Různé typy závitů šroubů

Šrouby jsou nedílnou součástí mnoha mechanických zařízení a konstrukcí a umožňují spojování a upevňování různých součástí. Šroubové závity jsou však rozmanitější, než se na první pohled zdá. Byly vyvinuty různé konstrukce šroubových závitů, které vyhovují různým aplikacím a požadavkům. Pochopení různých typů závitů je pro inženýry a techniky důležité pro výběr optimální konfigurace závitu pro daný úkol.

Základy šroubových závitů

Pokud se zabýváte závity šroubů, jde v podstatě o šroubovicovou strukturu určenou k převodu rotačního pohybu na lineární nebo k upevnění předmětů k sobě. Pochopení základních pojmů vám pomůže je identifikovat a efektivně používat.

Rozteč je vzdálenost mezi dvěma odpovídajícími body na sousedních závitech. Je rozhodující pro montáž, protože shodné stoupání zajišťuje správný záběr závitů.

Průměr šroubu vypovídá o jeho velikosti. Hlavní průměr je největší průměr (d、D) závitu, zatímco menší průměr (d1、D1) je nejmenší.

Kořen je spodní část vlákna - mezi dvěma boky vlákna - a hřeben je vrchol vlákna.

Promluvme si o vedení šroubového závitu. Pokud máte závit s jedním počátkem (jedna šroubovice), je předstih stejný jako stoupání. U závitu s více počátky (více než jedna šroubovice) se však předstih rovná stoupání krát počet počátků.

Úhel závitu je úhel mezi boky závitu, který může ovlivnit pevnost a nosnost. U většiny běžných šroubů je tento úhel 60 stupňů, ale může se lišit.

Standardy systému závitů

Znalost různých standardních závitů je pro vaše projekty zahrnující šrouby a spojovací materiál zásadní. Prozkoumejme nejčastěji používané normy a ujistěme se, že jste pro svou práci vybrali správný typ.

Jednotný standard závitů (UTS)

Standard Unified Thread je rozšířený zejména ve Spojených státech a Kanadě. Zahrnuje závity UNC (Unified National Coarse) a UNF (Unified National Fine), které jsou určeny pro hrubé a jemné závity. Tyto normy určují tvar závitu, úhel, průměr a stoupání (vzdálenost mezi závity).

• UNC: Běžně se používá tam, kde je nutná rychlá montáž nebo demontáž.
• UNF: Poskytuje vyšší pevnost v tahu než hrubé závity; ideální pro přesné aplikace.
• UNEF: Jednotná národní mimořádná pokuta

Tyto závity mohou mít více tříd uložení, od volných až po těsné, aby splňovaly různé požadavky na montáž. Například 2A/2B je běžné uložení, kde 2A představuje vnější závit a 2B představuje vnitřní závit.

Úpravou standardu Unified Thread Standard je vlákno UNR. Obsahuje malé a kontrolované zaoblení kořene závitu, které zvyšuje jeho odolnost proti únavě. Tato vlastnost je klíčová zejména pro aplikace, kde bude šroub procházet cykly zatěžování a odlehčování.

Standard metrického závitu

Metrický závitový standard je mezinárodně uznávaný systém, který se vyznačuje jednoduchostí a účinností. Metrické závity se označují průměrem (v milimetrech) a stoupáním a dodávají se ve variantách hrubých a jemných závitů. Tento standard umožňuje snadnou výměnu součástí na celém světě.

• Hrubé závity: Pravidelné použití, když není potřeba jemné nastavení šroubů.
• Jemná vlákna: Vhodné pro aplikace vyžadující jemnější nastavení napětí.

Britské normy

Britské normy zahrnují řadu typů závitů, například závit British Standard Whitworth (BSW) a závity British Association (BA). Závit BSW je známý svým specifickým úhlem závitu a zaoblenými kořeny a hřebeny, což dává závitu výrazné profily. Standardy BA se často používají v přesných nástrojích a spojovacích prvcích malých rozměrů.

• 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 jsou závity pro potrubní tvarovky nebo americká národní norma pro různé aplikace. Tyto normy splňují specifické požadavky, které nemusí být splněny u rozšířenějších kategorií.

• Speciální vlákna: Používají se pro aplikace, jako jsou netěsné potrubní spoje nebo prostředí s jedinečným mechanickým namáháním.

Varianty konstrukce závitů

Přímý vs. kuželový

Přímé závity si zachovávají stálý průměr a po celé délce tvoří válec. Jsou ideální pro upevnění, kde je nejdůležitější vyrovnání a integrita proti bočním silám. Zatímco kuželové závity se s postupem zužují jako kužel a zajišťují těsnější utěsnění, běžně se používají v aplikacích vyžadujících zadržení kapalin nebo plynů.

Rovnoběžný vs. kuželový

Rovnoběžné závity jsou typem přímých závitů, jejichž průměr se od jednoho konce k druhému nemění. Tato konstrukce umožňuje šroubovat součásti k sobě, aniž by se změnil poměr průměrů, a je tak ideální pro mnoho montážních operací. Naproti tomu kuželové závity, které jsou obdobou kuželových závitů, zmenšují svůj průměr a jsou navrženy tak, aby vytvářely těsnění nepropouštějící kapaliny tím, že se povrch závitu sám přizpůsobí tvaru kužele.

Levá ruka vs. pravá ruka

Směr, kterým se závit stáčí kolem válce, může být pravotočivý nebo levotočivý. Pravotočivý závit je běžnější a utahuje se ve směru hodinových ručiček, zatímco levotočivý závit se utahuje proti směru hodinových ručiček. Druhý způsob je méně obvyklý a může se používat v případech, kdy je třeba šroubovat proti síle, která má tendenci pravotočivý závit vyšroubovat, například na levé straně pedálu jízdního kola.

Profily a tvary závitů

Na cestě za pochopením šroubových závitů je nezbytné rozpoznat různé profily a tvary závitů, z nichž každý má specifické vlastnosti a použití. Nyní si probereme čtyři základní typy: V závit, čtyřhranný závit, závit Acme a tupý závit.

Závit V

Vaše zkušenosti se šrouby pravděpodobně zahrnují závit ve tvaru V, nejběžnější profil závitu, který se vyznačuje úhlem 60 stupňů. Najdete je na většině upevňovacích šroubů a vrutů. Tento ostrý V-závit nabízí dobrou pevnost a snadno se vyrábí, takže je vhodný pro většinu obecných montážních úkolů.

Čtvercový závit

Čtyřhranné závity se vyznačují čtvercovým tvarem závitu, jehož bok je kolmý k ose šroubu. Tyto závity jsou určeny k přenosu síly a snižují tření ve srovnání s V-závity. Obvykle se s nimi setkáte ve zvedácích, svěrácích a dalších mechanismech, kde je zapotřebí efektivní pohyb.

Závit Acme

Profil závitu Acme vyniká lichoběžníkovým tvarem, který představuje kompromis mezi pevností závitu ve tvaru V a nízkým třením čtvercového závitu. Díky úhlu boku 29 stupňů je robustnější a vhodný pro velká zatížení, která se často vyskytují u olověných šroubů a svěrákových mechanismů.

Vlákno Buttress

Závity Buttress mají trojúhelníkový profil s jedním svislým a jedním šikmým bokem. Tato konstrukce umožňuje vysoký přenos síly v jednom směru při zachování volného pohybu v druhém směru - běžné v aplikacích, jako jsou šroubové zvedáky a lisy, kde je přítomno jednosměrné zatížení.

Mechanika a dynamika závitů

V oblasti šroubových závitů je zásadní porozumět vzájemnému působení sil a výslednému pohybu. Zjistíte, že působící 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 kroutíte a vytváříte lineární pohyb. Tento točivý moment se vypočítá jako síla působící ve vzdálenosti od bodu otáčení, což je střední poloměr šroubu. Rovnice M = Wr tan(ϕs + α) představuje moment nebo točivý moment potřebný k překonání tření a vytvoření pohybu, kde:

• M je moment nebo točivý moment.
• W je lineární síla působící na šroub.
• r je střední poloměr šroubu.
• ϕs je úhel tření šroubu.
• α je úhel stoupání závitu.

Tato lineární síla neboli zatížení šroubu se promění v otáčivý pohyb potřebný ke zvedání nebo spouštění šroubu, což ukazuje princip mechanické výhody jednoduchých strojů.

Tření a opotřebení

Tření hraje významnou roli v dynamice šroubových závitů. Je to odpor, na který naráží jeden povrch nebo materiál při pohybu po jiném. Zde se dozvíte, jak se na něm podílí:

• Úhel tření (ϕs): Tento úhel přispívá k pochopení toho, jak velký krouticí moment je zapotřebí, aby se šroub začal pohybovat. Větší tření znamená, že je zapotřebí větší točivý moment.
• Opotřebení: Neustálá interakce mezi závity může vést k opotřebení, které ovlivňuje účinnost i životnost šroubu.

Minimalizuje opotřebení a prodlužuje životnost šroubových závitů:

1. Mazání: Pro omezení přímého kontaktu kovu s kovem použijte vhodné mazivo.
2. Výběr materiálu: Pro závity používejte materiály s vysokou odolností proti opotřebení.

Pamatujte, že čím lépe zvládnete tření pomocí mazání a volby materiálu, tím plynulejší bude přechod z rotačního na lineární pohyb, čímž maximalizujete mechanickou výhodu závitů.

Měření závitů a nástroje

Chcete-li dosáhnout přesnosti v projektech, které zahrnují závitové spojovací prvky, je nezbytné přesně měřit závity. Významnou roli při tom hraje průměr stoupání závitu a efektivní průměr. Zde se dozvíte, jak můžete tyto rozměry efektivně měřit pomocí specifických nástrojů.

Mikrometry a měřidla

Mikrometry slouží jako přesný měřicí přístroj, který se používá k určení přesného průměru vnějšího závitu. Nástroj funguje tak, že měří průměr rozteče, což je průměr pomyslného válce, kde šířka závitu a prostor mezi závity jsou stejné. Obecně se setkáte s mikrometry měřícími v jemných krocích, které umožňují dosáhnout vysokého stupně přesnosti.

• Roztečný mikrometr: je určen zejména k měření roztečného průměru šroubových závitů.
• Závitové měrky: nezbytné pro identifikaci profilu závitů na závitovém spojovacím prvku. Pomáhají ověřit stoupání nebo počet závitů na palec porovnáním zubů se závity.

Soustruhy a stroje

Podobně důležité jsou soustruhy a další stroje, které slouží dvojímu účelu. Nejenže dokáží vytvářet závity řezáním, ale některé z nich mají také schopnost měřit vyrobené závity. S ohledem na jejich základní profil se používají zejména k výrobě vnějšího i vnitřního závitu. Mnoho moderních soustruhů je navíc vybaveno digitálními odečítači, které umožňují přesné měření.

Pomocí mikrometrů, měřidel a obráběcích zařízení můžete přesně změřit a vytvořit závity, které odpovídají specifikacím vašeho projektu.

Speciální formuláře závitů

Ve světě závitování slouží speciální formy závitů k přesným účelům. Setkáte se s jedinečnými konstrukcemi přizpůsobenými pro bezpečné spoje a vysoce odolné aplikace. Pojďme se podívat na některé specializované závity, které můžete použít ve svých projektech.

Trubkové závity

Při práci na instalatérských systémech nebo systémech pro manipulaci s kapalinami se často setkáváte s trubkovými závity. Tyto závity jsou navrženy tak, aby zajišťovaly těsnost, a obvykle mají kužel, aby při bližším zašroubování těsněji přiléhaly. Nejběžnějšími standardy pro tyto závity jsou NPT (National Pipe Taper) a BSPT (British Standard Pipe Taper). Každý z nich má jiný úhel a průměr závitu, díky čemuž jsou vhodné pro specifické použití.

• Závity NPT: V Severní Americe jsou běžné a díky svému kuželovému profilu těsní.

• Vlákna BSPT: Tyto závity se používají převážně v Evropě a Asii a mají také kuželový tvar pro těsnění kapalin.

Poloměr kořene, konstrukční prvek některých forem nití, ovlivňuje pevnost nitě. Je to malé zakřivení na dně drážky závitu, které může absorbovat napětí a snížit možnost vzniku trhlin při zatížení.

Zacházení s vlákny a jejich používání

Při práci se šroubovými závity je důležité pochopit specifika upevnění a úrovně záběru mezi vnějšími a vnitřními závity. Správná technika zajišťuje dlouhou životnost a spolehlivost závitových spojů.

Upevnění a zajištění

Upevňování je proces spojování předmětů pomocí šroubu, vrutu nebo podobných typů spojovacích prvků. Zde se dozvíte, jak jej správně provést:

• Zvolte správný upevňovací prvek: Vnější závity (šrouby nebo vruty) porovnejte s příslušnými vnitřními závity (matice nebo závitové otvory).
• Přesné zarovnání: Začněte ručně, abyste zabránili křížení závitů.
• Vhodně je utáhněte: Přílišné utažení může způsobit stržení závitů, zatímco nedostatečné utažení může vést k uvolnění spoje.

Pojem šroub jack označuje typ šroubu používaný v elektronice k zajištění rozteče nebo k upevnění součástí, jako jsou konektory. Použití dělené matice, která je rozdělena na dvě části, aby se obtočila kolem hřídele, aniž by se musel závit na konci, může usnadnit opravy v případech, kdy je demontáž obtížná.

Zapojení do vlákna

Záběr závitu označuje hloubku, v níž se vnější závity prolínají s vnitřními závity. Pro dosažení správného záběru:

• Zajistěte hloubku: Obvykle by hloubka záběru měla být alespoň stejná jako průměr šroubu nebo svorníku.
• Zkontrolujte kvalitu závitu: Poškozené nebo znečištěné závity mohou zhoršit jejich uchycení.

Rozhodující je těsnost uložení mezi závity. Při utahování byste měli cítit odpor, což znamená, že závity jsou v plném kontaktu. Dbejte na to, aby nedošlo k přetržení závitů silným utažením.

Závěrem lze říci, že existuje několik běžných typů šroubových závitů, které se používají 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 závity typu buttress, Acme a čtyřhranné závity, odpovídají potřebám v oblastech, jako jsou těžké stroje, lineární pohyby a vysokopevnostní spoje.

Zde je stručná forma pro čtení:

Úhel, stoupání a profil závitu ovlivňují jeho výkonnost. Výběr správného typu závitu maximalizuje funkčnost a zároveň zabraňuje poruchám. S dalším vývojem mechanických systémů se mohou objevit i nové konstrukce závitů. Celkově lze říci, že uplatňování zásad závitového inženýrství pomáhá zajistit spolehlivé upevnění součástí pro jejich zamýšlené použití.