[Wiedza o elementach złącznych] Rodzaje gwintów i właściwości mechaniczne śrub
Apr 13, 2026
I. Rodzaje wątków
Gwinty dzielą się na dwie główne kategorie w zależności od ich przeznaczenia: nici łączące i nici transmisyjne.
1. Łączenie wątków
Gwinty łączące dzielą się na dwa typy: gwinty zwykłe i gwinty rurowe, używane głównie do łączenia elementów. Istnieją cztery powszechnie stosowane gwinty standardowe, a mianowicie: zwykłe gwinty o grubym skoku, zwykłe gwinty o drobnym skoku, gwinty rurowe i stożkowe gwinty rurowe.
① Gwint zwykłych gwintów to trójkąt równoboczny (kąt gwintu wynosi 60 stopni). Różnica między gwintami o drobnym i grubym skoku polega na tym, że przy tej samej średnicy większej skok gwintów o drobnym skoku jest mniejszy niż w przypadku gwintów o grubym skoku.
② Gwint rurowy i stożkowy ma kształt trójkąta równoramiennego (kąt gwintu wynosi 55 stopni). Gwinty rurowe stosowane są głównie do łączenia rur wodociągowych, naftowych, gazowych i innych rurociągów. Gwinty rurowe dzielą się na cylindryczne i stożkowe, oba są wyrażone w calach, a skok wyraża się liczbą zwojów na długości gwintu 25,4 mm.
Gwinty rurowe dzielą się dalej na:
● Nieuszczelnione gwinty rurowe (G): Gwintowniki rurowe służą do obróbki gwintów wewnętrznych, a matryce do obróbki gwintów zewnętrznych;
● Uszczelnione gwinty rurowe (R): wymagana jest duża precyzja i istnieją dwie metody montażu: cylindryczne gwinty wewnętrzne i stożkowe gwinty zewnętrzne tworzą pasowanie typu „cylinder/stożek”; stożkowe gwinty wewnętrzne i stożkowe gwinty zewnętrzne tworzą dopasowanie typu „stożek/stożek”.
(1) Rozmiar gwintu rury jest przybliżoną wartością wewnętrznej średnicy rury, a nie zewnętrznej średnicy rury. Na przykład 1/2 cala odpowiada DN15.
(2) Grubość gwintu rury wyraża się liczbą zwojów na cal, a przeliczony skok jest liczbą dziesiętną. Na przykład gwint rurowy G1 calowy ma 11 zwojów wzdłuż osi, a jego skok wynosi 25,4 ÷ 11 ≈ 2,309 mm. Gwinty rurowe są najczęściej stosowane do łączenia złączek rurowych i części cienkościennych, o małym skoku i rozmiarze gwintu.
● Gwinty metryczne wyrażane są poprzez skok, natomiast gwinty amerykańskie i brytyjskie wyrażane są poprzez liczbę zwojów na cal.
● Gwinty metryczne mają kształt gwintu równobocznego 60 stopni, gwinty brytyjskie mają kształt gwintu równoramiennego 55 stopni, a gwinty amerykańskie mają gwint równoboczny 60 stopni.
Uwaga: znawcy zwykle używają słowa „fen” w odniesieniu do rozmiaru gwintu. 1 cala równego 8 fen, 1/4 cala to 2 fen itd. (np. 1/2 cala to 4 fen, 3/4 cala to 6 fen).
2. Gwinty transmisyjne
Gwinty transmisyjne służą do przenoszenia mocy lub ruchu. Istnieją cztery powszechnie używane standardowe wątki:
1) Gwinty trapezowe: Kształt gwintu to trapez równoramienny z kątem gwintu 30 stopni, który jest najczęściej używanym gwintem przekładniowym. W porównaniu z gwintami prostokątnymi jego wydajność transmisji jest nieco niższa, ale ma dobrą przetwarzalność, wysoką wytrzymałość korzenia i dobrą wydajność centrowania. Śruba pociągowa obrabiarek wykorzystuje gwinty trapezowe do dwukierunkowego przenoszenia mocy, a kod gwintu to Tr.
2) Gwinty piłokształtne: rodzaj gwintu przenoszącego, który przenosi siłę jednokierunkową. Gwint ma kształt trapezu równoramiennego, jedna strona tworzy kąt 30 stopni z linią pionową, a druga strona tworzy kąt 3 stopni, tworząc kąt gwintu 33 stopni, z kodem gwintu B. Jest używany tylko do przenoszenia mocy jednokierunkowej. Ze względu na wyższą wydajność przenoszenia i wytrzymałość niż gwinty trapezowe, jest często stosowany w jednokierunkowych mechanizmach przenoszących siłę, takich jak prasy śrubowe i prasy hydrauliczne.
3) Gwinty prostokątne: używane głównie do przenoszenia siły. Jego cechą charakterystyczną jest to, że wydajność transmisji jest wyższa niż w przypadku innych nici, ale trudność przetwarzania jest duża, a siła korzenia jest niska, więc jego zastosowanie jest ograniczone.
4) Gwinty modułowe: znane również jako gwinty przekładni ślimakowej, o kącie gwintu 40 stopni, które charakteryzują się dużym przełożeniem, zwartą konstrukcją, stabilną przekładnią i dobrym działaniem samoblokującym, stosowane głównie w urządzeniach redukcyjnych.
II. Właściwości mechaniczne śrub
1. Klasy: Klasy wytrzymałości śrub metrycznych obejmują głównie 10 klas wydajności: 3,6, 4,6, 4,8, 5,6, 5,8, 6,8, 8,8, 9,8, 10,9, 12,9.
Rozróżnienie i znaczenie śrub o wysokiej wytrzymałości: Śruby klasy 8.8 i wyższej są łącznie określane jako śruby o wysokiej wytrzymałości, a pozostałe gatunki nazywane są śrubami o zwykłej wytrzymałości.
2. Znaczenie oznaczenia klasy użytkowej śruby: Oznaczenie klasy użytkowej śruby składa się z dwóch części liczb, które oznaczają odpowiednio nominalną wartość wytrzymałości na rozciąganie i współczynnik plastyczności śruby. Na przykład znaczenie śruby o klasie wytrzymałości 4.8 (Uwaga: klasa 4.8 to śruba o zwykłej wytrzymałości, a nie śruba o wysokiej wytrzymałości) jest następująca:
(1) Nominalna wytrzymałość na rozciąganie materiału śruby wynosi 400 MPa;
(2) Stopień plastyczności materiału śruby wynosi 0,8;
(3) Nominalna granica plastyczności materiału śruby wynosi 400×0.8=320MPa.
3. Stopień wydajności mechanicznejśrubyma głównie następujące cztery wskaźniki:
A. Wskaźniki wytrzymałości (wytrzymałość na rozciąganie, granica plastyczności, granica plastyczności, naprężenie gwarantowane);
B. Wskaźniki twardości (twardość Vickersa, twardość Brinella, twardość Rockwella, twardość powierzchniowa);
C. Wskaźniki plastyczności i wytrzymałości (wydłużenie, wytrzymałość na obciążenie klinowe, energia absorpcji uderzenia, twardość główki);
D. Wskaźniki warstwy odwęglonej (minimalna wysokość nieodwęglonej warstwy gwintu, maksymalna głębokość pełnej warstwy odwęglonej).
4. Rzeczownik Wyjaśnienie
1) Wytrzymałość na rozciąganie (σb) (N/mm²): Maksymalna siła rozciągająca, jaką produkt może wytrzymać na jednostkę powierzchni, odnosząca się do maksymalnego naprężenia, jakie może wytrzymać materiał metalowy przed pęknięciem.
2) Obciążenie gwarantowane (SP) (N/mm²): Zgodnie z klasą i specyfikacją produktu, przez pewien okres czasu przykładane jest do niego określone obciążenie, które produkt może wytrzymać bez mierzalnych trwałych odkształceń.
3) Granica plastyczności (σs) (N/mm²): Punkt, w którym odkształcenie wzrasta, ale naprężenie nie wzrasta, gdy materiał jest rozciągany. Na krzywej rozciągania ogólnych produktów o niskiej wytrzymałości można wyświetlić oczywistą granicę plastyczności, która jest granicą między odkształceniem sprężystym a odkształceniem plastycznym materiału; na krzywej rozciągania produktów o wysokiej wytrzymałości nie ma oczywistej granicy plastyczności. Jeżeli nie można zmierzyć granicy plastyczności, można zamiast tego zastosować metodę pomiaru granicy plastyczności.
4) Definicja granicy plastyczności: Jest to granica plastyczności, gdy materiał metaliczny ulega zjawisku plastyczności, czyli naprężeniu, które jest odporne na odkształcenie mikroplastyczne. W przypadku materiałów metalowych bez oczywistego zjawiska plastyczności określa się, że wartość naprężenia, która powoduje odkształcenie szczątkowe wynoszące 0,2%, jest granicą plastyczności, zwaną warunkową granicą plastyczności lub granicą plastyczności. Siła zewnętrzna przekraczająca ten limit spowoduje trwałe uszkodzenie części, którego nie będzie można odzyskać. Na przykład granica plastyczności stali niskowęglowej wynosi 207 MPa. Kiedy siła zewnętrzna przekroczy tę granicę, część spowoduje trwałe odkształcenie; gdy jest mniejsza niż ten limit, część może powrócić do swojego pierwotnego kształtu.
Uwagi:
A. Odkształcenia materiału dzielimy na odkształcenia sprężyste (mogą powrócić do pierwotnego kształtu po usunięciu siły zewnętrznej) i odkształcenia plastyczne (nie mogą powrócić do pierwotnego kształtu po usunięciu siły zewnętrznej i następuje zmiana kształtu, taka jak wydłużenie lub skrócenie).
B. Kiedy naprężenie przekracza granicę sprężystości, wchodzi w fazę plastyczności, a odkształcenie gwałtownie wzrasta. W tym czasie oprócz odkształcenia sprężystego nastąpi również część odkształcenia plastycznego. Kiedy naprężenie osiąga granicę plastyczności, odkształcenie plastyczne gwałtownie wzrasta i pojawiają się niewielkie wahania naprężenia i odkształcenia. Zjawisko to nazywa się wydajnością. Maksymalne i minimalne naprężenia na tym etapie nazywane są odpowiednio górną i dolną granicą plastyczności.
Ponieważ wartość dolnej granicy plastyczności jest względnie stabilna, wykorzystuje się ją jako wskaźnik wytrzymałości materiału, zwany granicą plastyczności lub granicą plastyczności (ReL lub Rp0,2).
5) Twardość: Zdolność materiału metalowego do przeciwstawienia się wgnieceniu twardszego przedmiotu nazywa się twardością. Jest to kompleksowa fizyczna wielkość właściwości materiału, wskazująca odporność materiału metalowego na odkształcenia sprężyste, odkształcenia plastyczne lub pękanie w małej objętości (wspólne wskaźniki: twardość Vickersa HV30, twardość Brinella HB, twardość Rockwella HRB i HRC, twardość powierzchni HV0,3).
6) Wytrzymałość na obciążenie klinem: Zastosuj test obciążenia klinem na śruby z łbem sześciokątnym, kwadratowym (czterokątnym), śrubami z kołnierzem sześciokątnym lub śrubami z łbem gniazdowym, to znaczy sprawdź wytrzymałość produktu na rozciąganie po dodaniu bloku klinowego pod łbem, mając na celu określenie wytrzymałości produktu na rozciąganie i sztywności łba.
7) Wydłużenie (δ): Wydłużenie produktu to stosunek wydłużenia po zerwaniu do pierwotnej długości przed zerwaniem.
① Granica plastyczności: Naprężenie, przy którym próbka może w dalszym ciągu wydłużać się (odkształcać) bez zwiększania siły (utrzymując stałą) podczas badania.
② Górna granica plastyczności: Maksymalne naprężenie przed pierwszym zmniejszeniem siły, gdy próbka ugina się.
③ Dolna granica plastyczności: Minimalne naprężenie w fazie plastyczności, gdy nie jest brany pod uwagę początkowy efekt przejściowy.
W przypadku niektórych stali (takich jak stal wysokowęglowa) nie występuje oczywiste zjawisko plastyczności. Zwykle za granicę plastyczności stali przyjmuje się naprężenie, przy którym następuje odkształcenie mikroplastyczne (0,2%), zwane warunkową granicą plastyczności.
8) Twardość główki: Zamontuj produkt na wsporniku z nachylonym otworem i uderz w głowicę produktu. Dlaśruby z pełnym gwintemlub śrub, o ile nie występuje łeb, nawet jeśli na pierwszym gwincie pojawią się pęknięcia, uznaje się, że spełnia ono wymagania tego badania; w przypadku wyrobów z półgwintem nie powinny powstawać pęknięcia na łbie, powierzchni nośnej i paśmie przejściowym pomiędzy powierzchnią nośną a prętem gwintowanym. Zgodnie z GB/T 3098.1 test ten należy przeprowadzić dla śrub i wkrętów o specyfikacji mniejszej lub równej M16 i o zbyt małej długości, aby przeprowadzić test obciążenia klinowego.
