Zabezpieczenie połączeń śrubowych przed odkręceniem

Zanim wybierzesz sposób, żeby zabezpieczyć śrubę przed odkręceniem, ustal, dlaczego połączenie traci siłę. Mechanizmy są dwa i każdy ma inne lekarstwo.

Samoodkręcanie opisał w 1969 r. Gerhard Junker. Jego stanowisko — śruba napięta, płyta przesuwana poprzecznie, siła w śrubie mierzona w trakcie — jest dziś znormalizowane jako test Junkera w DIN 65151 i ISO 16130. Wniosek najważniejszy dla praktyki: poślizg poprzeczny jest kluczowy w tym mechanizmie samoodkręcania. Brak zaobserwowanego obrotu nie wyklucza jednak utraty docisku przez osiadanie lub inne procesy.

Stąd kolejność działań: najpierw usuń przyczynę — za małe napięcie, za krótki zacisk, za dużo styków — dopiero potem dobierz element zabezpieczający, i to taki, który działa na właściwy mechanizm. Producenci łączników dzielą je na trzy grupy: przeciw osiadaniu, przed odkręceniem (element utrzymuje napięcie mimo drgań — w ich klasyfikacji co najmniej ok. 80 % napięcia montażowego) i przed utratą (napięcie może zniknąć, ale nakrętka nie spadnie).

Napięcie wstępne robi dwie rzeczy naraz. Dociska części tak mocno, że tarcie przenosi siły poprzeczne bez poślizgu, i rozciąga śrubę jak sprężynę, która nadrabia osiadanie. Wymaga procedury uwzględniającej klasę, tarcie i powierzchnie; sama tabela momentów lub obecność klucza dynamometrycznego nie potwierdza uzyskanej siły.

Nakrętka samohamowna — w katalogu także samozabezpieczająca, w warsztacie nazywana samokontrującą — ma część, która ciasno obejmuje gwint śruby: wkładkę z poliamidu albo celowo odkształconą końcówkę. Opór obrotu działa niezależnie od napięcia, więc nakrętka nie spadnie nawet wtedy, gdy połączenie straci siłę. Wymagania funkcjonalne stalowych nakrętek samohamownych podaje ISO 2320.

Karty norm: DIN 985, DIN 982, DIN 980 V, DIN 934 BiLoc. W katalogu: nakrętki DIN 985, DIN 982, DIN 980 V, nakrętki kołnierzowe samohamowne.

Czego nakrętka samohamowna nie robi: nie utrzymuje napięcia. Producenci łączników zaliczają ją do zabezpieczeń przed utratą — połączenie może się poluzować i stracić większość siły, ale nakrętka zostaje na śrubie.

Para podkładek sklejonych stronami klinowymi. Od zewnątrz mają promieniowe żebra, które przy dokręcaniu wciskają się w łeb lub nakrętkę i w podłoże, więc jedyny możliwy ruch zostaje między klinami. Kąt klinów jest większy niż kąt wzniosu gwintu: próba odkręcenia rozpiera podkładki i zamiast luzować, zwiększa napięcie w śrubie. Mechanizm klinowy nie znika wskutek smarowania gwintu, ale tarcie nadal ma znaczenie dla nastawy momentu i uzyskanej siły. Żebra muszą oprzeć się na odpowiednich powierzchniach.

To zabezpieczenie przed odkręceniem — utrzymuje napięcie przy drganiach poprzecznych. Podkładki są hartowane na wskroś (≥ 465 HV wg karty normy AN 133), nadają się także do śrub 10.9 i 12.9 i mogą być użyte ponownie po kontroli stanu i zgodnie z instrukcją producenta. W katalogu: podkładki samoklinujące — AN 133 standardowe, AN 134 z powiększoną średnicą zewnętrzną, także w stali A4.

Asymetryczne ząbki lub żebra wcinają się przy dokręcaniu w podłoże; stroma ścianka zęba stoi naprzeciw kierunku odkręcania. To także zabezpieczenie przed odkręceniem, ale działa tylko wtedy, gdy zęby są wyraźnie twardsze od łączonych części — na powierzchni twardszej od zębów nie mają się w co wgryźć.

Podkładka Schnorr łączy ząbki z kształtem sprężyny talerzowej, więc nadrabia też niewielkie osiadanie. Producent przeznacza typ S (AN 131) do śrub do klasy 8.8, a grubszy typ VS (AN 132) — do klas 8.8 i 10.9. Tak samo działają śruby i nakrętki z ząbkowanym kołnierzem, bez osobnej podkładki.

Zabezpieczenie kształtowe: zawleczka przechodzi przez otwór w śrubie i przez wycięcia korony nakrętki. Nakrętka nie obróci się dalej niż do najbliższego wycięcia i nie spadnie — ale nic nie utrzymuje napięcia. To zabezpieczenie przed utratą, nie przed poluzowaniem. Karta normy DIN 935 przypisuje każdemu gwintowi wielkość zawleczki; zawleczki opisuje ISO 1234, dawniej DIN 94. W katalogu: zawleczki stalowe i nierdzewne.

Dwie nakrętki skręcone przeciw sobie napinają odcinek gwintu między nimi i kasują luz w gwincie. Metoda jest stara i tania, ale oceniana ostrożnie: jedni producenci łączników zaliczają kontrowanie do zabezpieczeń przed utratą, inni — do metod nieskutecznych przy drganiach. Badania drganiowe wyjaśniają tę rozbieżność: wynik zależy niemal wyłącznie od kolejności i dokręcenia.

W katalogu: nakrętki niskie DIN 439.

Kontrowanie nie jest uniwersalną procedurą procentową. Bolt Science wskazuje, że przy dużym sprężystym wydłużeniu śruby niska nakrętka umieszczona od strony pakietu może zostać przeciążona. Podane wyżej ¼–½ momentu pochodzi z opisu tej metody, a nie z procedury dla dowolnego złącza. Sprawdź długość, tolerancje i nośność nakrętek.

Klej anaerobowy utwardza się w gwincie bez dostępu powietrza, w kontakcie z metalem. Wypełnia luz między zwojami, więc gwint nie ma jak się przesunąć — to zabezpieczenie przed odkręceniem, które przy okazji uszczelnia połączenie. Ten sam mechanizm mają śruby z fabryczną powłoką mikrokapsułkowaną wg DIN 267-27, w której klej uwalnia się przy wkręcaniu.

Podkładka sprężysta, potocznie „grower”, miała działać jak sprężyna, która utrzymuje docisk. Przy śrubie 8.8 spłaszcza się jednak już przy niewielkiej części napięcia wstępnego i dalej leży jak zwykła podkładka — tyle że miękka i nierówna. Junker pokazał w 1969 r., że nie powstrzymuje ona samoodkręcania; późniejsze badania drganiowe wskazują, że potrafi je nawet przyspieszyć.

DIN wycofał normy tych podkładek: sprężystych DIN 127 i DIN 128, podatnych DIN 137, ząbkowanych DIN 6797 i wachlarzowych DIN 6798. Producenci łączników piszą wprost: elementy te nie zabezpieczają śrub wyższych klas przed odkręceniem i nie kompensują osiadania — nawet przy śrubach 5.6 i niższych zostają po prostu spłaszczone.

W katalogu nadal są podkładki sprężyste — DIN 127 B, DIN 6798 A — bo występują w istniejących rysunkach, instrukcjach serwisowych i przy naprawach. Kupuj je, gdy wymaga ich dokumentacja urządzenia. Jako zabezpieczenia przed odkręceniem nie polecamy ich w żadnej klasie śrub.