Nakrętki i śruby napinające

Prawidłowe dokręcenie śruby, lub nakrętki, o znacznych wymiarach (już od wielkości M24) przy pomocy standardowych ręcznych narzędzi przekracza możliwości przeciętnego pracownika - w takich przypadkach często stosuje „oprzyrządowanie pomocnicze” w postaci przedłużania ramienia klucza rurą lub ciężkiego młota.

Jednak w miarę wzrostu średnicy gwintu i ta metoda przestaje wystarczać – sięga się więc po mechaniczne multiplikatory momentu (drogie i wymagające znacznej przestrzeni manipulacyjnej) lub klucze hydrauliczne (jeszcze droższe i bardziej kłopotliwe w użyciu).

Stosuje się też różnego rodzaju rozwiązania zastępcze, takie jak wydłużenie montowanej śruby poprzez jej podgrzanie lub rozciągnięcie podczas montażu poprzez wywarcie siły poosiowej – sposoby te są jednak mało precyzyjne i często prowadzą do różnych komplikacji.

Im większa średnica połączenia gwintowego, tym bardziej dolegliwy staje się problem dokręcania.

Skutecznym lekarstwem na powyższe kłopoty jest system nakrętek i śrub napinających Screw Tensioning System (STS)

Ideą tego systemu jest zastąpienie jednego dużego momentu, potrzebnego do naprężenia klasycznego połączenia gwintowego, wieloma małymi momentami.

W tym celu w korpusie nakrętki lub łbie śruby, wykonuje się „wianuszek” otworów gwintowych o średnicy wielokrotnie mniejszej od średnicy gwintu głównego. Napinanie połączenia jest realizowane poprzez dokręcanie osadzonych w tych otworach śrub roboczych. Śruby te mają średnice od M6 do M20, a więc można je z łatwością dokręcić ręcznym kluczem dynamometrycznym.

Siły wywołane dokręcaniem śrub roboczych sumują się wywołując w rdzeniu śruby takie samo naprężenie, jakie powstałoby przy prawidłowym dokręceniu gwintu głównego w klasycznym połączeniu. Ta prosta idea została wsparta próbami wytrzymałościowymi i funkcjonalnymi, doborem odpowiednich materiałów oraz środków smarnych — w efekcie otrzymano całą gamę elementów złącznych zapewniających odpowiednią wytrzymałość i trwałość.

Od 1998 roku ZERKOPOL oferuje bogaty asortyment elementów systemu STS

Korzyści płynące z zastosowania elementów systemu STS nie ograniczają się jedynie do wielokrotnego zmniejszenia momentów potrzebnych do wywołania pożądanych naprężeń - najistotniejsze z nich to:

• brak względnego obrotu śruby i nakrętki podczas napinania połączenia gwintowego, a co za tym idzie brak zniszczeń spowodowanych tarciem gwintów śruby i nakrętki (gwint główny służy jedynie jako opór - naprężanie realizują śruby robocze) oraz brak naprężeń skręcających rdzeń śruby (możliwość przeniesienia większych naprężeń lub zastosowania elementu o mniejszej średnicy);

• stabilność naprężenia śruby głównej – relaksacja naprężeń jest kompensowana przez sprężystość elementów systemu STS, a szczególnie przez rozprężanie się śrub roboczych;
  
• równomierne obciążenie wszystkich nitek nakrętki - pod wpływem rosnącego obciążenia nakrętki systemu STS odkształcają się w taki sposób, że wszystkie nitki gwintu głównego są obciążone niemal jednakowo – w połączeniu klasycznym obciążenie to nie jest równomierne i występuje niebezpieczeństwo trwałego odkształcenia najbardziej obciążonych nitek;

• wydatne zmniejszenie pracochłonności montażu – dokręcenie kilku, kilkunastu, a nawet kilkudziesięciu śrub roboczych ręcznym kluczem dynamometrycznym trwa nieporównanie krócej niż napinanie gwintu głównego metodami klasycznymi – często przy użyciu ciężkich i nieporęcznych urządzeń;
  
• pewność demontażu – połączenia systemu STS zawsze się da zdemontować w taki sposób, że ani elementy wchodzące w skład połączenia, ani elementy z nimi współpracujące nie ulegną uszkodzeniu – nawet po wieloletniej eksploatacji;
  
• bardzo wysoka precyzja wywołania określonych naprężeń w połączeniu – dokładna kontrola momentu dokręcania śrub roboczych, małe straty na skutek tarcia;
  
• dopuszczalna odchyłka prostopadłości osi śruby do powierzchni oporowej to 2° – kompensowana niejednakowym wysunięciem śrub roboczych;

Od wielu lat pracownicy firmy ZERKOPOL zbierają doświadczenia i doskonalą konstrukcję oferowanych elementów.

Na podstawie analizy potrzeb klientów wypracowano szereg typowych rozwiązań, które są w stanie zaspokoić potrzeby klientów — w katalogu znajdziemy szereg typowych propozycji przeznaczonych do różnych aplikacji — w większości to śruby i nakrętki o wymiarach gwintu głównego od M16 do M160.

W przypadkach, gdy skorzystanie z rozwiązania katalogowego nie jest możliwe konstruktorzy firmy ZERKOPOL opracowują rozwiązania dostosowane do indywidualnych potrzeb klientów - większe średnice gwintów, ich dowolne zarysy (calowe, trapezowe itp.), nietypowe ukształtowanie elementów, łączenie elementów systemu w zespoły spełniające różnorodne funkcje, elementy przeznaczone do pracy w niskich (do -250°C) lub wysokich (do +700°C) temperaturach, wykonania ze stali niemagnetycznej, konstrukcje odporne na bardzo agresywne środowisko itp.

Jednym z ważnych zastosowań systemu STS jest łączenie elementów konstrukcji z wykorzystaniem tulei rozporowych — poniżej przykłady takich połączeń.

Najczęstsze zastosowania elementów systemu STS to pokrywy zbiorników ciśnieniowych, wielkie złącza kołnierzowe, korpusy przekładni, wały kompresorów, mocowanie tłoków siłowników hydraulicznych, śruby fundamentowe, korpusy turbin, kolumny wielkich pras oraz takie miejsca w różnych urządzeniach, w których ze względu na brak przestrzeni manipulacyjnej nie daje się zastosować klasycznego połączenia gwintowego.

Czy elementy systemu STS są drogie?

Kompleksowe porównanie cen wyrobów systemu STS z cenami śrub i nakrętek klasycznych nie jest łatwe. Trudno jednoznacznie stwierdzić, który z oferowanych produktów dokładnie odpowiada dostępnej w handlu śrubie czy nakrętce – na wybór elementu mają także wpływ takie czynniki jak specyficzne wymagania materiałowe, ograniczenia wymiarowe, stosowanie powłok ochronnych itp.

Ogólnie można stwierdzić, że cena elementu systemu STS jest wielokrotnie wyższa od ceny klasycznego elementu produkowanego na skalę masową. Jednakże w stosunku do klasycznych elementów produkowanych na małą skalę (lub jednostkowo) różnica cen ulega wydatnemu zmniejszeniu, a w przypadku wyrobów wielkogabarytowych – szczególnie wykonywanych ze specjalnych odkuwek – może całkowicie zaniknąć.

Należy pamiętać, że oprócz kosztu samego elementu złącznego trzeba brać pod uwagę również koszty montażu oraz eksploatacji — i to nie tylko w skali roku, a w perspektywie wieloletniej.

W analizie kosztów należy uwzględnić:

• fakt, że często dotychczas stosowane części złączne można zastąpić elementami systemu STS o mniejszej średnicy;
• większą trwałość i niezawodność elementów systemu STS;
• zmniejszenie pracochłonności montażu i demontażu — szczególnie to, że element systemu STS zawsze można zdemontować bez uszkodzenia i wykorzystać go powtórnie;
• ograniczenie kosztów oprzyrządowania (stosowanie mechanicznych multiplikatorów lub napinaczy hydraulicznych);

Po dogłębnej analizie może się okazać, że stosowanie elementów systemu STS warte jest zainteresowania – na co najlepszym dowodem jest wzrost zastosowań elementów tego systemu tak w Polsce, jak i w innych krajach mogących się poszczycić wysokim poziomem technicznym.