Šrouby jsou nedílnou součástí mnoha mechanických zařízení a konstrukcí a umožňují spojování a upevňování různých součástí. Závity však nabízejí větší rozmanitost, než se na první pohled zdá. Byly vyvinuty různé konstrukce závitů, které vyhovují různým aplikacím a požadavkům. Pochopení různých typů závitů je důležité pro inženýry a techniky, aby si mohli vybrat optimální konfiguraci závitu pro daný úkol.
Základy závitů
Když se zabýváte závity, v podstatě se zabýváte spirálovou strukturou určenou k převodu rotačního pohybu na lineární nebo ke spojování objektů. Pochopení základních pojmů vám pomůže je identifikovat a efektivně používat.
Stoupání je vzdálenost mezi dvěma odpovídajícími body na sousedních závitech. Je klíčové pro montáž, protože shodné stoupání zajišťuje, že závity mohou správně zasunout.
Průměr šroubu udává jeho velikost. Větší průměr je největší průměr (d, D) závitu, zatímco menší průměr (d1, D1) je nejmenší.
Kořen je spodní část závitu – mezi dvěma boky závitu – a vrchol je horní část závitu.
Pojďme si povědět o stoupání závitu. Pokud máte závit s jedním chodem (jedna šroubovice), stoupání je stejné jako stoupání. U závitu s více chody (více než jedna šroubovice) se však stoupání rovná stoupání krát počet chodů.
Úhel závitu je úhel mezi boky závitu, který může ovlivnit pevnost a únosnost. U většiny běžných šroubů je tento úhel 60 stupňů, ale může se měnit.
Normy závitových systémů
Pochopení různých standardních závitů je nezbytné pro vaše projekty zahrnující šrouby a spojovací prvky. Pojďme se podívat na nejčastěji používané normy, abyste si vybrali ten správný typ pro vaši práci.
Unified Thread Standard (UTS)
Standard Unified Thread Standard je rozšířený, zejména ve Spojených státech a Kanadě. Zahrnuje závity UNC (Unified National Coarse) a UNF (Unified National Fine), které jsou určeny pro spojovací prvky s hrubým a jemným závitem. Tyto normy specifikují tvar závitu, úhel, průměr a stoupání (vzdálenost mezi závity).
- UNC: Běžně se používá tam, kde je potřeba rychlá montáž nebo demontáž.
- UNF: Poskytuje vyšší pevnost v tahu než hrubé závity; ideální pro přesné aplikace.
- UNEF: Unified National Extra Fine
Tyto závity mohou mít několik tříd uložení, od volného po pevné, aby splňovaly různé požadavky na montáž. Například 2A/2B je běžné uložení, kde 2A představuje vnější závit a 2B představuje vnitřní závit.
Adaptací standardu Unified Thread Standard je závit UNR. Zahrnuje malé a kontrolované zaoblení kořene závitu, což zvyšuje jeho odolnost proti únavě. Tato vlastnost je obzvláště důležitá pro aplikace, kde šroub podléhá cyklům zatěžování a odlehčování.
Metrický závitový standard
Norma pro metrické závity je mezinárodně uznávaný systém, který se vyznačuje svou jednoduchostí a efektivitou. Metrické závity se identifikují průměrem (v milimetrech) a stoupáním a dodávají se v hrubém i jemném provedení. Tato norma umožňuje snadnou výměnu součástí po celém světě.
- Hrubé závity: Pravidelné použití, když není nutné jemné seřizování šroubů.
- Jemné závity: Méně pravděpodobné, že budou křížené, a lepší pro aplikace vyžadující jemnější nastavení napětí.
Britské standardy
Britské normy zahrnují řadu typů závitů, jako například britský standardní závit Whitworth (BSW) a řadu závitů Britské asociace (BA). BSW je známý svým specifickým úhlem závitu a zaoblenými kořeny a vrcholy, což mu dodává odlišné profily závitů. Normy BA se často používají v přesných nástrojích a malých spojovacím prvcích.
- BSW: Profil závitu s úhlem závitu 55 stupňů, běžný u starších nebo těžkých strojů.
- BA: Jemné závity vhodné pro malé mechanismy, často se vyskytující v elektronice a modelářství.
Další normy pro závity
Kromě hlavních norem existují také specializované závity, jako například závity pro potrubní tvarovky nebo americká národní norma pro různé aplikace. Tyto normy splňují specifické požadavky, které nemusí být splněny rozšířenějšími kategoriemi.
- Speciální závity: Používají se pro aplikace, jako jsou těsné spoje potrubí nebo prostředí s jedinečným mechanickým namáháním.
Varianty designu závitu
Rovný vs. zúžený
Rovné závity si zachovávají stálý průměr a po celé délce tvoří válec. Jsou ideální pro upevňování tam, kde je prvořadé vyrovnání a odolnost vůči bočním silám. Zatímco kuželové závity se s postupem zužují do kužele, což zajišťuje pevnější utěsnění, běžně používané v aplikacích vyžadujících zadržení kapalin nebo plynů.
Rovnoběžný vs. kuželový
Rovnoběžné závity jsou typem rovného závitu, u kterého průměr zůstává od jednoho konce k druhému nezměněn. Tato konstrukce umožňuje šroubování součástí bez změny poměru průměrů, což je činí ideálními pro mnoho montážních operací. Naopak kuželové závity, analogicky ke kuželovým závitům, mají zmenšený průměr a jsou navrženy tak, aby vytvořily těsné utěsnění tím, že se samotný povrch závitu přizpůsobí tvaru kužele.
Levoruký vs. pravoruký
Směr, kterým se závit spirálovitě otáčí kolem válce, může být buď pravotočivý, nebo levotočivý. Pravotočivý závit je běžnější a utahuje se ve směru hodinových ručiček, zatímco levotočivý závit se utahuje proti směru hodinových ručiček. Druhý jmenovaný je méně častý a může se použít, když je třeba při šroubování působit proti síle, která má tendenci pravotočivý závit povolovat, například na levé straně pedálu jízdního kola.
Profily a tvary závitů
Na vaší cestě k pochopení závitů je nezbytné rozpoznat rozmanitost profilů a tvarů závitů, z nichž každý má specifické vlastnosti a použití. Nyní si probereme čtyři hlavní typy: V-závit, čtvercový závit, Acme závit a podepřený závit.
V-závit
Vaše zkušenosti se šrouby pravděpodobně zahrnují závit ve tvaru V, nejběžnější profil závitu charakterizovaný úhlem 60 stupňů. Najdete ho na většině upevňovacích šroubů a svorníků. Tento ostrý profil závitu ve tvaru V nabízí dobrou pevnost a snadno se vyrábí, takže je vhodný pro většinu běžných montážních úkolů.
Čtvercový závit
Čtvercové závity se vyznačují čtvercovým tvarem, jehož bok je kolmý k ose šroubu. Tyto závity jsou navrženy pro přenos síly a snižují tření ve srovnání se závity ve tvaru V. Obvykle se s nimi setkáte ve zvedácích, svěrácích a dalších mechanismech, kde je vyžadován efektivní pohyb.
Acme vlákno
Profil závitu Acme vyniká svým lichoběžníkovým tvarem, který představuje kompromis mezi pevností závitu ve tvaru V a nízkým třením čtvercových závitů. Jeho úhel boku 29 stupňů ho činí robustnějším a vhodnějším pro vysoká zatížení, která se často vyskytují u vodicích šroubů a mechanismů svěráků.
Opěrná nit
A konečně, závity Buttress mají trojúhelníkový profil s jedním svislým bokem a jedním šikmým bokem. Tato konstrukce umožňuje přenos vysoké síly v jednom směru a zároveň zachovává volný pohyb v druhém – což je běžné v aplikacích, jako jsou šroubové zvedáky a lisy, kde působí jednosměrné zatížení.
Mechanika a dynamika závitů
V oblasti závitů je pochopení souhry sil a výsledného pohybu zásadní. Zjistíte, že aplikovaný krouticí moment a výsledná síla jsou klíčové pro funkci závitů jako jednoduchého stroje i jako součásti ložiskových systémů.
Točivý moment a síla
Když na šroub působíte krouticím momentem, v podstatě jej otáčíte a vytváříte tak lineární pohyb. Tento krouticí moment se vypočítá jako síla působící v určité vzdálenosti od bodu otáčení, což je střední poloměr šroubu. Rovnice M = Wr tan(ϕs + α) představuje moment potřebný k překonání tření a vytvoření pohybu, kde:
- M je moment nebo krouticí moment.
- W je lineární síla působící na šroub.
- r je střední poloměr šroubu.
- ϕs je úhel tření šroubu.
- α je úhel stoupání závitu šroubu.
Tato lineární síla neboli zatížení šroubu se promítá do rotačního pohybu potřebného ke zvedání nebo spouštění šroubu, což ukazuje princip mechanické výhody v jednoduchých strojích.
Tření a opotřebení
Tření hraje významnou roli v dynamice závitů. Je to odpor, se kterým se jeden povrch nebo materiál setkává při pohybu po jiném. Zde je návod, jak se to projevuje:
- Úhel tření (ϕs): Tento úhel přispívá k pochopení toho, jak velký krouticí moment je potřeba k tomu, aby se šroub začal pohybovat. Vyšší tření znamená, že je potřeba větší krouticí moment.
- Opotřebení: Neustálá interakce mezi závity může vést k opotřebení, které ovlivňuje jak účinnost, tak životnost šroubu.
Pro minimalizaci opotřebení a prodloužení životnosti závitů:
- Mazání: Použijte vhodná maziva pro snížení přímého kontaktu kovů s kovem.
- Výběr materiálu: Pro závity použijte materiály s vysokou odolností proti opotřebení.
Nezapomeňte, že čím lépe zvládnete tření pomocí mazání a volby materiálu, tím plynulejší bude přechod z rotačního na lineární pohyb, což maximalizuje mechanickou výhodu vašich závitů.
Měření závitů a nástroje
Pro dosažení přesnosti u vašich projektů zahrnujících závitové spojovací prvky je zásadní přesně měřit závity. V tomto procesu hrají významnou roli průměr stoupání závitu a efektivní průměr. Zde je návod, jak tyto rozměry efektivně měřit pomocí specifických nástrojů.
Mikrometry a měřidla
Mikrometry fungují jako přesné měřicí přístroje, které se používají k získání přesného průměru vnějších závitů. Nástroj pracuje na principu měření průměr rozteče, což je průměr imaginárního válce, kde šířka závitu a vzdálenost mezi závity jsou stejné. Obecně se používají mikrometry s jemnými kroky, které umožňují dosáhnout vysokého stupně přesnosti.
- Mikrometrický měřič rozteče závitů: speciálně navržený pro měření průměru rozteče závitů.
- Závitové kalibry: nezbytné pro identifikaci profilu závitu na závitovém spojovacím prvku. Pomáhají ověřit stoupání nebo počet závitů na palec porovnáním zubů se závity.
| Typ | funkce |
|---|---|
| Mikrometr | Měří efektivní průměr vnějších závitů |
| Měřidlo stoupání závitu | Pomáhá určit počet závitů na palec (TPI) |
Soustruhy a stroje
Stejně důležité jsou soustruhy a další stroje, které slouží dvojímu účelu. Nejenže dokáží vytvářet závity řezáním, ale některé také dokáží vyrobené závity měřit. Používají se zejména pro výrobu vnějších i vnitřních závitů, a to vzhledem k jejich základnímu profilu. Mnoho moderních soustruhů je navíc vybaveno digitálními odečty, které poskytují přesné měření.
Pomocí mikrometrů, měřidel a obráběcího zařízení můžete přesně měřit a vytvářet závity, které odpovídají specifikacím vašeho projektu.
Speciální tvary závitů
Ve světě závitování slouží speciální tvary závitů přesným účelům. Setkáte se s jedinečnými konstrukcemi přizpůsobenými pro bezpečné spoje a aplikace s vysokou pevností. Pojďme se podívat na některé specializované závity, které byste mohli ve svých projektech použít.
Trubkové závity
S trubkovými závity se často setkáváte při práci na instalatérských nebo kapalinových systémech. Tyto závity jsou navrženy tak, aby poskytovaly těsné utěsnění, a obvykle mají kužel, který při zašroubování vytváří těsnější uchycení. Nejběžnějšími normami pro tyto závity jsou NPT (National Pipe Taper) a BSPT (British Standard Pipe Taper). Každá z nich má různé úhly a průměry závitu, díky čemuž jsou vhodné pro specifické použití.
- Závity NPT: Běžné v Severní Americe, díky svému zúženému profilu těsně těsní.
| Velikost závitu NPT | Vnější průměr | TPI |
|---|---|---|
| 1/8 ″ NPT | 0.405" | 27 |
| 1/4 ″ NPT | 0.540" | 18 |
| 3/8 ″ NPT | 0.675" | 18 |
| 1/2 ″ NPT | 0.840" | 14 |
| 3/4 ″ NPT | 1.050" | 14 |
- Závity BSPT: Používají se převážně v Evropě a Asii a mají také kuželovitý tvar pro těsnění kapalin.
| Velikost závitu BSP | Vnější průměr | TPI |
|---|---|---|
| 1/16 palce BSP | 7.7 mm / 0.304′′ | 28 |
| 1/8 palce BSP | 9.7 mm / 0.383′′ | 28 |
| 1/4 palce BSP | 13.16 mm / 0.518′′ | 19 |
| 3/8 palce BSP | 16.66 mm / 0.656′′ | 19 |
| 1/2 palce BSP | 20.99 mm / 0.825′′ | 14 |
| 5/8 palce BSP | 22.99 mm / 0.902′′ | 14 |
Poloměr paty, konstrukční prvek některých tvarů závitů, ovlivňuje pevnost závitu. Je to malé zakřivení na dně drážky závitu, které dokáže absorbovat napětí a snížit možnost praskání při zatížení.
Manipulace s nitěmi a jejich použití
Při práci se závity je zásadní porozumět specifikám upevňování a úrovním záběru mezi vnějším a vnitřním závitem. Správná technika zajišťuje dlouhou životnost a spolehlivost závitových spojů.
Upevnění a zajištění
Upevňování je proces spojování předmětů pomocí šroubů, vrutu nebo podobných typů spojovacích prvků. Zde je návod, jak to správně provést:
- Vyberte správný spojovací prvek: Přizpůsobte vnější závit (šroub nebo šroub) odpovídajícímu vnitřnímu závitu (matice nebo závitový otvor).
- Přesné zarovnání: Začněte ručně, abyste zabránili křížovému provlékání.
- Správné utažení: K utažení spojovacích prvků použijte správný nástroj; nadměrné utažení může způsobit stržení závitů, zatímco nedostatečné utažení může vést k uvolnění spoje.
Termín zvedací šroub označuje typ šroubu používaného v elektronice k zajištění rozteče nebo k zajištění součástí, jako jsou konektory. Použití dělené matice, která je rozdělena na dvě části a omotá se kolem hřídele bez nutnosti závitování konce, může usnadnit opravy tam, kde je demontáž obtížná.
Zapojení nití
Závitový závit se vztahuje k hloubce, do které se vnější závity propletou s vnitřními závity. Pro dosažení správného záběru:
- Zajistěte hloubku: Hloubka zasunutí by obvykle měla být alespoň rovna průměru šroubu nebo vrutu.
- Zkontrolujte kvalitu závitu: Poškozený nebo znečištěný závit může ohrozit jeho správné uchycení.
| Funkce zapojení | Detail |
|---|---|
| Minimální zapojení | Rovný průměru spojovacího prvku |
| Stav závitu | Musí být čisté a nepoškozené |
| Kontrola zapojení | Ověřte vizuálně a manuálním hmatem |
Těsné uchycení závitů je zásadní. Při utahování byste měli cítit odpor, který značí, že závity jsou v plném kontaktu. Dbejte na to, abyste závity nestrhli příliš silným utahováním.
Závěrem lze říci, že existuje několik běžných typů závitů používaných pro různé účely na základě faktorů, jako je mechanické namáhání, výrobní omezení a požadovaná přesnost. Metrické a unifikované závity jsou nejrozšířenější pro obecnou mechanickou montáž. Specializované tvary závitů, jako jsou opěrné, Acme a čtvercové závity, řeší potřeby v oblastech, jako je těžké strojírenství, lineární pohyb a vysoce pevné spoje.
Pro lepší čitelnost je zde stručný formulář:
| Typ závitu | KLÍČOVÉ VLASTNOSTI |
|---|---|
| Standardní závity | Zvětšený průměr malé rozteče a pevnost hřídele; Vyšší pevnost; Zvýšená lineární síla pro stejný točivý moment; Snížený lineární pohyb na otáčku; Přijaté normalizované rozměry |
| Čtvercové závity | Nižší počet závitů na axiální vzdálenost; Zvýšená upínací rychlost; Nízké tření; Vysoká účinnost přenosu výkonu; Snížený menší průměr rozteče a pevnost; Obtížná výroba |
| Vlákna ACME | Trapézový tvar závitu; Vysoká nosnost; Vysoká účinnost přenosu výkonu; Používá se ve svěrácích, zvedácích, upínacích zařízeních, vodicích šroubech |
| Opěrné nitě | Zkosený přítlačný bok; Odolává vysokému axiálnímu zatížení; Zabraňuje uvolnění v důsledku vibrací nebo tepelné roztažnosti/smršťování; Používá se ve svěrácích, C-svěrkách, zvedácích |
| Ostré V-závity | Obtížná výroba; Snadno se poškodí; Jeden řezný nástroj může vytvářet různé stoupání |
| Sjednocená vlákna | Běžný tvar závitu v USA; Několik sjednocených sérií závitů |
Úhel závitu, stoupání a profil ovlivňují jeho výkon. Výběr správného typu závitu maximalizuje funkčnost a zároveň zabraňuje poruchám. S neustálým vývojem mechanických systémů se mohou objevit i nové konstrukce závitů. Celkově vzato, uplatňování principů závitového inženýrství pomáhá zajistit, aby byly součásti spolehlivě upevněny pro své zamýšlené použití.