Struktura i właściwości śrub, wkrętów i kołków

1. Charakterystyka strukturalna różnych elementów złącznych

1.1 Struktura głowy

Podstawowymi funkcjami łbów śrub i łbów śrub są przenoszenie obciążeń i wkręcanie. Typowe typy łbów obejmują łeb sześciokątny, łeb podwójny sześciokątny, łeb wielowypustowy, łeb stożkowy, łeb stożkowy, łeb cylindryczny i inne specjalne łby. Każda konstrukcja odpowiada konkretnym scenariuszom zastosowań i wymaganiom montażowym.

1.2 Wstrząsająca struktura

Struktury wkręcające śrub i wkrętów dzielą się na zewnętrzne struktury wkręcające i wewnętrzne struktury wkręcające. Typowe formy zewnętrzne do wkręcania obejmują łeb sześciokątny, łeb dwunastokątny, łeb wielowypustowy, łeb dziesięcioramienny, łeb ośmiokątny, łeb kwadratowy i łeb pięciokątny, wśród których najczęściej stosowane są łeb sześciokątny i łeb dwunastokątny. Wewnętrzne konstrukcje wkręcające są najczęściej stosowane w przypadku głowic obrotowych, takich jak głowice stożkowe, głowice stożkowe i głowice cylindryczne. Typowe typy kluczy wewnętrznych obejmują napęd płaski, napęd Phillips, wewnętrzny sześciokąt i wewnętrzny wielowypust (Torx). Poza tym istnieją opatentowane zagraniczne typy gniazd: napęd Phillips o wysokim momencie obrotowym i napęd szczelinowy o wysokim momencie obrotowym.

W normalnych warunkach zewnętrzne konstrukcje ściskające charakteryzują się lepszą odpornością na poślizg i skręcanie niż struktury wewnętrzne. Dlatego w łącznikach o dużej wytrzymałości stosuje się głównie zewnętrzne struktury ściskające. Niemniej jednak dokręcanie zewnętrzne wymaga większej przestrzeni montażowej i podlega większym ograniczeniom w środowisku instalacji. Wśród typów kluczy wewnętrznych, wewnętrzny sześciokąt i wewnętrzny Torx zapewniają wyjątkowo doskonałą wydajność skręcania i mogą być stosowane w warunkach pracy o dużej wytrzymałości. Wewnętrzne otwory sześciokątne są zwykle formowane przez wstępne nawiercenie otworów prowadzących, a następnie przebicie stemplami sześciokątnymi. Metalowe cząstki powstałe w wyniku wykrawania mają tendencję do gromadzenia się na dnie otworu i mogą odpadać podczas pracy, tworząc obce zanieczyszczenia. W przypadku zastosowań, w których występuje ścisła kontrola obecności ciał obcych, należy dokładnie oczyścić wszystkie pozostałości wewnątrz otworów.

1.3 Struktura trzonka

Theśrubatrzon odnosi się do gładkiej, niegwintowanej części. Według średnicy trzpienia dzieli się go na trzpień o średnicy większej, trzpień o średnicy podziałowej, trzpień schodkowy i trzpień powiększony.

Chwyt o średnicy większej (trzpień standardowy): Jego średnica nominalna jest równa średnicy głównej gwintu z dwoma stopniami tolerancji. Luźne tolerancje (h12, h14) stosowane są głównie w przypadku śrub rozciąganych; wąskie tolerancje (f9, f7, r6) dotyczą śrub ścinanych.

Chwyt o średnicy podziałowej (trzpień cienki): Jego średnica nominalna jest w przybliżeniu równa średnicy podziałowej gwintu, zwykle z tolerancją h12 lub bez specjalnych wymagań dotyczących tolerancji. Nadaje się do śrub napinających.

Chwyt schodkowy (trzon przewężony): Jego średnica jest mniejsza lub równa mniejszej średnicy gwintu, zaprojektowana w celu zmniejszenia sztywności śruby i zmniejszenia koncentracji naprężeń u nasady gwintu.

Powiększony trzpień (wzmocniony trzpień): Jego średnica przekracza główną średnicę gwintu. Może tworzyć pasowanie wciskowe z otworami montażowymi i jest powszechnie stosowany do konserwacji i wzmacniania sprzętu.

1.4 Struktura wątku

Parametry gwintu obejmują efektywną długość gwintu, dokładność gwintu, profil gwintu, promień nasady gwintu, bicie gwintu i odległość odsadzenia. W przypadku śrub o tej samej średnicy standardowej i nominalnej efektywna długość gwintu jest stała. Zmiany całkowitej długości śruby uzyskuje się poprzez regulację długości gładkiego trzpienia. Wątki dzielą się na długie, średnie i krótkie:

Długi gwint: Dopasowany do śrub napinających, aby wytrzymać duże obciążenia rozciągające;

Krótki gwint: dopasowany do śrub ścinanych, oparty na kontakcie powierzchniowym w celu zabezpieczenia przed upadkiem przy minimalnym obciążeniu rozciągającym;

Gwint średni: stosowany do śrub poddawanych połączonym obciążeniom rozciągającym i ścinającym, zdolnych wytrzymać zarówno rozciąganie, jak i ścinanie.

2. Ekskluzywna struktura kołków

Kołki nie mają łbów śrubowych i są całkowicie gwintowane na obu końcach. Gwinty na dwóch końcach mogą być produkowane o identycznych lub różnych średnicach. Podczas montażu jeden koniec jest wkręcany w element bazowy w celu trwałego zamocowania przy rzadkim demontażu; drugi koniec łączy się z nakrętkami w celu wielokrotnego montażu i demontażu. Aby zagwarantować szczelne mocowanie osadzonego końca, zastosowano gwinty przejściowe do blokowania wcisku. W celu zabezpieczenia przed poluzowaniem można również zastosować klucze ustalające i inne konstrukcje.

3. Ogólne właściwościŚruby, wkręty i kołki

Właściwości elementów złącznych dzielą się na właściwości mechaniczne i właściwości metalurgiczne. Właściwości mechaniczne oceniają zdolność elementów złącznych do wytrzymywania różnych obciążeń zewnętrznych z perspektywy makroskopowej, przy czym podstawowe wskaźniki obejmują właściwości na rozciąganie, właściwości na ścinanie i odporność na zmęczenie. Właściwości metalurgiczne oceniają mikroskopową jakość struktur materiału, obejmując linie płynięcia metalu, strukturę metalograficzną i nieciągłości materiału, takie jak porowatość i pęknięcia.

4. Klasyfikacja klas wydajności elementów złącznych

W kraju przyjęte są dwa główne systemy standardów elementów złącznych: system norm krajowych ogólnego przeznaczenia (system GB) i system elementów złącznych specyficzny dla przemysłu lotniczego. Różnice w środowiskach usług i wskaźnikach technicznych prowadzą do odrębnych zasad klasyfikacji właściwości mechanicznych między dwoma systemami.

4.1 Stopnie wydajności zgodnie z krajowym systemem norm GB

W Chinach istnieje 12 aktualnych norm krajowych określających właściwości mechaniczne elementów złącznych śrubowych.

(1) Klasy wydajności śrub, wkrętów i kołków ze stali węglowej i stopowej

Na podstawie wytrzymałości na rozciąganie i granicy plastyczności definiuje się dziewięć gatunków: 4,6, 4,8, 5,6, 5,8, 6,8, 8,8, 9,8, 10,9 i 12,9. Konwencjonalnie gatunki poniżej 8.8 są wykonane ze stali węglowej, podczas gdy gatunki 8.8 i powyżej wykorzystują stal stopową z dedykowaną obróbką cieplną.

Format znakowania: Reguły XY są zdefiniowane w następujący sposób:

Liczba przed przecinkiem oznacza nominalną wytrzymałość na rozciąganie (MPa) podzieloną przez 100;

Liczba po przecinku równa się współczynnikowi wydajności pomnożonemu przez 10;

Nominalna granica plastyczności=(iloczyn dwóch liczb) ÷ 10.

Przykład: śruba klasy 9.8. Cyfra 9 oznacza nominalną wytrzymałość na rozciąganie=9 × 100=900 MPa; cyfra 8 oznacza współczynnik plastyczności=8 ÷ 10=0.8.

(2) Klasy wydajności śrub, wkrętów i kołków ze stali nierdzewnej

Elementy złączne ze stali nierdzewnej dzielą się na trzy kategorie (austenityczne, martenzytyczne, ferrytyczne) i dziewięć grup materiałowych: A1, A2, A3, A4, A5, C1, C3, C4, F1. W połączeniu z procesami formowania powstają 23 kompletne stopnie wydajności.

Zasada znakowania: grupa materiałowa + dwucyfrowy numer wytrzymałości. Litery oznaczają kategorie materiałów: A=austenityczna stal nierdzewna, C=martenzytyczna stal nierdzewna, F=ferrytyczna stal nierdzewna. Dwie cyfry reprezentują jedną dziesiątą wartości wytrzymałości na rozciąganie.

Przykłady: A2-70 oznacza austenityczną stal nierdzewną grupy 2 formowaną w procesie obróbki na zimno przy minimalnej wytrzymałości na rozciąganie wynoszącej 700 MPa; C3-80 odnosi się do martenzytycznej stali nierdzewnej grupy 3 poddanej hartowaniu i odpuszczaniu przy minimalnej wytrzymałości na rozciąganie wynoszącej 800 MPa.

(3) Klasy wydajności elementów złącznych z metali nieżelaznych

Typowe materiały nieżelazne obejmują stop miedzi i stop aluminium. Klasyfikacja zależy od wytrzymałości na rozciąganie, a te elementy złączne są ogólnie klasyfikowane jako typy o niskiej wytrzymałości. Elementy złączne tego samego gatunku i specyfikacji mają to samo minimalne obciążenie rozciągające. Gatunki odpowiadają klasom materiału i wskaźnikom rozciągania. Stopy miedzi mają siedem gatunków: CU1, CU2, CU3, CU4, CU5, CU6, CU7; Stopy aluminium mają sześć gatunków: AL1, AL2, AL3, AL4, AL5, AL6.

Przykład: CU2 oznacza stop miedzi klasy 2 odpowiadający gatunkowi H63 o wytrzymałości na rozciąganie 370 MPa. Oznaczenie składa się z dwóch liter i jednej cyfry. Litery odpowiadają symbolom pierwiastków chemicznych (CU dla miedzi Cu, AL dla aluminium Al); cyfry oznaczają wyłącznie numery seryjne, nie są ułożone w rosnącej kolejności wytrzymałości i odpowiadają ustalonym gatunkom materiału i parametrom mechanicznym.

(4) Stopnie wydajności śrub ustalających

Wkręty ustalające są również elementami złącznymi z gwintem zewnętrznym, ale przyjmują inne kryteria klasyfikacji niż zwykłe śruby. Klasyfikuje się je według twardości, a nie wytrzymałości na rozciąganie.

Stal węglowa iśruby ustalające ze stali stopowej: cztery gatunki, mianowicie 14H, 22H, 33H, 45H. Liczba oznacza jedną dziesiątą minimalnej twardości Vickersa, a H oznacza twardość. Na przykład 14H oznacza minimalną twardość Vickersa=14 × 10=140 HV.

Śruby ustalające ze stali nierdzewnej: stosowana jest wyłącznie stal nierdzewna austenityczna, podzielona na pięć grup odpowiadających śrubom ze stali nierdzewnej: A1, A2, A3, A4, A5 o identycznym składzie chemicznym. Określono dwa stopnie twardości: 12H i 21H. 12H dotyczy śrub ustalających z miękkiego austenitu o minimalnej twardości 125 HV; 21H dotyczy śrub ustalających hartowanych na zimno o minimalnej twardości 210 HV.