Tribotechnické listy

 

 

IstLock - účinný spôsob istenia skrutkových spojov

Už od samého počiatku priemyselného využívania skrutiek sa konštruktéri potýkali s problémom ich nežiadúceho samovoľného uvoľňovania. Nespočetné množstvo prípadov havárií dopravných prostriedkov, oceľových konštrukcií, výrobných strojov a rôznych iných zariadení ide práve na konto uvoľnených skrutkových spojov, ktoré vo svojej podstate predstavujú tribologické uzly, kde dominuje trenie ako dôležitý faktor ich funkčnosti. Nie nadarmo sa hovorí, že skrutka nesmie byť najslabším článkom konštrukcie. Jej poslaním je spájať. Ak zlyhá, celá konštrukcia sa rozpadne.

Príčiny uvoľňovania skrutkových spojov
Predpokladom bezpečnej konštrukcie je správna montáž skrutiek montážnou silou FM, ktorá nesmie prekročiť maximálnu prípustnú montážnu silu FM max, rovnajúcu sa podľa VDI 2230:

FM max = αA [FK potr. + FZ + (1 - n.ΦK) FA], kde


αA = uťahovací faktor, charakterizujúci presnosť metódy uťahovania
FK potr. = sila potrebná na zachovanie funkcie spoja v prevádzkových
podmienkach
FZ = pokles predpätia v dôsledku zosadania materiálu na kontaktných
plochách
n = faktor, charakterizujúci veľkosť odľahčenia zopnutých dielov vplyvom
axiálnej prevádzkovej sily FA
ΦK = pomer síl FSA/FA
FSA = efektívny podiel axiálnej prevádzkovej sily na predpätie

Z uvedeného vzorca vyplýva, že predpätie skrutkového spoja poklesne po montáži o hodnotu FZ, ktorá zohľadňuje zarovnanie nerovnosti dosadacích plôch a mikroplastickú deformáciu na týchto plochách. Ide o prvé štádium uvoľňovania spoja. Druhé štádium nastáva účinkom vibrácií, pôsobením priečnych prevádzkových síl Fp (obr. 1) a striedavým namáhaním spoja ťah - tlak.
Ak spoj nie je dostatočne zaistený, dôjde za uvedených podmienok k plynulému pretáčaniu matice a/alebo skrutky opačným smerom ako boli montované až na nulovú hodnotu predpätia eventuálne až po úplný rozpad konštrukčného uzla. Príčinou je nízky koeficient trenia vzhľadom k momentu potrebnému na uvoľnenie skrutky.
Existuje niekoľko viac či menej účinných metód istenia, ako však hovorí autor známeho diela Handbuch der Verbindungstechnik C. O. Bauer, „...neexistuje univerzálna metóda, ktorá by spoľahlivo chránila všetky skrutkové spoje pred rozpadom". Preto konštruktéri neustále hľadajú nové špecifické riešenia, na trhu sa objavujú nové poistné spojovacie prvky. Aby bolo možné predvídať ich účinnosť, boli vyvinuté skúšobne prístroje, ktoré za určitých modelových podmienok poskytujú informácie o budúcom správaní sa skrutkových spojov v prevádzke. Jeden takýto prístroj typu Junker (obr. 2) bol skonštruovaný aj v rámci projektu AP VV - 20 - 016305 v spolupráci so Žilinskou univerzitou. Tento prístroj je schopný testovať odolnosť skrutkových spojov voči vibráciám a cyklickému striedavému namáhaniu pri frekvencii 40Hz a amplitúde ± 0,3 mm.

IstLock - nový spôsob istenia
Vo firme Ferodom, s. r. o. Žilina bol vyvinutý a patentovo chránený nový účinný spôsob istenia skrutkových spojov (obr. 3) založený na aplikácii poistnej matice s pracovným názvom IstLock (ďalej len IL).


Tento systém efektívne využíva montážnu predpínaciu silu na istenie prostredníctvom pružného segmentu (obr. 4) vyrobeného z plastu resp. pre vyššie teploty použitia z mäkkého kovu, napr. z mosadze, umiestneného na kontaktnej ploche matice IL s presahom Δk (obr. 5). Pružnosť segmentu je zabezpečená jeho prerušením dilatačnou medzerou s veľkosťou, ktorá nesmie byť menšia ako rozdiel priemerov segmentu pred montážou a po montáži.
Princíp činnosti je nasledovný. Pri montáži je pružný segment nútený účinkom montážnej sily FM zmenšovať svoj priemer až nakoniec v záverečnej fáze zovrie prítlačnou silou FP závit skrutky a prenikne doňho až do hĺbky p (obr. 5). V závislosti od veľkosti FP a koeficientu trenia dotykových plôch je celý spoj takýmto spôsobom zaistený proti samovoľnému uvoľňovaniu. Na vibračnom testovacom prístroji Junker vykázal z testovaných spojovacích prvkov najlepšie výsledky (obr. 6). Po počiatočnom malom poklese, ktorý pripadá na zosadanie materiálu a nie je väčší ako povolených 20% (viď FVZ na obr. 6), je priebeh hodnoty predpätia ďalej konštantný, čo svedčí o vynikajúcej účinnosti istenia.
Nie je to však iba vynikajúci istiaci efekt, ktorým IL predčí konštruktérmi často preferovanú poistnú maticu podľa DIN 985. Nasledujúci obrázok č. 7 uvádza celkové porovnanie obidvoch matíc. Pracovníci montáže isto ocenia najmä voľnú pretáčateľnosť matice IL pri montáži a demontáži s nie zanedbateľným zvýšením produktivity práce. Samozrejmosťou je aj vysoká opakovateľnosť použitia, ktorá prevyšuje normovanú hodnotu min. 5x. K výhodám IL treba pripočítať aj nepoškodzovanie povrchov dotykových plôch spájaných dielov, čo je typickým sprievodným zjavom vrubovaných resp. rebrovaných poistných spojovacích prvkov ako sú napr. rebrované prírubové skrutky a matice a rôzne typy podložiek, klinové podložky nevynímajúc. Ostáva ešte doplniť, že princíp IL je zvládnutý aj na matice s uťahovaním „vonkajší 6 - oblúk", známom pod ochrannou značkou Torx® , čo ešte viac rozširuje oblasť aplikácie IL a zvyšuje jeho atraktivitu.
Poistné matice IL nájdu uplatnenie najmä u dynamicky namáhaných konštrukčných uzlov so skrutkovými spojmi ako sú napr. obrábacie stroje, brúsky, lisy, valcovacie trate, dopravníky, žeriavy, upevnenie elektromotorov, zbíjacie kladivá, poľnohospodárska technika a pod. Vhodné sú vo všetkých aplikáciách, kde je použitie poistnej matice DIN 985 resp. DIN 982 nedostatočné, prípadne kde ostatné metódy istenia ako sú rebrované skrutky, matice, podložky, klinové poistné podložky, kontramatice príp. chemické metódy istenia a pod. z rôznych príčin nevyhovujú.

Ing. Jozef Dominik, CSc.

Späť

TriboTechnika 4/2019

TriboTechnika_4_2019 by TechPark Vydavatelstvo on Scribd