W jaki sposób skok gwintu wpływa na siłę utrzymującą śrub z gniazdem sześciokątnym?

Skok gwintu to nie tylko liczba zwojów gwintu

Skok gwintu to odległość od jednego grzbietu do następnego. W przypadku śruby z gniazdem sześciokątnym ta wartość wpływa na wiele więcej niż tylko na szybkość, z jaką śruba wkręca się w materiał. Określa ona kontakt boczny zarysu gwintu, średnicę wewnętrzną oraz powierzchnię przekroju nośnego i sposób przenoszenia obciążenia na gwint matki. Dwie śruby o tej samej średnicy nominalnej mogą zachowywać się zupełnie inaczej jako elementy łączące. Śruba M12x1,75 o gwincie grubym i śruba M12x1,25 o gwincie cienkim pasują obie do otworu o średnicy 12 mm. Śruba o gwincie cienkim ma mniejszy kąt pochylenia linii gwintu, nieco większą średnicę wewnętrzną oraz inną krzywą wstępnego obciążenia. Siła przytrzymująca zależy przede wszystkim od siły docisku, a nie wyłącznie od liczby zwojów gwintu.

Wpływ skoku gwintu na wstępne obciążenie i powierzchnię przekroju nośnego

Wstępne obciążenie to naprężenie powstające w śrubie podczas przykładania momentu skręcającego. Zależność między momentem a siłą ściskającą wyraża wzór T = K × F × d, z którego wynika, że istotne są tarcie i średnica, ale skok gwintu wpływa na geometrię gwintu przenoszącego to naprężenie. Gwinty o małym skoku mają mniejszy kąt pochylenia linii śrubowej, przez co mniej momentu jest tracone na tarcie w gwincie, a więcej może zostać przekształcone w siłę ściskającą. Norma ISO 898-1 wykorzystuje pole powierzchni naprężeniowej do określenia właściwości mechanicznych, a to pole zależy od skoku gwintu. Gwint gruby M10×1,5 ma nominalne pole powierzchni naprężeniowej około 58 mm², podczas gdy gwint drobny M10×1,25 ma je bliższe 61 mm². Ten niewielki przyrost może wpłynąć na czas utrzymania połączenia w stanie ścisłym pod wpływem drgań.

Ta tabela ma charakter pomocniczy, nie stanowi rankingu. Śruba o małym skoku z niewłaściwym wstępnym dokręceniem może się rozluźnić. Śruba o dużym skoku przy odpowiednim momencie dokręcania, powierzchni podkładki i środku zabezpieczającym gwint może utrzymać połączenie bardzo dobrze.

Duży skok kontra mały skok w warunkach drgań

Drgania to sytuacja, w której skok często bywa niesłusznie winiony za problemy powstające w innym miejscu. Połączenie traci siłę docisku, gdy gwinty ślizgają się względem siebie, gdy powierzchnia oporowa ulega osiadaniu lub gdy śruba rozciąga się poza zakres sprężystości. Mały skok pomaga, ponieważ mniejszy kąt nachylenia linii śruby utrudnia jej samorzędne rozkręcanie. Badania według norm DIN 65151 oraz test Junkera często wykazują lepszą odporność na drgania przy zastosowaniu gwintów drobnych w połączeniu z wysokim wstępnym dokręceniem i kontrolowanym tarciem. Mały skok nie jest jednak „czarodziejskim” zabezpieczeniem. Jeśli gwint żeński jest uszkodzony lub klucz dynamometryczny jest niedokładny, śruba o małym skoku może się rozluźnić równie szybko. Duży skok umożliwia szybsze montaż, lepiej toleruje brud i drobne uszkodzenia oraz często lepiej sprawdza się w aluminium, tworzywach sztucznych lub żeliwie, gdzie głównym zagrożeniem jest wyrwanie gwintu.

Gdzie mały skok przynosi korzyści, a gdzie prowadzi do odwrotnego efektu

Mały skok gwintu jest dobrym wyborem w przypadku obciążeń dynamicznych, cienkościennych wałków oraz regulacji długości. Zapewnia większą liczbę zwojów na cal długości współpracy, lepsze samohamowanie oraz większy obszar naprężeń przy danej średnicy nominalnej. Pozwala również na dokładniejszą kontrolę wstępnego docisku. Jednak mały skok wymaga czystszych gwintów, lepszego współosiowania i większej staranności podczas montażu. Łatwiej dopuścić do błędowego nawinięcia gwintu, a zjawisko przyklejania się (galling) na stali nierdzewnej staje się istotniejszym problemem. Duży skok gwintu zwykle stanowi lepszy wybór domyślny przy szybkim montażu, w brudnych środowiskach oraz przy miększych materiałach podstawowych. Odpowiedź zależy od konkretnego połączenia, a nie od preferencji katalogowych. Połączenie gwintowe to system składający się ze śruby, nakrętki lub gwintu w otworze, podkładki, powłoki, smaru oraz toru przekazywania obciążenia.

Przypadek z zakresu produkcji, w którym decydujące znaczenie miały skok gwintu oraz wstępny docisk

W zakładzie produkującym polimery na wybrzeżu Zatoki Meksykańskiej podstawa silnika sita wibracyjnego utraciła śruby mocujące. Oryginalne śruby z gwintem metrycznym M12x1,75 z głowicą sześciokątną wpuszczaną były wymieniane co kilka tygodni. Kontrole nie wykazały uszkodzonych gwintów, lecz śruby utraciły nacisk wstępnym, a kilka z nich wykazywało zużycie bocznych powierzchni gwintu. Podstawa była wyposażona w zestaw miękkich podkładki, a wartość momentu dokręcania została skopiowana z innego połączenia. Zespół zastosował śruby o mniejszym skoku gwintu – M12x1,25 – dodał twardych podkładek, oczyścił gwintowane otwory oraz ustalił moment dokręcania na podstawie rzeczywistego docisku połączenia. Luźnienie się zatrzymało. Lekcja nie polegała na tym, że mniejszy skok gwintu zawsze zapewnia lepsze rozwiązanie. Rzeczywistą poprawką było kontrolowanie nacisku wstępnego i powierzchni łożyskującej. Zmiana skoku wspomogła połączenie w odporności na luzowanie, gdy reszta układu została już skorygowana.

Wybór zapasów i obróbka wspierające odpowiedni skok gwintu

Zróżnicowany program elementów złącznych powinien traktować skok gwintu jako cechę wydajnościową, a nie jako pozycję w ofercie. 1. Śledzić połączenia narażone na drgania. 2. Potwierdzić klasę gwintu w otworze i materiał. 3. Dobrać powłokę i smar do docelowego momentu dokręcania. 4. Posiadać zarówno śruby z łbem sześciokątnym z gwintem grubozwojnym, jak i drobnozwojnym dla kluczowych rozmiarów. 5. Weryfikować skok gwintu przychodzących elementów za pomocą wzorców, a nie gołym okiem. W przypadku produkcji niestandardowej lub partii mieszanych partner produkcyjny z możliwościami tłoczenia zimnego, frezowania CNC oraz toczenia gwintu może zapewnić stałość skoku i dokładności prowadzenia gwintu w całych partiach. Bafang Metal łączy w jednej lokalizacji procesy kucia, tłoczenia zimnego, frezowania CNC, tłoczenia blach oraz obróbki powierzchniowej, co ułatwia utrzymanie spójności geometrii gwintu, klasy materiału i powłoki dla niestandardowych elementów złącznych.