Śruba została prawidłowo dokręcona, a mimo to po pewnym czasie połączenie zaczyna się luzować. To częsty problem w maszynach, urządzeniach, pojazdach i konstrukcjach poddawanych drganiom lub zmiennym obciążeniom.
Przyczyną nie jest jednak samo „trzęsienie” śruby. Kluczowe znaczenie mają mikroruchy między łączonymi elementami i stopniowa utrata siły zacisku. Jeśli połączenie zaczyna przesuwać się poprzecznie względem osi śruby, może dojść do niewielkich obrotów śruby lub nakrętki. Powtarzane przez tysiące cykli prowadzą do coraz większej utraty napięcia połączenia. Mechanizm ten był przedmiotem klasycznych badań Gerharda Junkera i do dziś stanowi podstawę badań odporności połączeń śrubowych na samoczynne luzowanie.
Jak temu zapobiec?
- Zacząć od właściwego napięcia połączenia
Pierwszym zabezpieczeniem śruby nie jest dodatkowa podkładka, lecz prawidłowa siła zacisku.
Podczas dokręcania śruba nieznacznie się wydłuża i działa jak sprężyna, dociskając łączone elementy do siebie. Dopóki siła tarcia pomiędzy ich powierzchniami jest wystarczająca, elementy nie przesuwają się względem siebie i ryzyko samoczynnego odkręcania jest znacznie mniejsze.
Problem pojawia się między innymi wtedy, gdy śruba została dokręcona zbyt słabo, powierzchnie połączenia uległy osiadaniu lub obciążenia poprzeczne są na tyle duże, że elementy zaczynają się przemieszczać.
Dlatego nawet najlepsze zabezpieczenie nie powinno zastępować prawidłowego doboru śruby, momentu dokręcania i wymaganej siły wstępnego napięcia.
- Podkładki samoklinujące – gdy połączenie pracuje pod wpływem silnych drgań
Jednym ze sposobów zabezpieczenia połączeń narażonych na drgania są podkładki samoklinujące, takie jak Nord-Lock.
System składa się z pary podkładek posiadających z jednej strony ząbki, a z drugiej specjalnie ukształtowane powierzchnie klinowe. Ząbki opierają się o powierzchnię elementu i łeb śruby lub nakrętkę, natomiast próba obrotu powoduje ruch pomiędzy klinami.
Ponieważ kąt powierzchni klinowych jest większy niż kąt wzniosu gwintu, próba odkręcenia powoduje wzrost naprężenia w połączeniu. W praktyce mechanizm przeciwdziała samoczynnemu obrotowi śruby lub nakrętki.
Takie rozwiązanie znajduje zastosowanie przede wszystkim w połączeniach poddawanych silnym drganiom, zmiennym obciążeniom i cyklicznej pracy.
W ofercie TMC znajdują się m.in. standardowe podkładki Nord-Lock, wersje poszerzone SP oraz stożkowe Nord-Lock serii X.
- Podkładki zabezpieczające SCHNORR – połączenie sprężystości i zazębienia
Innym rozwiązaniem są podkładki zabezpieczające SCHNORR typu S i VS.
Mają kształt zbliżony do sprężyny talerzowej oraz ząbkowane powierzchnie. Dzięki temu wykorzystują jednocześnie działanie sprężyste i mechaniczne zazębienie z powierzchnią współpracującego elementu.
Producent przewiduje typ S do standardowych zastosowań ze śrubami do klasy 8.8, natomiast wzmocniony typ VS jest przeznaczony również do połączeń wymagających większego napięcia wstępnego, w tym ze śrubami klasy 10.9.
W testach drganiowych według metody Junkera podkładki SCHNORR zachowują siłę wstępnego napięcia znacznie lepiej niż klasyczne podkładki sprężyste.
- Preaplikacja nylonowa na gwincie
Nie zawsze konstrukcja pozwala zastosować dodatkową podkładkę. Jednym z rozwiązań może być wtedy śruba z fabrycznie naniesioną preaplikacją zabezpieczającą.
TMC oferuje między innymi śruby ISO 4762 klasy 8.8 z preaplikacją nylonową KLF.
Materiał naniesiony miejscowo na gwint zwiększa opór podczas wkręcania i przeciwdziała niekontrolowanemu obrotowi śruby. Rozwiązania tego typu są objęte wymaganiami DIN 267-28 dotyczącymi funkcjonalnych powłok zabezpieczających nanoszonych na gwinty śrub i wkrętów.
To interesująca opcja szczególnie tam, gdzie potrzebne jest kompaktowe zabezpieczenie bez dokładania kolejnego elementu do połączenia.
A co z klasyczną podkładką sprężystą?
Podkładki sprężyste, np. DIN 127, są powszechnie stosowane i również znajdują się w ofercie TMC. Nie należy jednak traktować ich jako uniwersalnego zabezpieczenia każdego połączenia narażonego na silne drgania.
W badaniach połączeń poddawanych obciążeniom poprzecznym klasyczne podkładki sprężyste wykazują znacznie słabsze utrzymanie napięcia wstępnego niż rozwiązania projektowane specjalnie do zabezpieczania połączeń dynamicznych, takie jak podkładki klinujące czy odpowiednio dobrane podkładki zabezpieczające.
Dlatego sposób zabezpieczenia powinien odpowiadać rzeczywistemu charakterowi obciążenia, a nie wynikać wyłącznie z przyzwyczajenia konstrukcyjnego.
Samo mocniejsze dokręcenie nie zawsze rozwiązuje problem
Jeżeli śruba regularnie się luzuje, rozwiązaniem nie powinno być automatycznie zwiększenie momentu dokręcania.
Zbyt duży moment może prowadzić do przeciążenia śruby, uszkodzenia gwintu lub przekroczenia dopuszczalnego napięcia. Najpierw należy ustalić, dlaczego połączenie traci siłę zacisku, a następnie dobrać sposób zabezpieczenia odpowiedni do warunków pracy.
