Zastosowanie śrub kołnierzowych

Śruby są jednymi z najpowszechniej wykorzystywanych elementów złącznych, znakomicie nadających się do wielu zastosowań, w których liczy się zarówno możliwość trwałego połączenia różnych elementów, jak i ich szybkiego demontażu w razie takiej potrzeby. Dostępnych jest wiele rodzajów śrub o różnych charakterystykach. Jednym z ciekawszych rozwiązań są śruby kołnierzowe, o budowie bardzo usprawniającej montaż i dobrze przenoszącej obciążenia.

Rodzaje elementów złącznych do połączeń gwintowanych

Stosowanie elementów złącznych pozwala na wykonywanie trwałych połączeń mechanicznych między materiałami o rozmaitej charakterystyce. Wśród różnych metod łączenia części składowych czy całych podzespołów jednym z najpopularniejszych i najbardziej praktycznych jest stosowanie połączeń gwintowanych, które wyróżniają się znakomitymi parametrami wytrzymałościowymi, a przy tym w razie potrzeby mogą zostać ławo zdemontowane. Przy projektowaniu maszyn, urządzeń oraz wszelkiego typu konstrukcji i instalacji wykorzystuje się gwintowane elementy złączne używane samodzielnie przeznaczone do mniejszych obciążeń, takie jak wkręty, ale również łączniki bezpośrednie w postaci śrub mocowanych w nagwintowanych otworach albo pośrednie, zestawiane wraz z odpowiednimi nakrętkami. Śruby i nakrętki są także bardzo uniwersalne, gdyż oferuje się je w wielu rodzajach różniących się budową, materiałem, z jakiego je wykonano oraz przeznaczeniem – wyjaśnia przedstawiciel firmy Śruby24, będącej dystrybutorem elementów złącznych i prowadzącej sprzedaż detaliczną i hurtową.

Budowa śruby jest stosunkowo prosta, podobnie jak zasada działania połączenia gwintowanego. Każda śruba składa się z dwóch podstawowych części – wydłużonego walcowatego trzpienia, na którym jest nacięty gwint o określonym uzwojeniu oraz łba śruby, który umożliwia unieruchomienie śruby, a także pozwala na jej dokręcenie lub odkręcenie. Nakrętka jest zaś rodzajem walca, w którym został nacięty gwint wewnętrzny, a jej ściany zewnętrzne są wyposażone w rozwiązanie pozwalające na swobodne dokręcanie. Zarówno nakrętka, jak i łeb śruby mogą być ukształtowane w różny sposób. Do najpopularniejszych należą łby sześcio- lub czworokątne, które można obsługiwać za pomocą tradycyjnego klucza płaskiego lub oczkowego, dostępne są także bardziej zróżnicowane warianty. Oferowane są m.in. nakrętki motylkowe, radełkowe i nimbusowe. Jeszcze większe zróżnicowanie dotyczy łbów śrub, które mogą mieć np. postać walcowatą do kluczy nimbusowych, młoteczkową lub skrzydełkową. Bardzo duża rozmaitość panuje także, jeśli chodzi o kształt łba, który poza klasycznym płaskim może mieć koniec soczewkowy, stożkowy czy wgłębiony.

Połączenia wykonane za pomocą śrub mogą spełniać swoją funkcję za sprawą gwintu. Uzwojenia znajdujące się na trzpieniu śruby oddziałują z uzwojeniem naciętym wewnątrz nakrętki lub otworu, w który wkręcana jest śruba. Trwałość połączenia gwarantuje tarcie pojawiające się między powierzchniami obu gwintów. Ze względu na to, że uzwojenie jest stosunkowo długie, sumaryczna wielkość stykających się elementów jest dość duża, znaczna będzie więc też siła, która utrzymuje połączenie. Ważne by nie przekroczyła ona granicy plastyczności materiałów, z których jest wykonana śruba i nakrętka, ponieważ doprowadzi to do zniszczenia gwintu. Jednocześnie siła występującego tarcia musi zrekompensować działającą wzdłuż śruby siłę osiową.

Dlaczego warto korzystać ze śrub kołnierzowych?

Połączenie śrubowe nie przenosi wyłącznie sił działających na gwint, lecz także jest narażone na działanie wstrząsów i drgań mogących doprowadzić do poluzowania połączenia. Sposobem przeciwdziałania tym zjawiskom, które mogą doprowadzić do zmniejszenia tarcia między gwintem śruby i nakrętki jest stosowanie zabezpieczeń w postaci przeciwnakrętek, czyli drugiej nakrętki zamocowanej na tej samej śrubie, dodatkowej nakrętki koronkowej, zastosowanie zawleczki albo odpowiedniej podkładki sprężynującej, która gwarantuje podtrzymywanie działania siły osiowej nawet podczas odciążenia połączenia czy występowania wibracji.

Połączenie śrubowe jest też narażone na działanie siły ścinającej, która wpływa na śrubę. Wartość maksymalnej siły, jaka może oddziaływać na śrubę bez jej uszkodzenia, zależy od jej wytrzymałości, która jest uzależniona od wytrzymałości materiału, z jakiego ją wykonano, a także średnicy rdzenia śruby oraz rodzaju gwintu. Nie można też zapominać, że połączenie śrubowe oddziałuje również na powierzchnie połączonych elementów, które bezpośrednio stykają się z nakrętką albo ze śrubą. W tym przypadku sama śruba jest poddana działaniu siły rozciągającej, a nacisk na powierzchnię śruby, nakrętki i materiału zależy od jej wielkości.

Sposobem na ograniczenie oddziaływania między elementem złącznym a częściami, które są nim połączone, jest zwiększenie powierzchni, które na siebie naciskają. W przypadku elementów złącznych problem ten może być rozwiązany na dwa sposoby – albo przez zastosowanie odpowiedniej podkładki, albo użycie śruby kołnierzowej, często w połączeniu z nakrętką tego rodzaju. Łeb śruby kołnierzowej ma znacznie większą powierzchnię na styku z powierzchnią elementu, jest więc w stanie przenosić większą siłę. Korzystanie ze śrub kołnierzowych ma tę przewagę nad stosowaniem podkładek, że znacznie ułatwia montaż, zwłaszcza w przypadku elementów trudnodostępnych.

Jakie są podstawowe parametry śrub kołnierzowych i do czego można je wykorzystywać?

Śruby kołnierzowe, podobnie jak inne elementy złączne są dostępne w różnych rozmiarach, zarówno jeśli chodzi o długość trzpienia, jak i rozmiar gwintu oznaczony jako M, a także wymiar łba, określający rodzaj klucza, jakim można je odkręcić. Do najważniejszych parametrów każdej śruby poza tymi rozmiarami należy twardość śruby określana przez jej klasę. Parametr ten składa się z dwóch liczb oddzielonych kropką np. 10.9 czy 6.8. Pierwsza cyfra pokazuje wytrzymałość śruby na rozciąganie podawaną jako wielokrotność 100 MPa, druga stosunek granicy plastyczności śruby do jej minimalnej wytrzymałości na rozciąganie. Dzięki tym parametrom można ustalić niezbędne własności mechaniczne śrub w tym ich nośność, siłę ścinającą gwintu oraz trzpienia.

Śruby kołnierzowe są wykonywane według normy DIN 6921, będącą odpowiednikiem wycofanej PN-M-82247:1993 oraz aktualnej PN-EN 1662:2000 – „Śruby z łbem sześciokątnym z kołnierzem stożkowym”. Wśród najważniejszych cech śrub kołnierzowych pozwalających na ocenę ich przydatności w konkretnym zastosowaniu jest materiał, z jakiego została ona wykonana, sposób zabezpieczenia antykorozyjnego, skok gwintu, a także kluczowa długość gwintu oraz jego średnica.

Obszar zastosowań śrub kołnierzowych jest szeroki, zależy od ich parametrów użytkowych oraz rodzaju połączenia, które ma zostać wykonane. Z rozwiązań tego typu korzysta się przy budowie maszyn i urządzeń do zastosowań przemysłowych, używa się ich w przemyśle motoryzacyjnym, przy produkcji dużego sprzętu AGD, a także przy wykonywaniu konstrukcji stalowych oraz montażu wszelkiego rodzaju instalacji. Śruby kołnierzowe są używane przy składaniu mebli  – np. podstaw do foteli, metalowych ram i systemów do rozkładania wersalek czy kanap oraz wielu różnych przedmiotów codziennego użytku. Śruby z kołnierzem są też przydatne przy montowaniu metalowych elementów ogrodzeń i zadaszeń.