Rodzaje gwintów
Podstawowym pojęciem, związanym z powstawaniem gwintu jest linia śrubowa. Jest to krzywa przestrzenna, opisana na pobocznicy walca lub stożka (rys. 4.1) przez
punkt poruszający się ruchem jednostajnym wzdłuż tworzącej walca lub stożka przy stałej prędkości obrotowej walca lub stożka. W przypadku walca powstawanie linii śrubowej
można sobie łatwo wyobrazić jako, nawijanie na walec linii prostej, stanowiącej przeciwprostokątną trójkąta prostokątnego.
Rys. 4.1. Linia śrubowa nawinięta na walcu i na stożku
Źródło: http://www.m.krasinski.zax.pl/Pomoce/WykladPolaczeniaGwintowe.pdf
Rozróżniamy linię śrubową prawą i lewą. Linia śrubowa jest nazywana:
- prawą – gdy linia, na którą patrzymy wzdłuż osi linii śrubowej oddala się od nas w wyniku obrotu zgodnego z obrotem wskazówek zegara,
- lewą – gdy linia na którą patrzymy wzdłuż osi linii śrubowej oddala się od nas w wyniku obrotu przeciwnego do ruchy wskazówek zegara.
Gwint – bryła, powstająca przez wycięcie bruzd (rowków) o określonym kształcie wzdłuż linii śrubowej. Powstałe występy oraz bruzdy, obserwowane w płaszczyźnie
przechodzącej przez oś gwintu, tworzą zarys gwintu.
Zarys gwintu tworzy więc linia konturowa przekroju osiowego gwintu. Zarysy najpopularniejszych gwintów jednokrotnych pokazano na rys. 4.2. W zależności od zarysu rozróżnia
się gwinty:
- trójkątne (rys. 4.2a),
- trapezowe symetryczne (rys. 4.2b) i niesymetryczne (rys. 4.2c),
- prostokątne (rys. 4.2d),
- okrągłe (rys. 4.2e).
Na rys. 4.2 wysokość gwintu H może różnić się od wysokości zarysu gwintu h3. Wymiary nominalne gwintu śruby i nakrętki, podane w normach są oparte na zarysie
nominalnym, wspólnym dla gwintu zewnętrznego (śruby) i wewnętrznego (nakrętki).
Na rys. 4.3 pokazano wzajemne położenie skojarzonych ze sobą rzeczywistych gwintów śrub i nakrętek.
Wymiary rzeczywiste gwintów różnią się od wymiarów nominalnych (rys. 4.3A – dla zarysu trójkątnego metrycznego M, rys. 4.3B – dla zarysu trapezowego symetrycznego Tr, rys. 4.3C – dla zarysu trapezowego niesymetrycznego S) m.in. o wartość promieni, zmniejszających szerokość powierzchni roboczej gwintu oraz o różnice wynikające z tolerancji gwintu (zależnej od przeznaczenia gwintu i przyjętej klasy gwintu) i niedokładności obróbki.
Rys. 4.2. Zarysy gwintów z uwzględnieniem wysokości gwintu H i wysokości zarysu gwintu h3
Źródło: Rutkowski A., Części maszyn, Wydawnictwo WSiP, Warszawa 1986.
Rys. 4.3. Parametry zarysów gwintów śrub i nakrętek
Źródło: Rutkowski A., Części maszyn, Wydawnictwo WSiP, Warszawa 1986.
Do podstawowych parametrów gwintu, pokazanych na rys. 4.2 i 3, należą:
d – średnica gwintu śruby (średnica zewnętrzna śruby);
D – średnica dna wrębów nakrętki (dla gwintu trapezowego symetrycznego – D4);
d1 – średnica rdzenia śruby (dla gwintu trapezowego symetrycznego – d3);
D1 – średnica otworu nakrętki;
d2 – średnica podziałowa śruby;
D2 – średnica podziałowa nakrętki D2= d2;
H – wysokość gwintu
h3 – wysokość zarysu gwintu
P – podziałka gwintu, odpowiadająca podziałce linii śrubowej (w gwintach jednokrotnych P=Ph);
Ph – skok gwintu (rys. 4.2 i 3) w gwintach wielokrotnych (Ph= n·P, gdzie n – krotność gwintu);
α – kąt zarysu gwintu, mierzony między bokami zarysu α=αr+αp (suma roboczego i pomocniczego kąta);
γ – kąt wzniosu gwintu równy wzniosowi linii śrubowej.
Pozostałe wymiary gwintów (wysokość zarysu gwintu, promienie zaokrągleń, luz wierzchołkowy itd.) są podane w normach w zależności od podziałki gwintu.
Na rys. 4.4 pokazano gwinty jednokrotny i wielokrotne, dla przykładowego prostokątnego zarysu gwintu.
Do najbardziej rozpowszechnionych gwintów należą gwinty trójkątne: metryczne i rurowe walcowe oraz trapezowe: symetryczne i niesymetryczne. Gwinty można podzielić na kilka grup:
a) zwykłe, drobne (drobnozwojne) i grube (grubozwojne);
b) prawe i lewe;
c) jednokrotne (pojedyncze – rys. 4.4a) i wielokrotne (dwukrotne – rys. 4.4b, trzykrotne – rys. 4.4c, itd.).
Rys. 4.4. Gwint prostokątny jednokrotny i wielokrotne
Źródło: http://slideplayer.pl/slide/804907/#
Gwinty zwykłe stosowane są najczęściej w elementach niezbyt dokładnych, produkowanych seryjnie lub masowo. Podziałka gwintów drobnych jest mniejsza od podziałki gwintów zwykłych o tej samej średnicy. Z uwagi na mniejszą głębokość gwintu są one stosowane w celu zwiększenia średnicy rdzenia śruby; są nacinane na tulejach, rurach itd. Cechuje je także wysoka samohamowność (mały kąt γ), zabezpieczająca połączenie przed luzowaniem.
Gwinty grube stosuje się w zarysach trapezowych przy d ≥ 22 mm, głównie w połączeniach spoczynkowych często odkręcanych.
Najczęściej stosuje się gwinty prawe. Gwinty lewe stosuje się, np., w niektórych elementach obrabiarek gdy użycie gwintu prawego powoduje samoczynne luzowanie połączenia, bądź jako jeden z gwintów tzw. nakrętki rzymskiej itp.
Gwinty jednokrotne stosuje się głównie we wszystkich połączeniach spoczynkowych, m.in. ze względu na ich samohamowność, zabezpieczenie przed luzowaniem, łatwiejsze i tańsze wykonanie itd.
W gwintach wielokrotnych występuje kilka początków (wejść) poszczególnych zwojów gwintu. Zwoje są równoległe do siebie, a ich początki są rozstawione symetrycznie na obwodzie walca lub stożka (np. w gwincie 3krotnym co 120°). Dla gwintów wielokrotnych określa się skok gwintu Ph, równy podziałce danej linii śrubowej, oraz podziałkę gwintu P, tzn. odległość między jednakowymi punktami sąsiednich zwojów, mierzoną równolegle do osi gwintu. Gwinty wielokrotne są stosowane w połączeniach ruchowych, gdzie wymagane jest duże przesunięcie przy jednym obrocie śruby, duża sprawność, niesamohamowność itp.
Gwint metryczny jest podstawowym znormalizowanym gwintem złącznym. Do jego zalet należy duża wytrzymałość ze względu na duży kąt gwintu. Natomiast wadami gwintu są niedokładne osiowanie oraz niska sprawność.
Gwint trapezowy symetryczny ma środkowanie na, powierzchniach bocznych, a kąt zarysu α=30°. Gwint trapezowy symetryczny jest stosowany w mechanizmach silnie obciążonych, pracujących rzadziej i przy małej prędkości (śruby dźwigników śrubowych i wrzecion zaworów), jak również w śrubach przenoszących duże obciążenie w obu kierunkach (śruby pociągowe tokarek). Zaletą takiego gwintu jest możliwość kompensacji luzów wzdłużnych (powstających wskutek zużycia gwintu) za pomocą regulowanej nakrętki rozciętej.
Gwint trapezowy niesymetryczny ma środkowanie na zewnętrznej powierzchni śruby, a kąt powierzchni roboczej αr= 3°. Dzięki takiemu małemu kątowi sprawność gwintu jest duża (przy odpowiednim kierunku ruchu). Jeszcze mniejszy kąt byłby niekorzystny ze względów technologicznych. Kąt powierzchni pomocniczej jest αp= 30° Gwint niesymetryczny cechuje duży promień zaokrąglenia dna wrębu zarysu, co znacznie zmniejsza spiętrzenie naprężeń.
Gwint trapezowy niesymetryczny jest stosowany przy jednostronnym działaniu dużych sił, przy dużej prędkości, gdy wymagana jest duża sprawność i wytrzymałość zmęczeniowa (śruby w połączeniach ruchowych pras śrubowych, zaciskowych urządzeń walców, haków, dźwigów itp.).
Gwint prostokątny - jest stosowany w połączeniach ruchowych. Cechuje się największą sprawnością, ale i najmniejszą wytrzymałością. Gwinty te nie zostały znormalizowane. Podziałkę P i średnicę nominalną d wyznacza się na podstawie normy gwintów trapezowych symetrycznych.
Gwint okrągły – posiada zaokrąglony zarys przez co charakteryzuje się dużą wytrzymałością zmęczeniową i statyczną. Jest stosowany w połączeniach spoczynkowych często rozłączanych oraz narażonych na zanieczyszczenia i korozję, m.in. w złączach wagonowych, hakach żurawi, przewodach pożarniczych, elektrotechnice.
Opracowano na podstawie materiałów KOWEZIU.
