídy pevnosti jsou podobné, takže utahovací momenty se budou lišit. U šroubů M5 s pevnostní třídou 10.9 budete muset vytvořit zatížení až 14.7 Nm a šrouby M14 se utahují momentem až 195 Nm. Abychom přesně znali indikátory utažení určitých šroubů, matic a šroubů, je nutné k této problematice přistupovat komplexně.
Volba způsobu upevnění závisí na zatížení, kterému bude spoj dílů vystaven. V závislosti na situaci můžete použít méně šroubů, ale s větším průměrem, nebo více šroubů s menším, čímž se zatížení rozloží na celou uzavřenou plochu dílů. Pokud je například celkové zatížení spoje 10 tun, pak budete muset použít alespoň 3 šrouby M10 s třídou pevnosti alespoň 8.8 nebo 4 šrouby M8, jejichž třída pevnosti je 2,9.
ocel
Při utahování závitových spojů působí napětí na šroubované součásti. Bude se lišit pro každý typ slitiny, protože kov se liší hustotou, viskozitou a tvrdostí. Maximální zatížení pro šroub M10 vyrobený z různých materiálů:
- St3kp, St3sp nebo St5sp – 300-330 MPa;
- St10 a St10kp – 400-420 MPa;
- St35 – 500 MPa;
- St45 – 600 MPa.
Je důležité vědět, že šrouby vyrobené z oceli St35 nebo St10 mohou být navrženy pro různé meze pevnosti. To je způsobeno třídou pevnosti, která se vytváří díky dodatečnému tepelnému zpracování. Například výrobek s pevnostní třídou 6.6 vyrobený z St35 snese až 600 MPa a s pevnostní třídou 8.8 již 800 MPa.
Stoupání závitu
Dalším parametrem, který je třeba vzít v úvahu při výpočtu utahovacího momentu šroubových spojů, je stoupání závitu. Podle tohoto ukazatele existují 2 hlavní typy nití – velké a malé. Spojovací prvky s jemnými roztečemi jsou označeny doplňkovými čísly označujícími tuto rozteč. Například M10x1,25 nebo M14x1,5. Uvažujme utahovací momenty pro šrouby s hrubým a jemným závitem ve velikosti M10 a pevnostní třídě 8.8:
- nepovlakovaný šroub s koeficientem tření 0,14 s velkým závitem – 51 Nm;
- tento šroub s jemným stoupáním je 52 Nm;
- šroub se zinkováním a třením 0,125, hrubé stoupání – 48 Nm;
- stejný šroub s jemným stoupáním – 49 Nm.
Jak vidíte, rozdíl mezi slitinami ve stejné standardní velikosti se v závislosti na stoupání závitu liší pouze o 1 jednotku.
Známky správného utažení
Správně utažený šroub se mírně natáhne a zůstane pod stálým napětím. Menší deformace nepřesahuje normalizované hodnoty, přičemž je zachována pevnost spojovacího prvku. Vzniklé napětí je kompenzováno lineární roztažností kovu při změně okolní teploty. Správně utažený šroub má předpětí. Totéž nelze říci o přílišném utažení, které způsobí, že se šroub příliš protáhne, což způsobí uvolnění spoje. Předpětí ale vzniká také třením dílů o sebe při utahování. Pokud je spoj proveden bez mazání, pak 50 % ztrát vzniká na povrchu matice, 40 % na závitech a 10 % ve formě předpětí. Přidání maziva snižuje tření, takže veškerý utahovací moment směřuje k zajištění závitového spoje.