Kołki napinające – przegląd budowy i zastosowania

Kołki napinające lub kołki sprężynowe to mechaniczne elementy mocujące wykonane ze stali sprężynowej. Elementy te bezpiecznie i niezawodnie łączą komponenty oferując pewien stopień elastyczności. Są one łatwe w instalacji i zapewniają równomierne rozłożenie obciążenia na powierzchni kołka i otworu. Są powszechnie stosowane w wielu branżach i zastosowaniach i są szczególnie przydatne w zastosowaniach, w których wymagane jest trwałe połączenie bez użycia śrub lub innych elementów mocujących.

Czym są kołki napinające?

Kołki napinające, znane również jako kołki sprężynowe, należą do grupy połączeń śrubowych i kołkowych. Są używane do bezpiecznego i niezawodnego mocowania komponentów. Kołki napinające są często używane wraz z innymi mocowaniami, takimi jak śruby lub wkręty. Ponadto są one stosowane w różnych branżach, takich jak przemysł motoryzacyjny i inżynieria mechaniczna.

Kołki napinające są wykonane ze stali sprężynowej, która jest formowana w prawie zamkniętą rurę lub spiralę. Działanie sprężyny zapewnia, że kołek napinający można ścisnąć bez odkształceń plastycznych. Efekt zaciskania jest możliwy dzięki tendencji stali sprężynowej do zachowania jej pierwotnego kształtu. Stopień kompresji, jaki mogą osiągnąć kołki napinające, zależy od materiału i średnicy wybranej do danego zastosowania. Ponadto, stożkowy ukos na jednym lub obu końcach kołka napinającego ułatwia instalację.

Aby połączyć dwa elementy za pomocą śruby napinającej, należy wywiercić otwór o odpowiedniej dopuszczalnej tolerancji w obu częściach w żądanym miejscu i wprowadzić kołek napinający. Kołek napinający będzie mocno utrzymywać oba elementy razem. Kołek napinający można wprowadzić za pomocą odpowiedniego młotka, jednej prasy arborowej (wciskanie wspomagane) lub specjalnych maszyn do automatycznego wprowadzania i montażu.

Główną zaletą kołków napinających jest ich zdolność do przenoszenia dużych sił ścinających bez konieczności stosowania specjalnych warunków instalacji ani złożonych tolerancji dopasowania. W porównaniu z kołkami ustalającymi, kołkami napinającymi lub sprężynami łączącymi kilka elementów, tuleje zaciskowe mają tę zaletę, że małe błędy odległości środkowej są kompensowane elastycznie. Element sprężynowy zapewnia precyzyjne pozycjonowanie nawet w przypadku oscylacji i wibracji.

Specjalne cechy kołków napinających

Kołki napinające są wykonane ze stali sprężynowej i są naprężone podczas instalacji ze względu na ich działanie sprężynowe. W porównaniu z innymi rodzajami stali, stal sprężynowa charakteryzuje się wyraźnymi właściwościami sprężystymi. Kołki napinające wykonane ze stali sprężynowej mogą być wygięte do pewnego punktu, a następnie elastycznie powracać do pierwotnego stanu bez trwałego odkształcenia. Stal sprężynowa ma korzystne połączenie wytrzymałości na rozciąganie i wytrzymałości zmęczeniowej, charakteryzuje się wysokim wydłużeniem przy pęknięciu i obszarem przy pęknięciu, a zatem jest szczególnie elastyczna. Wysoka granica elastyczności jest osiągana dzięki specjalnym stopom.

Rodzaje kołków napinających

Są różne rodzaje kołków napinających, z których każdy nadaje się do różnych zastosowań. MISUMI oferuje szereg kołków napinających z rozciętych i spiralnych ze stali lub stali nierdzewnej.

Wydrążone kołki ustalające

Wydrążone kołki ustalające lub kołki sprężyste rozcięte są pustymi w środku komponentami bezłbowymi z wydłużoną szczeliną wzdłuż całej długości. Przednie strony są ścięte lub zaokrąglone, aby ułatwić instalację. Te kołki sprężynowe są produkowane z kontrolowaną średnicą zewnętrzną, która jest nieco większa niż otwory, do których mają być wprowadzone.

Obie połówki rozciętego kołka napinającego są ściskane podczas instalacji, więc główne działanie sprężyny jest skoncentrowane w obszarze naprzeciwko szczeliny. Po instalacji na wewnętrzną ścianę otworu wywierany jest stały nacisk. Dzięki tej elastyczności kołki napinające można stosować przy większych tolerancjach średnic otworów.

Po lewej stronie na ilustracji widać kołek napinający z rowkiem zębatym. Odstępy między zębami zapewniają, że zęby zazębiają się, gdy połówki kołka są dociskane do siebie. Sprzyja to okrągłości kołka, a jednocześnie minimalizuje uch boczny podczas wibracji.

Spiralne kołki sprężynowe

Spiralne kołki sprężynowe różnią się od konwencjonalnych kołków napinających tym, że mają spiralne zwoje i nie mają żadnych otworów bocznych. Konstrukcja ta pozwala na równomierne rozłożenie naprężenia wzdłuż zwojów zewnętrznych. Ta właściwość jest nie tylko korzystna podczas montażu, ale także przyczynia się do zwiększonej trwałości połączenia. Dzięki temu kołek bardziej równomiernie pochłania nacisk.

Gdy kołki spiralne są wprowadzane do otworu, kompresja rozpoczyna się od krawędzi zewnętrznej i przesuwa się do wewnątrz przez zwoje. Rezultatem jest równomierny rozkład obciążenia oraz stała siła ścinająca i elastyczność, niezależnie od kierunku, w którym przykłada się siłę. Nawet po instalacji kołki sprężynowe cewki mogą być dalej ściskane, a tym samym pochłaniają wstrząsy i wibracje.

Lekki typ i ciężka wersja

Innym czynnikiem odróżniającym kołki napinające jest połączenie wytrzymałości i elastyczności. Zbyt mocny kołek napinający będzie wymagał większej siły do zainstalowania i może uszkodzić otwór otworu ze względu na jego sztywność. Z drugiej strony zbyt elastyczny kołek może przedwcześnie ulec zmęczeniu podczas użytkowania i wypaść z powodu wibracji lub podobnych czynników. Kołek napinający o optymalnej równowadze między wytrzymałością, elastycznością a średnicą może znacznie wydłużyć żywotność podłączonych komponentów.

Aby zapewnić optymalny wybór pod względem wytrzymałości i elastyczności, oprócz wersji standardowej produkuje się także kołki typu lekkiego i w wersji ciężkiej.

Kołki napinające typu lekkiego są mniej wytrzymałe niż wersja ciężka. Kołki napinające typu lekkiego ustępują nawet przy niższych obciążeniach, a kołki napinające o dużej wytrzymałości wytrzymują większe obciążenia bez deformacji. Kołki napinające typu lekkiego są wykorzystywane w zastosowaniach, w których występują niższe obciążenia, a elastyczność jest ważniejsza. Z kolei kołki napinające o dużej wytrzymałości są używane w zastosowaniach, w których wymagane są wysokie obciążenia i wytrzymałość, np. w inżynierii mechanicznej. Średnie kołki napinające, znane również jako typ standardowy, są tak zwanym wariantem pośrednim. Są one na ogół większe i bardziej wytrzymałe niż lekkie kołki napinające, ale mniejsze i mniej solidne niż kołki napinające o dużej wytrzymałości.

Rozcięte kołki sprężynowe typu lekkiego są znormalizowane według normy ISO 13337 (DIN 7346), a wersja ciężka według normy ISO 8252 (zastępuje DIN 1481). Kołki napinające spiralne o standardowej budowie są znormalizowane zgodnie z normą ISO 8750 (odpowiadającą normie DIN 7343), a wersja ciężka zgodnie z normą ISO 8748 (odpowiadającą normie DIN 7344).

Kształty i wymiary – odpowiedni wybór kołków napinających

Niezależnie od cech budowy objaśnionych powyżej, kołki napinające różnią się także kształtem fazowania. Kołki napinające mogą mieć fazkę tylko po jednej stronie lub po obu stronach. Sfazowanie ułatwia wciskanie kołka i pomaga wyśrodkować go w otworze. W zależności od zastosowania należy wybrać żądany kształt skosu.

Także średnica nominalna odgrywa rozstrzygającą rolę w wyborze właściwego kołka napinającego. Nominalna średnica otworu, w którym osadza się kołek napinający powinna odpowiadać nominalnej średnicy kołka napinającego. Należy również wziąć pod uwagę odpowiednie arkusze danych tolerancji otworów. Podczas montażu rozciętych kołków napinających należy upewnić się, że boki rowka nie stykają się z otworem podczas wkładania kołka do otworu montażowego.

Pełny przegląd można znaleźć tutaj.

Przykłady zastosowań kołków napinających

Kołki napinające mogą być używane na wiele różnych sposobów w inżynierii mechanicznej. Przykłady zastosowań kołków napinajacych:

W tym zastosowaniu obrabiany przedmiot jest przesuwany do wymaganej pozycji za pomocą zespołu przesuwnego. Wózka prowadzącego nie można wyciągnąć, bo zatrzymują go kołki ograniczające (tutaj kołki napinające). Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej o tym zastosowaniu i wyświetlić je jako animację.

To zastosowanie przedstawia montaż i demontaż zębatego kołka napinającego. Do montażu nie są potrzebne żadne gwintowane otwory, a kołek napinający można w razie potrzeby usunąć bezpośrednio za pomocą ściągacza do kołków.

W sklepie internetowym MISUMI znajdziesz wiele innych elementów maszyn, takich jak kołki cylindryczne, kołki utrzymujące wysokość lub pierścienie ustalające, które są przydatne podczas instalacji kołków napinających. Do nabycia są także inne elementy mocujące wykonane z materiałów najwyższej klasy.