background image

 

POŁĄCZENIA ŚRUBOWE I GWINTOWE 
 
l. Podstawowe parametry oraz rodzaje gwintów. 
 

Połączeniem  śrubowym  nazywa  się  połączenie  wykonane  za  pośrednictwem 

elementów  łączących,  tj.  śrub  (połączenie  pośrednie).  Połączenie  bezpośrednie  otrzymuje 
się wkręcając element z gwintem zewnętrznym w element z gwintem wewnętrznym. 

Gwint  uzyskuje  się  przez  wykonanie  na  walcowej  lub  stożkowej  powierzchni 

elementu jednego lub kilku śrubowych rowków (bruzd), o określonym kształcie (przekroju i 
skoku). Linię śrubową walcową otrzymuje się przez nawijanie na walcu o średnicy D, równi 
pochyłej o podstawie πD i wysokości równej skokowi linii śrubowej P (rys. l). W zależności 
od kierunku nawinięcia rozróżnia się gwinty o prawym lub lewym skręcie. Kąt pochylenia 
linii śrubowej 

γ można określić ze wzoru: 

 

D

P

=

π

γ

 

 

 

Rys. l. Powstawanie linii śrubowej w wyniku nawinięcia równi pochyłej na walec 

 
W  zależności  o  tego,  czy  gwint  jest  wykonany  na  zewnętrznej  powierzchni,  czy  w 

otworze, rozróżnia się gwinty zewnętrzne i wewnętrzne. W zależności od zarysu rozróżnia 
się  gwinty:  trójkątne,  trapezowe,  symetryczne  i  niesymetryczne,  prostokątne  lub  kołowe 
(rys.2). 

Podziałką gwintu P

Z

 nazywa się odległość sąsiednich zarysów mierzoną wzdłuż osi 

gwintu. 

Skokiem  gwintu  (zarysu)  nazywa  się  przesunięcie  zarysu  zwoju  wzdłuż  osi  po 

pełnym  jego  obrocie.  Skok  może  być  równy  podziałce  (P  =  P

z

),  wtedy  gwint  jest 

jednokrotny, lub stanowi jego krotność (P == P

z

*h

z

), wtedy gwint jest wielokrotny. Jedną z 

głównych  charakterystycznych  cech  gwintów  jest  kąt  rozwarcia  zarysu  gwintu 

α.  Jeżeli 

dwusieczna  tego  kąta  tworzy  z  osią  gwintu  kąt  prosty,  gwint  jest  symetryczny,  w 
przeciwnym razie jest niesymetryczny. 

Rozróżnia się tzw. roboczy kąt zarysu 

α

r

. Dla gwintów symetrycznych 

α

r

 = 

α/2, dla 

niesymetrycznych, np. dla trapezowego niesymetrycznego 

α

r

 = 3°. 

Rozpatrując połączenia śrubowe ze współpracującą z nią nakrętką rozróżnia się następujące 
charakterystyczne wielkości: 
- średnicę nominalną śruby d, 

background image

 

- średnicę podziałową śruby d

p

- średnicę rdzenia śruby d

r

- średnicę nominalną nakrętki D, 
- średnicę otworu D

o

- średnicę podziałową nakrętki D

p

-  średnicę  roboczą  gwintu  d

g

  =  0,5(D

o

  +  d).  Należy 

zaznaczyć, że D

p

 = d

p

 

 

Wszystkie  gwinty  poza  prostokątnym  są  znormalizowane,  a  więc  znormalizowane  są  ich 

średnice nominalne d i podziałki; wszystkie inne wymiary gwintu są uzależnione od podziałki. 

 

 

 

Rys. 2.  Zarys gwintów: a) trójkątny, b) prostokątny, c) kołowy, d)trapezowy symetryczny,  

 
e) trapezowy niesymetryczny 

 

W  każdym  rodzaju  gwintów  rozróżnia  się  podstawowy  szereg  gwintów  normalnych 

zwykłych, w których średnica nominalna jest skojarzona z pewną podziałką. W przypadku gdy z 
daną  średnicą  jest  skojarzona  podziałką  umiej  sza  niż  w  gwincie  zwykłym,  powstaje  gwint 
drobnozwojny a w przypadku podziałki większej - grubozwojny. 

 

 

 

Rys. 3. Podstawowe wymiary śruby i nakrętki 
 
 
 

background image

 

4. Obliczania połączeń śrubowych. 

 

4.1. Wytrzymałość połączeń śrubowych. 
 
Rozróżnia się cztery przypadki obciążenia połączeń śrubowych: 
 
4.1.1. Śruba obciążona jest jedynie siłą osiową Q (np. hak wciągarki rys. 6) 
 

Rdzeń śruby oblicza się na rozciąganie 

 

r

r

k

A

F ≤

=

σ

 

2

4

1

r

d

A

= π

 

r

r

r

k

d

F

=

2

4

1 π

σ

 

Naprężenie dopuszczalne: 

Re

x

R

k

e

r

=

 

gdzie x

Re

 = 2 ÷ 2,3 dla obciążeń statycznych. Dla obciążeń zmiennych (w rozpatrywanym 

przypadku tętniących), naprężenie dopuszczalne: 
 

z

rj

rj

x

Z

k

=

 

 
gdzie: współczynnik bezpieczeństwa x

= 2,5 ÷ 4 

 

 
Rys. 6. Śruba obciążona siłą Q 

 

 

 

Rys. 7. Śruba podnośnikowa jako przykład śruby 
napędowe

 

4.1.2. Śruba bez naciągu wstępnego obciążona siłą osiową i momentem skręcającym M

s

 

(np. śruba podnośnika z rys. 7). W tym przypadku rdzeń śruby narażony jest na rozciąganie 
lub ściskanie oraz skręcanie. 
 
Naprężenie rozciągające: 

r

r

k

A

F

=

σ

  gdzie: 

2

4

1

r

d

A

= π

 

r

r

r

k

d

F

=

2

4

1 π

σ

 

 

background image

 

 
 
Naprężenie skręcające: 

0

W

M

s

=

τ

 

gdzie: 

(

)

'

2

1

ρ

γ +

=

tg

F

d

M

s

s

16

3

0

r

d

W

=

π

 

 

 

Naprężenie zastępcze: 

r

s

c

r

r

z

k

k

k





+

=

2

,

2

τ

σ

σ

 

gdzie: 
k

r,c

 – naprężenie dopuszczalne: na rozciąganie k

r

, lub na ściskanie k

c

Dla obciążeń statycznych można przyjąć k

r

/k

s

= 1,7 

Dla obciążeń tętniących k

rj

/k

s

=1,2 

Praktycznie σ

z

 = (1,25 ÷ 1,3) σ

wobec tego połączenie można obliczać tylko na rozrywanie 

przyjmując siłę rozciągającą Q

z

 = 1,3 F. Jeśli śruba w takim połączeniu jest ściskana to 

należy ją sprawdzić jeszcze na wyboczenie. 
4.2.3. Złącze z napięciem wstępnym – (lit. Podstawy Konstrukcji Maszyn PWN). 
 
4.1.3. Połączenie śrubowe obciążone siłą poprzeczną.  

Przypadek I 

Śruba ciasno pasowana pracująca na ścinanie rys.8. 

 

 

Rys. 8 Połączenie ciasno pasowane  

 
Naprężenie ścinające w śrubie można wyrazić w postaci zależności: 
 

t

k

A

F

=

τ

 

 
gdzie: A - pole powierzchni ścinanej - w przypadku jednej śruby: 
 

(

)

16

'

2

1

3

r

s

d

tg

F

d

+

=

π

ρ

γ

τ

background image

 

4

2

o

d

A

=

π

 a w przypadku n ilości śrub 

n

d

A

o

=

4

2

π

 

 
k

t

 -dopuszczalne naprężenie tnące, zależne od charakteru obciążenia. 

Stąd ostateczny wzór przyjmie postać: 

t

o

k

n

d

F

=

4

2

π

τ

 

Należy dodatkowo sprawdzić naciski między śrubą a złączonym elementem w otworze: 

dop

p

A

F

p

=

 

gdzie: A - pole powierzchni docisku - w przypadku jednej śruby: 

o

d

g

A

=

min

  a w przypadku n ilości śrub  

n

d

g

A

o

=

min

 

g

min

 -długość stykającego się ze śrubą elementy, obciążonego siłą F (rys. 9) 

d

o

 - średnica otworu albo pasowanej śruby, 

p

dop

 - dopuszczalny docisk powierzchniowy dla elementu o mniejszej wytrzymałości, 

można przyjąć p

dop

 = 2,2 k

t

 
Przypadek II 
 
śruba luźno osadzana w otworze pracująca na rozciąganie 
 

Przeniesienie  siły  poprzecznej  ma  zapewnić  tarcie  między  łączonymi  elementami 

wywołane przez śrubę dokręconą z naciskiem wstępnym (rys 9). 

 

 

Rys. 9. Połączenie śrubowe luźno pasowane 

 

background image

 

Obliczenie  śruby  polega  na  znalezieniu  koniecznego  naciągu  wstępnego  potrzebnego  do 
wywołania siły tarcia T, za pomocą której przenieść można siłę poprzeczną F. 

Siłę tarcia T wyznacza się z zależności: 

       

F

Q

T

=

µ

 

stąd:       

µ

F

Q

 

 

 

 zwykle przyjmuje się T = (1,2 

÷ 1,4)F 

µ

F

Q

)

4

,

1

2

,

1

(

÷

=

 

Śrubę oblicza się z warunku na rozciąganie: 

r

r

k

A

Q ≤

=

σ

  gdzie:   

4

2

r

d

A

=

π

 

w przypadku n ilości śrub: 

n

d

A

r

=

4

2

π

 

jeżeli dodatkowo elementy łączone śrubą (śrubami) stykają się na m powierzchniach to 
ostateczny wzór przyjmie postać: 

r

r

r

r

k

n

d

Q

k

A

Q

=

4

2

π

σ

 

4.2 Wyznaczenie momentu potrzebnego do dokręcenia połączenia śrubowego. 
 
Przy  dokręcaniu  połączenia  śrubowego  musi  być  pokonany  moment  tarcia  M

s

  występujący 

między  nakrętką  i  śrubą  oraz  moment  tarcia  M

t

  powstający  między  nakrętką  lub  łbem  śruby  i 

powierzchnią oporową. 
 
Moment tarcia na gwincie: 

(

)

'

2

1

ρ

γ +

=

tg

F

d

M

s

s

 

gdzie: 
d

s

 – średnia średnica gwintu, 

F – siła rozciągająca lub ściskająca śrubę, 
γ – kąt wzniosu linii śrubowej: 

s

d

h

tg

=

π

γ

  

h – skok gwintu, 
ρ – pozorny współczynnik tarcia: 

background image

 

r

tg

α

µ

ρ

cos

'

'

=

 

α

r

 – roboczy kąt gwintu (rys. 4): 

2

α

α =

r

  

   

 

Rys. 4. Rozkład sił na gwincie 

Rys. 5. Średnica pola styku Ds. na powierzchni 
oporowej a) nakrętki N, b) czopa śruby S 

Moment tarcia na powierzchni oporowej (rys. 5) 

2

s

t

D

F

M

µ

=

 

gdzie: 
µ – współczynnik tarcia na powierzchni oporowej, 
D

s

  –  średnia  średnica  pierścieniowego  pola  styku  nakrętki  lub  śruby  z  powierzchnią 

oporową, przy czym: 

(

)

w

z

s

d

d

D

+

=

2

1

 

Całkowity moment napinający przy dokręcaniu połączenia śrubowego 
 

(

)

µ

ρ

γ

+

+

=

+

=

F

D

tg

F

d

M

M

M

s

s

t

s

c

2

1

'

2

1

 

 

Moment ten pokonywany jest siłą P

r

 na ramieniu l: 

l

P

M

r

c

=