Połączenia śrubowe – na co zwracać uwagę podczas ich projektowania

połączenie śrubowe © Hytorc

Udostępnij:

Spędzają sen z powiek wielu konstruktorom maszyn, jednak w niektórych aplikacjach okazują się niezbędne. Dlatego warto wiedzieć, jakie pułapki niosą ze sobą połączenia śrubowe i jak uniknąć błędów podczas ich projektowania.

 

  • Sprawny proces tworzenia połączeń śrubowych wymaga specjalistycznej wiedzy z różnych działów.
  • Istotna jest również wiedza z zakresu narzędzi oraz sposobu ich użytkowania podczas montażu połączeń śrubowych.
  • Mniejsza masa pojedynczej śruby może przełożyć się na istotne odchudzenie konstrukcji całej maszyny, a w konsekwencji nawet na uzyskanie przewagi nad konkurencją.
  • Względy praktyczne powinny być uwzględniane na pierwszym miejscu podczas projektowania połączeń śrubowych.
  • Profesjonalna analiza połączeń śrubowych pozwoli zredukować liczbę błędów, które mogą generować znaczne koszty.

 



Powodów, dla których duża część konstruktorów uznaje połączenia śrubowe za zło konieczne, jest co najmniej kilka. Po pierwsze, śruby, podkładki i nakrętki wymagają uwzględnienia sporej przestrzeni montażowej; po drugie, podczas skręcania mogą powstawać błędy i wady niewidoczne gołym okiem, a po trzecie – po kilku latach użytkowania danego detalu połączenie śrubowe często można rozłączyć tylko siłą, nierzadko niszcząc przy tym w sposób nieodwracalny jego elementy.

Dlatego warto zawczasu skorzystać z porad ekspertów w tej dziedzinie, którzy znają typowe słabe strony połączeń śrubowych, ale też wiedzą, jakie triki zastosować, aby im przeciwdziałać. Triki te można sprowadzić do pięciu podstawowych wskazówek.

1. Inwestycja w wiedzę szybko się zwróci

Aby stworzyć niezawodne połączenie śrubowe, trzeba mieć szeroką wiedzę na temat jego specyfiki, a także zaangażować w jego projektowanie specjalistów z różnych działów.

Należy jak najszybciej nawiązać współpracę z działem konstrukcyjnym, działem montażu oraz producentami śrub i narzędzi do skręcania. Może to bowiem w znacznym stopniu usprawnić proces tworzenia połączenia, i to nawet w przypadku dużych śrub – wyjaśnia Ulrich Oehms, kierownik ds. technicznych w firmie Hytorc Seis.

połączenie śrubowe
Z punktu widzenia konstrukcji maszyny optymalnie przygotowane połączenie śrubowe w połączeniu z odpowiednią metodą dokręcania może przynieść wymierne korzyści.
źródło: Hytorc

Poczynione początkowo inwestycje w know-how zwracają się z nawiązką w czasie użytkowania maszyny: odpowiednio zaprojektowane połączenie śrubowe zwiększa bowiem jej bezpieczeństwo i niezawodność, redukuje wagę i koszty całego systemu, a także zapewnia oszczędności cennej przestrzeni. Co równie istotne – a w ostatnim czasie coraz istotniejsze – redukcji ulegają także nakłady na serwisowanie. A przy dobrym rozplanowaniu pozycji montażowej śruby można także uniknąć tak nielubianych, bo drogich i trudno dostępnych narzędzi specjalnych.

2. Podkładka zamiast podpory reakcyjnej w połączeniach śrubowych

Do zaprojektowania trwałego połączenia śrubowego nie wystarczy jednak tylko wiedza z zakresu konstruowania połączeń. Konieczna jest także bardzo dobra znajomość narzędzi oraz sposobu ich użytkowania podczas montażu i/lub demontażu maszyn i systemów.

W przypadku śrub o wielkości od M24 musimy zmierzyć się z dodatkowym wyzwaniem. Narzędzia do skręcania operujące dużym momentem obrotowym wymagają bowiem zastosowania podpory reakcyjnej, która w dodatku musi być stabilnie zamocowana w wybranej pozycji przez cały czas skręcania – wyjaśnia Ulrich Oehms.

Dlaczego? Otóż, każda, nawet niewielka zmiana pozycji podpory rejestrowana jest przez czujniki nowoczesnych wkrętarek jako kąt obrotu, a w przypadku dokręcania w zakresie sprężystym (SGA) błędnie interpretowana jako „osiągnięcie granicy sprężystości” – z fatalnymi skutkami dla trwałości połączenia.

połączenie śrubowe
Specjalna podpora reakcyjna jest drogim narzędziem. Można jednak z niej zrezygnować, jeśli konstruktor od początku dobrze zaprojektuje połączenie.
źródło: Hytorc

W efekcie decyzja, gdzie zamocować mocowanie podpory reakcyjnej, urasta do rangi prawdziwego wyzwania. Problem ten można jednak łatwo rozwiązać, zastępując podporę specjalną podkładką kontrującą. Podkładka zapobiega obracaniu się śruby wraz z nią, co dodatkowo eliminuje konieczność stosowania kluczy kontrujących. A jednocześnie zwiększa naprężenie wstępne śruby, zapobiegając rozpraszaniu sił, oraz redukuje – i to znacznie – moment dokręcający, poprawiając tym samym bezpieczeństwo pracy. Co więcej, można ją zastosować w każdej chwili.

3. „Odchudzone“ połączenia śrubowe

Odpowiednio skonstruowane połączenie śrubowe może także znacznie zoptymalizować wykorzystanie maszyn i urządzeń. Weźmy za przykład firmę Liebherr – jednego z największych producentów maszyn budowlanych na świecie. Przedsiębiorstwu udało się zwiększyć ładowność swojej betoniarki 50M5XXT o, bagatela, 400 kg – wszystko dzięki odpowiednio skonstruowanym połączeniom śrubowym.

W opisywanym modelu przedsiębiorstwo zastosowało metodę dokręcania w zakresie sprężystym, dzięki czemu mogło ograniczyć wielkość śrub łożyska wieńcowego ze stosowanego wcześniej rozmiaru M30 do M24. A to z kolei pozwoliło obniżyć wagę i zoptymalizować konstrukcję całego łożyska. Mniejsza masa śrub kilogram do kilograma złożyła się na drastyczną redukcję wagi całego systemu, zapewniając przedsiębiorstwu znaczną przewagę nad konkurencją.

Aby połączenia śrubowe poddawane tak dużym obciążeniom mogły spełniać najwyższe wymagania względem bezpieczeństwa i niezawodności, konieczny jest bardzo staranny montaż śrub. A do tego potrzeba nie tylko wyszkolonych konstruktorów, ale także wysoko wykwalifikowanych monterów.

Równie istotna jest możliwość uzyskania fachowego doradztwa producenta śrub, a także dostęp do odpowiednich narzędzi, takich jak system sterowania procesem skręcania. W trakcie trwania procesu dokręcania system tego typu kontroluje, dokumentuje i archiwizuje wszystkie parametry procesowe, takie jak moment obrotowy, kąt obrotu, rozciąganie czy ciśnienie, umożliwiając tworzenie niezawodnych połączeń śrubowych.

4. Aspekty praktyczne na pierwszym miejscu

Często podczas projektowania połączenia śrubowego konstruktorzy zapominają, że trzeba je zamontować, nie mówiąc już o ewentualnym demontażu – zauważa Ulrich Oehms.



Ów brak odniesienia do praktyki jest widoczny zwłaszcza w przypadku projektowania rozmieszczenia śrub względem sąsiednich powierzchni: nierzadko są one zlokalizowane w projekcie tak blisko nich, że problemem staje się wprowadzenie w tę przestrzeń bita, a co dopiero całego narzędzia.

połączenie śrubowe
Tutaj konstruktor zapomniał zostawić odpowiednią przestrzeń na demontaż śruby do celów serwisowych. Tego typu błędy należy zawczasu eliminować.
źródło: Hytorc

Co prawda niektóre przedsiębiorstwa dysponują katalogami standardów konstrukcyjnych, w których określone są minimalne odległości dla połączeń śrubowych, ale rzadko kiedy są one uzupełniane o nowe modele narzędzi. A to powoduje, że ich aktualność pozostawia wiele do życzenia. Największym problemem jest zaś fakt, że konstruktorzy prawie nigdy nie uwzględniają konieczności zastosowania podpory reakcyjnej, która w przypadku momentów obrotowych rzędu 100 000 Nm jest po prostu niezbędna.

Aby więc odpowiednio skonstruować połączenie śrubowe, trzeba się wiele nauczyć. Pomocą w tym zakresie mogą nam służyć zewnętrzni specjaliści z zakresu tworzenia tego typu połączeń.

5. Analiza połączenia śrubowego minimalizuje ryzyko błędu

Szybki postęp techniczny powoduje, że rosną także wymagania względem połączeń śrubowych. Z tego względu ich projektanci coraz częściej nie mogą sobie pozwolić na rezygnację z fachowego doradztwa. W przeciwnym razie zaczynają bowiem mnożyć się błędy, które mogą generować znaczne koszty, utrudnienia, a w najgorszym wypadku kosztować kogoś życie. Dlatego aby się przed nimi zabezpieczyć, najlepiej zawczasu przeprowadzić profesjonalną analizę połączenia.

Na rynku działa wielu dostawców, którzy oprócz samych śrub i narzędzi oferują także profesjonalne doradztwo w zakresie najlepszej metody montażu – i to już na etapie prac konstrukcyjnych. Analiza taka obejmuje nie tylko kwestie techniczne i prawne, ale także poziom kwalifikacji pracowników. Może mieć on bowiem istotny wpływ na stabilność i bezpieczeństwo całego procesu.

Po 30 latach pracy w tej branży mogę z całego serca polecić taką analizę. Jeśli przedsiębiorstwo wdroży wszystkie zalecenia zewnętrznego eksperta, efekt zawsze będzie optymalny. A to wpływa pozytywnie nie tylko na jakość pracy maszyn i urządzeń, ale także na wizerunek marki – podsumowuje Ulrich Oehms.

Artykuł ten ukazał się w czasopiśmie

Udostępnij:

Drukuj



Peter Königsreuther




TOP w kategorii






Chcesz otrzymać nasze czasopismo?
Zamów prenumeratę
Zobacz również