Test šroubů při těžkých zatíženích „mazání šroubů“

Strojních součástí - šroubových spojů je ve světě denně montováno miliony kusů, a přestože jsou k dispozici normy a tím možnost přesných teoretických výpočtů, dochází stále v praktickém použití k mnoha problémům.

Šroubování (utahování) - při vypočtených nebo předepsaných utahovacích momentech je vlivem rozptylu hodnot vzájemného tření šroubů dosahováno různých napínacích sil. Následně předpínací síly nejsou kontrolovatelné a s tím je spojené i nerovnoměrné předpětí (např.: příruby, kryty, ...)

Při povolování - u šroubů v oblasti vysokých teplot nebo v oblasti kolísání teploty se často při povolování spojů setkáváme se značnými problémy. Nevhodné pasty mohou při vysokých teplotách způsobit v materiálu šroubu metalurgické změny a tím značně zvýšit povolovací moment. U nevhodných past při zvýšených teplotách nosné médium často shoří a zanechá abrazivní a hydroskopické zbytky, které při kolísání teplot mohou přijímat vlhkost a způsobují korozi na materiálu šroubů. Takovéto šrouby jsou často už nepovolitelné bez jejich poškození.

Metody

Předmět - zkouška speciálních maziv na jejich výkon při vysokých zatíženích a přezkoušení přenosu těchto výsledků na běžné, v praxi používané, výpočtové metody.

Průběh zkoušky - pro šroubové zkoušky byl použit hydraulický utahovák od firmy Hytorc (obr.1). Tento utahovák byl zvolen proto, že garantuje velmi přesné a vysoké utahovací momenty a jeho konstrukce je příjemná pro ruční zacházení. Potřebný hydraulický tlak byl získáván v agregátu AEK 12 380 (obr.2), kde byl pomocí regulačního ventilu přesně nastaven tlak 260 bar. Dle tabulek k přístroji Hytorc HY- 4XLCT odpovídá tomuto tlaku oleje utahovací moment 2032 Nm. Jako vlastní zkušební jednotka pro odečítání a měření síly byla použita jednotka Loadcell LC-150 (obr. 3, 4). Jednotka Hycheck TDS 2 000 dovoluje odečítat dosaženou napínací sílu přímo v kN. Testovány byly šrouby se šestihrannou hlavou dle DIN 931 (DIN EN 24014) v rozměrech M42 x140 mm pevnostní třídy 8.8 (obr. 5) s k tomu příslušícími maticemi a podložkami.

Přípravné kroky - šrouby, podložky a matice byly očištěny a pro zkoušení ošetřeny různými kluznými potahy (obr. 6 a 7), různými šroubovými a montážními pastami. Jeden šroub nebyl ošetřen, resp. byl použit ve stavu dodání.
Zkoušené šrouby byly vloženy do tlakového přípravku Loadcell a hlava šroubu zajištěna proti protáčení korunkovým klíčem (65 mm). Potom byly podložky a matice ručně našroubovány až na dosedací plochy (obr. 3). Dále byl nasazen hydraulický klíč a zkušební postup pro každý šroub vícekrát (6 x) zopakován (obr. 8).

Výsledky
Zkoušeny byly následující ošetření a maziva:

S utahovacím momentem 2 032 Nm byly dosaženy následující napínací síly:

Z naměřených hodnot utahování jsou určeny následující hodnoty rozptylu - tab. 3
Stř. hodnoty koeficientu tření mohou být přiřazeny jednotlivým zkouškám - tab. 4

Diskuse - Zhodnocení
Předložené výsledky testů dokumentují, že jednotlivé systémy potahování, past, resp. tukové systémy dosahují charakteristických a s předešlými zkouškami srovnatelných výsledků.

Zhodnocení jednotlivých systémů:
· Zkouška s čistým a nenamazaným šroubem byla přerušena. Extrémně vysoký rozptyl při dosažených silách vylučuje jeho praktické nasazení. K povolení pevně zakousnutého šroubu bylo nutné použít mnohonásobně zvýšeného momentu. U zkoušeného šroubu došlo na povrchu závitu i dosedacích plochách k přenosu materiálu a význačným rýhám (záděrům) na povrchu.

· U zkoušeného na vzduch schnoucího kluzného laku (zkouška B) bylo na základě jeho nízkých hodnot koeficientu tření dosaženo vysoké napínací síly při nízkém rozptylu. Tyto hodnoty bylo možné dosáhnout prostřednictvím mechanické a chemické předúpravy povrchu šroubu a použitím vysokovýkonného kluzného laku. Hodnoty rozptylu pod 10 % (5,59 %) jsou spolehlivé a vynikající hodnoty pro výpočty šroubů, přičemž skutečný rozptyl hodnot tření leží níže než naměřené hodnoty, neboť zjištěné hodnoty rozptylu zde ještě obsahují nepřesnosti na dosedacích plochách (matice/podložka) a poškození závitu.
· Systém kluzného laku vytvrzovaného v peci (zkouška C) a tím odolného olejům a tukům rovněž vykazuje velmi vysoké napínací síly při nepatrném rozptylu.
· Pasty (zkouška D a C) dávají v závislosti na použitém tuhém mazivu stejné, avšak relativně nízké napínací síly. Bylo dále zjištěno, že při ne zcela optimálním očištění, resp. nedostatečném (nestejnoměrném) nanesení pasty dojde k vysokému zvýšení hodnot rozptylu.
· Mazání pouze „tukem" za pomoci univerzálního plastického maziva nepřináší žádné použitelné hodnoty (zkouška F).

Závěr
V úvodu nastíněná problematika při šroubových spojích je řešitelná při pečlivě vybrané předúpravě a ošetření šroubů, matic a podložek.
Požadovaný vztah „utahovací moment a napínací síla" je při těchto hodnotách a rozptylech velmi dobře zjistitelný při nasazení technologie utahování, jako mazání a technika šroubování. Prostřed- nictvím definovaných, konstantních a počitatelných hodnot tření je možné určení dosažených napínacích sil i v praxi. Použitím kluzných laků je dodatečně lépe využitelný prostor použití šroubů, kde z důvodů snížení třecích odporů v závitu dochází také ke snížení torzního namáhání a tím je možné podstatné zvýšení napínací síly.
Z těchto důvodů je potom možné použít levnější materiál při výrobě šroubů a nebo šrouby menších rozměrů pro stejné případy použití.

Text: Ing. Andreas Wessely
Ing. Zdeněk Nacházel

Späť