Rysowanie gwintowych elementów złącznych i połączeń gwintowych.

Gwintowe elementy złączne i połączenia gwintowe w rysunku technicznym przedstawia się w uproszczeniu. Zgodnie z PN-78/M-01130 stosuje się trzy stopnie uproszczenia. Pierwszy stosowany na rysunkach wykonawczych, drugi na rysunkach złożeniowych, trzeci (przedstawienie umowne) na rysunkach złożeniowych zawierających dużą liczbę części składowych i narysowanych w znacznym zmniejszeniu.

Przedstawienie uproszczenia polega na zastąpieniu najbardziej skomplikowanych i trudnych rysunkowo linii zarysu przedmiotu liniami łatwiejszymi do rysowania. Przedstawienie umowne polega na zastąpieniu rysunku całego przedmiotu ustalonym, umownym symbolem graficznym.

Rys. Śruba z łbem sześciokątnym:

1. wygląd rzeczywisty

2. pierwszy stopień uproszczenia

3. drugi stopień uproszczenia

4. trzeci stopień uproszczenia (przedstawienie umowne)

Uproszczony sposób rysowania gwintów dotyczy wszystkich rodzajów gwintów i polega na rysowaniu linią grubą powierzchni wierzchołków występów gwintów a linią cienką powierzchni den bruzd. Odległość linii cienkiej od linii grubej powinna być równa skokowi gwintu, lecz nie mniejsza niż 0,8 mm.

W rzucie na płaszczyznę prostopadłą do osi gwintu linię cienką rysuje się na długości 3/4 obwodu. Linia ta nie powinna zaczynać ani kończyć na osiach przedmiotu.

Zakończenie długości gwintu rysuje się liną grubą doprowadzoną do zewnętrznej średnicy gwintu.

Uproszczony sposób rysowania gwintu zewnętrznego zgodny z PN

1	gwint zewnętrzny walcowy w widoku
2	gwint stożkowy zewnętrzny w widoku
3	gwint zewnętrzny w półwidoku i półprzekroju wzdłużnym oraz w przekroju poprzecznym
4	przekrój cząstkowy gwintu zewnętrznego i jego półwidok
5	gwint zewnętrzy przerywany otworem

Uproszczony sposób rysowania gwintu wewnętrznego zgodny z PN

1	gwint wewnętrzny walcowy przelotowy
2	gwint stożkowy wewnętrzny
3	gwint wewnętrzny nieprzelotowy
4	gwint wewnętrzny w przekroju z przedstawieniem zarysu
5	gwint wewnętrzy przerywany otworem

Połączenie gwintowe otrzymuje się wkręcając element z gwintem zewnętrznym wykonanym na wałku (wkręt, śruba) z elementem z gwintem wewnętrznym wykonanym w otworze (nakrętka).

Połączenia gwintowe to połączenia rozłączne charakteryzujące się możliwością wielokrotnego rozłączania i ponownego łączenia bez szkody dla jakości połączenia.

Przy rysowaniu połączeń gwintowych za zasadę przyjmuje się przewagę gwintu zewnętrznego (śruby) nad gwintem wewnętrznym (nakrętki).

1	Sworzeń wkręcony w otwór gwintowany
2	Tuleja wkręcona w otwór gwintowany

RODZAJE GWINTÓW
Gwint uzyskuje się przez wykonanie na powierzchni walcowej (lub stożkowej) rowka (czasami wielu), o określonym kształcie zarysu, wzdłuż linii śrubowej. Linia śrubowa powstaje przez nawinięcie na walec o średnicy d, trójkąta prostokątnego o podstawie π*d, wysokości P i kącie γ. Powstawanie linii śrubowej
d - średnica walca, P - skok gwintu, γ- kąt pochylenia linii śrubowej Skokiem gwintu nazywamy odległość tworzącej walca między najbliższymi punktami linii śrubowej. Praktycznie, obrót nakrętki na śrubie o kąt 2π odpowiada przemieszczeniu liniowemu nakrętki o wartość odpowiadającą skokowi gwintu.
Parametry gwintów: d - średnica gwintu śruby D - średnica dna wrębów nakrętki d1 - średnica rdzenia śruby D1 - średnica otworu nakrętki d2 - średnica podziałowa śruby D2 - średnica podziałowa nakrętki (D2 =d2) P - podziałka (skok) gwintu Ph - podziałka (skok) gwintu w gwintach wielokrotnych (Ph=n*P, gdzie n - krotność gwintu) α - kąt zarysu γ- kąt pochylenia linii śrubowej na średnicy podziałowej
Podział gwintów: ze względu na kształt zarysu trójkątny
trapezowy symetryczny
trapezowy niesymetryczny
rurowy
okrągły
ze względu na rodzaj wymiaru zewnętrzny wewnętrzny
ze względu na kierunek obrotu prawy lewy
ze względu na jednostkę miary calowy metryczny
ze względu na stosunek podziałki do średnicy zwykły - o wartości skoku dla danej średnicy zgodnej z Polską Normą drobny - o wartości skoku dla danej średnicy mniejszej niż dla gwintu zwykłego gruby - o wartości skoku dla danej średnicy większej niż dla gwintu zwykłego Przykłady gwintów metrycznych zwykłych: M1 - d=1, P=0,25; M3 - d=3, P=0,5; M6 - d=6, P=1; M10 - d=10, P=1,5
Oznaczanie gwintów:
Nazwa gwintu	Oznaczenie	Przykład
Metryczny	Md	M12
Metryczny drobnozwojny	MdxP	M10x1
Trapezowy symetryczny	TrdxP	Tr48x3
Trapezowy niesymetryczny	SdxP	S48x8
Rurowy walcowy	Gd^1	G28"
Okrągły	Rdd	Rd40x1/6"
Calowy	d	1"
Uwaga: 1. W gwintach rurowych symbol d oznacza średnicę otworu rury (wyrażoną w calach), na której nacięto gwint zewnętrzny.

GWINTOWE ELEMENTY ZŁĄCZNE (WYBÓR)
Nazwa	Rysunek	Widok	Polska Norma
Śruby
sześciokątna z gwintem na części długości			M-82101
sześciokątna z gwintem na całej długości			M-82102
skrzydełkowa			64/M-82436
z uchem			92/M-82427
oczkowa			77/M-82425
z łbem walcowym z gniazdem sześciokątnym			M-82302
Wkręty
z łbem walcowym z nacięciem prostym			M-82215
z łbem walcowym z nacięciem krzyżowym			M-82202
z łbem stożkowym z nacięciem prostym			M-82207
z łbem stożkowym z nacięciem krzyżowym			M-82208
z łbem soczewkowym z nacięciem prostym			DIN-964
blachowkręt z łbem walcowym z wgłębieniem krzyżowym			M-83116
blachowkręt z łbem stożowym z wgłębieniem krzyżowym			M-83114
do drewna z łbem stożkowym			DIN-7997
wkręt do drewna z łbem sześciokątnym			M-82501
Nakrętki
sześciokątna			86/M-82144
koronowa			86/M-82148
sześciokątna niska			86/M-82153
skrzydełkowa			64/M-82439
kwadratowa			88/M-82151
ślepa (kołpakowa)			88/M-82181
Podkładki
okrągła			M-82005
sprężysta			M-82008
klinowa			M-82018
poszerzona			M-82019
Inne
Zawleczka			M-82001

Zabezpieczenia połączeń gwintowych przed samoczynnym odkręceniem.

Zabezpieczenie przed samoczynnym odkręceniem powinno:

• działać niezawodnie w każdych warunkach eksploatacyjnych

• pozwalać na wielokrotne łączenie i rozłączanie

• zabezpieczać w każdym położeniu

• nie rozbudowywać złącza

• nie osłabiać elementów

Sposoby zabezpieczenia przed samoczynnym odkręceniem:

nakrętka i przeciwnakrętka n - nakrętka pn - przeciwnakrętka	podkładka sprężysta	zabezpieczenie wkrętem w - wkręt
nakrętka koronowa z zawleczką	podkładka ząbkowana	podkładka odginana na nakrętce i krawędzi przedmiotu

Samohamowność gwintu.

W połączeniach spoczynkowych ważna jest samohamowność gwintu, czyli niemożność jego samoczynnego odkręcania się przy obciążeniu czynną siłą osiową. Gwinty metryczne są samohamowne.

Dokręcanie i odkręcanie połączeń gwintowych.

Klucze znormalizowane mają długości tak dobrane, aby przy sile od 100 do 400 N następowało prawidłowe dokręcenie gwintu; wartości niższe odnoszą się do mniejszych średnic gwintów. Do dokręcania gwintów odpowiedzialnych należy stosować klucze dynamometryczne, które zawierają wskaźnik wartości przenoszonego momentu lub jego ogranicznik. Do łbów i nakrętek sześciokąnych wskazane jest używanie kluczy oczkowych lub nasadowych z otworami sześciokątnymi lub dwunastozębnymi współpracującymi ze wszystkimi narożami sześciokąta.

Klucze te mniej niszczą łby i nakrętki niż klucze płaskie współpracujące tylko z dwoma narożami. Do dokręcania wkrętów używa się wkrętaków o zakończeniu dopasowanym do rowka we łbie wkrętu. Wkrętaki elektrotechniczne powinny mieć izolowaną rękojeść oraz koszulkę izolacyjną nałożoną na trzpień, aby nie powodowały zwarć i porażenia użytkownika w czasie pracy pod napięciem. Przy montażu i demontażu urządzeń elektronicznych a w szczególności komputerów, duże ułatwienie stanowi namagnesowana końcówka wkrętaka. Zgubiony drobny element złączny łatwo wtedy wydostać z zakamarków urządzenia.

Obliczanie gwintów i połączeń gwintowych

Zniszczenie połączenia gwintowego może nastąpić pod wpływem nadmiernego obciążenia i wywołanego nim naprężenia lub wadliwego wykonania gwintu. Rdzeń śruby jest narażony na rozciąganie i skręcanie a sam gwint może zostać ścięty na skutek zbyt dużych nacisków na powierzchniach bocznych.

Wymienione wyżej przyczyny zniszczenia połączeń gwintowych - rozerwanie rdzenia śruby i naciski na powierzchniach gwintu - stanowią podstawowy warunek odpowiedniego doboru gwintu.

Nieprawidłowe wykonanie gwintu w postaci: dużej chropowatości gwintu, nierównoległości powierzchni oporowych nakrętki i łba śruby mogą spowodować zgięcie śruby.

Nieprawidłowa konserwacja i eksploatacja może skutkować zatarciem gwintu lub też powstaniem korozji, co może doprowadzić do jego zniszczenia zwłaszcza przy demontażu połączenia.

Wytrzymałość śrub

Obliczanie wytrzymałości śrub polega na wyznaczeniu średnicy rdzenia śruby z warunków wytrzymałościowych a następnie dobraniu odpowiednich wymiarów gwintu o średnicy rdzenia większej od wynikającej z obliczeń.

Połączenie obciążone tylko siłą rozciągającą.

Średnicę rdzenia śruby wyznacza się z warunku wytrzymałościowego na rozciąganie.

Po przekształceniu przyjmuje on postać

d1 - średnica rdzenia śruby F - siła osiowa obciążająca śrubę S - pole powierzchni rdzenia śruby kr - naprężenie dopuszczalne przy rozciąganiu σr - naprężenie rozciągające

Przykład:

Program do obliczania średnicy śruby. Dobór gwintu metrycznego zgodny z PN-83/M-02013

Wytrzymałość gwintu

Naciski na powierzchniach roboczych gwintu śruby i nakrętki są rozłożone nierównomiernie. Powodem tego jest odkształcenie sprężyste gwintu (rys a) oraz różna sztywność śruby i nakrętki (rys b, c). Największe naciski występują na pierwszym zwoju roboczym.

Rozkład nacisków na powierzchni gwintu.

Przy obliczaniu wytrzymałości gwintu przyjmuje się dla uproszczenia obliczeń, że wszystkie zwoje są jednakowo obciążone. Najbardziej niebezpieczne dla gwintu są naciski. Pod ich wpływem następuje ścieranie się przesuwających się powierzchni zarówno w połączeniach spoczynkowych jak i ruchowych.

W związku z tym przy obliczaniu gwintu stosuje się niewielkie wartości nacisków dopuszczalnych k_d=0,2k_c.

k_d - naprężenie dopuszczalne

k_c - naprężenie dopuszczalne przy ściskaniu

Można przyjąć, że powierzchnia pracująca jednego zwoju gwintu wynosi:

Wzór na naciski powierzchniowe przyjmuje postać:

Po przekształceniu, czynna wysokość nakrętki wynosi:

p - skok gwintu S - powierzchnia pracująca jednego zwoju gwintu D1 - średnica otworu nakrętki H - czynna wysokość nakrętki H/p - liczba czynnych zwojów gwintu np - naciski powierzchniowe

Obliczenie gwintu z warunku na naciski jest równoważne ustaleniu czynnej wysokości nakrętki. W łącznikach znormalizowanych przyjęto wysokość nakrętek zwykłych H ≈ 0,8d. Przy tej wysokości nakrętki, gwint nakrętki przeniesie większe obciążenia niż rdzeń śruby, dlatego w połączeniach spoczynkowych nie oblicza się wysokości nakrętek.

Dla uzyskania odpowiedniej sztywności układu śruba - nakrętka zachowuje się odpowiednią długość skręcenia, która wynosi od 1,2 do 2 d (d - średnica śruby).

WYKONYWANIE GWINTÓW

Podstawowymi narzędziami do gwintowania są narzynki i gwintowniki.

narzynka	gwintownik

Gwintownik ma kształt śruby z podłużnymi rowkami tworzącymi w przecięciu z powierzchnią gwintu krawędzie skrawające. Rowki służą do przemieszczania i odprowadzenia wiórów. Gwintowników używa się w kompletach. Komplet gwintowników ślusarskich składa się z dwóch lub trzech narzędzi: zgrubnego, średniego i wykańczającego. Najpierw nacinany jest gwint gwintownikiem zgrubnym, następnie - średnim i na koniec trzecim - wykańczającym, który ostatecznie nadaje wymiar gwintowi w otworze. Gwintowniki oznaczane są numerami 1,2 i 3. Oznaczenia są nanoszone na uchwycie w postaci rys pierścieniowych w liczbie odpowiadającej numerowi gwintownika.

1. zdzierak 2. pośredni 3. wykańczak

Do nacinania gwintów na sworzniach służą narzynki. Narzynki mają postać okrągłych nakrętek z okrągłymi otworami przenikającymi zarys gwintu w celu stworzenia krawędzi skrawającej i odprowadzenia wiórów. W celu umożliwienia rozpoczęcia gwintowania wejście otworu narzynki jest ukształtowane stożkowo.

narzynka dla gwintu M8

Zarówno na gwintownikach jak i narzynkach oznaczany jest rodzaj gwintu. Dla gwintów drobnozwojnych podany jest również skok gwintu. Średnica otworu gwintowanego powinna być nieco większa niż średnica rdzenia gwintownika, gdyż podczas gwintowania następuje spęczenie materiału. Z tego samego powodu średnica gwintowanego sworznia powinna być nieco mniejsza od średnicy zewnętrznej otrzymywanego gwintu. Nie zastosowanie się do tych wskazań może być przyczyną zakleszczania narzędzia.

Podczas gwintowania należy dążyć do współosiowego ustawienia gwintownika lub narzynki z gwintowaną powierzchnią. Narzędzie należy obracać o 1 do 1,5 obrotu w kierunku nacinania gwintu, a następnie wycofać o ¼ do ½ obrotu w celu odłamania wiórów.

Gwinty można wykonywać również innymi metodami obróbki skrawaniem takimi jak:

• toczenie

• frezownie

• szlifowanie

toczenie gwintu za pomocą noża tokarskiego przy zamocowaniu w kłach tokarki

Gwinty można również wykonywać przez walcowanie (np. gwinty na żarówkach) lub odlewanie

MECHANIZMY GWINTOWE

Mechanizmy gwintowe służą do przetwarzania ruchu obrotowego na ruch postępowy, albo uzyskania ruchu śrubowego jednego ogniwa przy drugim ogniwie nieruchomym. Zależnie od rodzaju ogniwa napędowego (śruby lub nakrętki) i jego ruchu (obrotowy lub śrubowy) rozróżnia się cztery typy prostych mechanizmów gwintowych:

1. obrót śruby - przesuw nakrętki

2. obrót i przesuw śruby - nakrętka nieruchoma

3. obrót nakrętki - przesuw śruby

4. obrót i przesuw nakrętki - śruba nieruchoma

obrót śruby - przesuw nakrętki
obrót i przesuw śruby - nakrętka nieruchoma
obrót nakrętki - przesuw śruby
obrót i przesuw nakrętki - śruba nieruchoma

Niekiedy stosowane są złożone mechanizmy gwintowe składające się z trzech ogniw, przy czym ogniwo pośrednie ma dwa gwinty łączące je z ogniwem napędowym i pędzonym. Przy rożnym kierunku skrętu obu gwintów przesunięcia sumują się, a przy jednakowym odejmują. Stąd wynikają ich nazwy: mechanizm sumowy i różnicowy.

mechanizm sumowy

mechanizm różnicowy

Przykładem mechanizmu sumowego jest tzw. nakrętka rzymska z gwintami prawym i lewym na na obu końcach.

nakrętka rzymska

Zaletą mechanizmów gwintowych jest prosta konstrukcja. Stosowane są przeważnie w napędach ręcznych, przenoszą niewielką moc. Stosowane jako mechanizmy pras lub podnośników śrubowych, sterowania zaworów, przesuwu suportu tokarki. Poniżej przykłady zastosowań mechanizmów gwintowych:

Podnośnik śrubowy
Prasa śrubowa

---