Połączenie sworzniowe – łączenie komponentów za pomocą sworzni cylindrycznych – metody/błędy

W tym artykule skupimy się szczegółowo na temacie połączeń sworzniowych w dziedzinie mechaniki. Przyjrzymy się bliżej formowanym częściom, takim jak śruby i sworznie, a także innym elementom złącznym i zabezpieczającym oraz decydującej roli, jaką odgrywają w połączeniach sworzniowych. Omówimy różne przykłady połączeń sworzniowych i ich potencjalne wady podczas łączenia komponentów.

Czym jest połączenie sworzniowe?

Połączenia sworzniowe i śrubowe są podzbiorem połączeń blokujących i na pierwszy rzut oka wydają się działać tak samo. Chociaż oba typy złączy są odłączalne i przypominają się wizualnie, różnią się sposobem działania. Podczas gdy połączenia sworzniowe są rozumiane jako blokujące tarcie, stałe połączenie, połączenia śrubowe generalnie zapewniają międzyblokowe, luźne połączenie. Zasada działania jest jednak taka sama. Otwór jest tworzony przez jeden lub więcej elementów, które są ze sobą połączone. Przez ten otwór wprowadzany jest sworzeń lub sworzeń zwrotnicy.

Na przykład, gdy ponadwymiarowy trzpień cylindra jest wciskany w otwór, powstaje tak zwane połączenie cierne lub stałe. Takie połączenie sworzniowe utrzymuje komponenty razem dzięki tarciu mechanicznemu i naciskowi między sworzniem a odpowiednimi otworami. Siła jest zatem przenoszona poprzez wytworzenie stabilnego, blokującego tarcie kontaktu między komponentami a elementem łączącym. Śruby są często używane do blokowania lub luźnych połączeń sworzniowych. Aby zapobiec poluzowaniu się śrub z powodu obciążeń podczas pracy, do zabezpieczenia osiowego wymagane są elementy blokujące.

Połączenia sworzniowe są używane w różnych zastosowaniach. Te stałe połączenia są bardzo powszechne w inżynierii mechanicznej. Komponenty są bezpiecznie połączone ze sobą poprzez wybranie stałego dopasowania.

Połączenia śrubowe służą do zabezpieczenia pozycji poprzez utworzenie połączenia blokującego. Połączenie to charakteryzuje się tym, że można je poluzować w sposób nieniszczący w przypadku braku obciążenia poprzez poluzowanie elementu blokującego, na przykład w celu umieszczenia przedmiotów obrabianych na stołach maszynowych lub urządzeniach w celu utrzymania ich stabilności podczas procesu obróbki lub ruchów obrotowych.

Jakie są przykłady połączeń sworzniowych?

W obszarze połączeń mechanicznych, sworznie i śruby odgrywają kluczową rolę i są wykorzystywane na wiele sposobów. Poniższe przykłady połączeń sworzniowych zawierają połączenia najczęściej używane w inżynierii mechanicznej i projektowaniu. Każde z tych złączy ma unikalne cechy i właściwości, które umożliwiają bezpieczne połączenie komponentów i optymalne przenoszenie siły. W kolejnych sekcjach przedstawimy krótki przegląd połączeń śrubowych, a następnie skupimy się na połączeniach sworzniowych.

Śruby

Śruby to łączniki blokujące, które można poluzować w sposób nieniszczący. Aby zapewnić, że połączenie nie zostanie poluzowane podczas pracy, istnieją różne wersje śrub do ich zabezpieczenia.

• (1) – Śruba ustalająca
• (2) – Śruba zawiasowa z dwustronnym rowkiem pierścieniowym
• (3) – Śruba z otworem na zawleczkę
• (4) – Śruby gwintowane

Śruby to elementy łączące, które służą do tworzenia luźnych lub przegubowych połączeń. Aby uniknąć niezamierzonego poluzowania śrub, są one używane w połączeniu z elementami ustalającymi, takimi jak podkładki ustalające, pierścienie ustalające lub zawleczki.

Sworznie cylindryczne

Jak sama nazwa wskazuje, sworznie cylindryczne to elementy łączące o cylindrycznym kształcie. Z reguły końce sworzni cylindrycznych są zaokrąglone lub ścięte.

• (1) – Sworzeń cylindryczny – ścięty po obu stronach
• (2) – Sworzeń stożkowy – zaokrąglony z gwintem wewnętrznym
• (3) – Sworzeń rowkowany
• (4) – Sworzeń napinający
• (5) – Sworzeń napinający o dużej wytrzymałości

Sworznie cylindryczne są używane do łączenia i zabezpieczania komponentów.

W zależności od specyfikacji produkcyjnej otworu sworznie cylindryczne mają tolerancję dopasowania, która waha się od łatwego do rozłączenia połączenia do trudnego do zwolnienia połączenia. Łatwo demontowalne połączenia są używane w przyrządach montażowych, podczas gdy trudne do rozłączenia połączenia są używane do trwałego łączenia komponentów.

Kołki ustalające wymagają precyzyjnych tolerancji dopasowania, aby spełniać swoją funkcję. Z reguły kołki ustalające są ponadwymiarowe i wciskane w otwór odbiorczy rozciągający się przez wszystkie części, które mają być połączone pod za pomocą siły. W zależności od tolerancji dopasowania połączenia te mogą być zaprojektowane w taki sposób, aby można je było z łatwością odłączyć lub były trwałe dzięki określonemu dopasowaniu wciskowemu kołków do otworu odbiorczego. Łatwo demontowalne połączenia kołkowe są szczególnie odpowiednie do zastosowań, w których wymagana jest częsta regulacja lub konserwacja. Takie połączenia nie są jednak generalnie odporne na wibracje. Niektóre kołki ustalające mają gwint wewnętrzny. Sworznie cylindryczne z gwintem wewnętrznym są zwykle używane tam, gdzie nie jest możliwe uszkodzenie kołka. Na przykład, jeśli sworzeń jest wpuszczony w otwór nieprzelotowy, gwint wewnętrzny umożliwia łatwiejszy demontaż za pomocą narzędzia do ściągania lub śruby ściągającej.

Inną ważną cechą jest twardość materiału – czy jest on utwardzony, czy nieutwardzony. Twardość jest bezpośrednio związana z obciążeniami. Zasadniczo sworzeń powinien być wykonany z twardszego materiału niż łączone części. Jeśli obciążenie sworznia jest wysokie, można również wykonać wzdłużny rowek odciążający.

Sworznie stożkowe

Sworznie stożkowe zawdzięczają nazwę unikalnemu kształtowi. Sworznie stożkowe to stożkowe elementy mocujące, które pasują do odpowiednich otworów i utrzymują części maszyn razem w rozłączalnych połączeniach.

Odpowiednie otwory należy również otworzyć na sworzniach stożkowych. Sworznie stożkowe są łatwe do poluzowania i dlatego nadają się do wielokrotnego montażu i demontażu. Ze względu na swój stożkowy kształt, sworznie stożkowe mogą kompensować zużycie lub rozszerzanie się otworów wynikające z częstego montażu i demontażu. Sworznie stożkowe są w stanie przenosić duże obciążenia osiowe i momenty obrotowe, dzięki czemu nadają się do zastosowań z dużymi obciążeniami. Sworznie stożkowe nie są odporne na wibracje. Wersje z gwintem wewnętrznym lub trzpieniem gwintowanym są również dostępne do zastosowań, w których nie jest możliwe wybicie trzpienia stożkowego.

Sworznie rowkowane

Sworznie rowkowane mają rowki lub wycięcia, które wystają z obu stron. To rowkowane wybrzuszenie jest elastycznie wciskane w rowek, gdy sworzeń rowkowany jest gwintowany w otworze o odpowiedniej klasie tolerancji.

Wynikające z tego promieniowe naprężenie sworznia rowkowanego względem ścianki otworu nie tylko zapewnia bezpieczne, odporne na wibracje mocowanie sworznia, ale także umożliwia ucieczkę uwięzionego powietrza. Sworzeń rowkowany może być również ponownie użyty po poluzowaniu bez utraty stabilnego mocowania. Podczas dopasowywania elementu i sworznia rowkowanego należy przestrzegać twardości materiału i tolerancji:

• Wytrzymałość sworznia rowkowanego musi być wyższa niż wytrzymałość łączonego elementu. W przeciwnym razie wybrzuszenie nie jest elastycznie odkształcane podczas łączenia, ale jest usuwane. Powoduje to ogromne osłabienie połączenia.
• Tolerancja otworu musi być dopasowana do połączenia jako tolerancja dopasowania. Otwór jest wiercony wiertłem z tolerancją dopasowania.

Sworznie napinające (sworznie sprężynowe)

Sworznie napinające lub sworznie sprężynowe to krótkie cylindryczne sworznie, które są napinane przez działanie sprężyny po umieszczeniu w otworze.

Połączenie za pomocą sworzni napinających ma następujące zalety ze względu na właściwości sprężyste:

• Wymagania dotyczące ścianki otworu są niższe, a tolerancje dopasowania większe
• Połączenie można odłączyć w sposób nieniszczący, dzięki czemu jest ono wielokrotnego użytku
• Instalacja jest łatwa

Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o sworzniach sprężynowych, kliknij tutaj.

Jak wykonać połączenie sworzniowe?

Montaż połączeń sworzniowych wymaga precyzji i staranności. Wszystkie warunki ramowe, takie jak wytrzymałość komponentów, zakres temperatur, oczekiwane obciążenie itp. powinny być znane, aby zapewnić, że komponenty są prawidłowo wyrównane i bezpiecznie połączone ze sobą. Ważne jest, aby wybrać pasujące sworznie lub śruby, średnice otworów i metody montażu, aby zapewnić bezpieczne i niezawodne połączenie. Dokładne kroki mogą się jednak różnić w zależności od konkretnych wymagań aplikacji. Należy się również upewnić, że przestrzegane są obowiązujące normy i przepisy dotyczące konkretnego zastosowania.

Aby utworzyć połączenie sworzniowe między komponentami, wymagany jest otwór na kołek lub śrubę. Sworzeń lub śruba są wprowadzane przez ten otwór. Tworzy to połączenie cierne lub blokujące. Poniższe przykładowe kroki służą do zademonstrowania produkcji połączenia ciernego sworznia blokującego sworzeń cylindra w otworze nieprzelotowym:

• Wyrównanie komponentów: Należy się upewnić, że części, które mają być ze sobą połączone, są prawidłowo ustawione i wyrównane. Sprawdzić tolerancje i wymiary, aby upewnić się, że sworznie pasują prawidłowo.
• Wiercenie otworów: Wywiercić odpowiednie otwory we wszystkich komponentach. Otwory muszą zostać precyzyjnie ustawione i wyregulowane w taki sposób, aby otwór był niewymiarowy w stosunku do średnicy sworznia. Podwymiar musi być dopasowany do połączenia zgodnie z pasowaniem wciskowym. Użyć wiertła odpowiedniego do żądanej średnicy. Po wywierceniu otworów należy je odpowiednio wyfrezować pod kątem używanego sworznia.
• Czyszczenie otworów: Usunąć pył lub brud z wywierconych otworów, aby zapewnić łatwe wsuwanie i dobre dopasowanie sworzni. Do czyszczenia otworów zalecane są różne akcesoria, takie jak szczotki lub dmuchawy.
• Włożenie sworznia cylindra: Włożyć sworzeń do otworów w komponentach, które mają zostać połączone. W zależności od zastosowania, może być również konieczne najpierw wbicie sworznia w komponent, a następnie umieszczenie drugiego komponentu na sworzniu i odpowiednie jego wyrównanie. Instalacja sworzni wymaga zazwyczaj jedynie prostych narzędzi, takich jak młotek lub prasa. Można je z łatwością wkręcić lub wcisnąć w wywiercone otwory. W zależności od warunków otoczenia, ciepło jest również wykorzystywane do dużych dopasowań interferencyjnych. Poprzez chłodzenie sworznia lub podgrzewanie elementu, materiał kurczy się lub rozszerza, co ułatwia proces łączenia.
• Sprawdzenie połączenia: Sprawdzić połączenie pod kątem dokładności i stabilności. Należy upewnić się, że komponenty są ze sobą mocno połączone i nie można ich łatwo poluzować. W wielu przypadkach tolerancja dopasowania i tarcie między komponentami a kołkami ustalającymi są wystarczające do zabezpieczenia połączenia. Jako dodatkowy margines bezpieczeństwa można zastosować elementy ustalające, takie jak podkładki ustalające, pierścienie ustalające lub zawleczki.

Błędy podczas kołkowania komponentów

Podczas wykonywania połączeń sworzniowych mogą wystąpić różne wady, które mogą negatywnie wpłynąć na jakość i integralność połączenia. Nieprawidłowo zamocowane połączenia mogą również powodować słabe dopasowanie i możliwe niewspółosiowości. Aby uniknąć takich błędów i wynikających z nich zagrożeń, konieczne jest staranne planowanie, dokładna obróbka, odpowiednia kontrola jakości i regularna konserwacja. Oto kilka typowych błędów:

• Wadliwa konstrukcja: Nieodpowiednie zaprojektowanie lub zwymiarowanie połączenia sworzniowego może prowadzić do problemów, zwłaszcza jeśli nie jest ono w stanie wytrzymać sił i obciążeń występujących w danym zastosowaniu. Jeśli połączenie sworzniowe zostanie przeciążone, może to prowadzić do deformacji, pęknięć lub przedwczesnego zmęczenia elementów.
• Nieprawidłowa tolerancja dopasowania: Jeśli otwory i sworznie lub śruby nie mają prawidłowych tolerancji i tolerancji dopasowania, może to prowadzić do niewystarczającego połączenia. Na przykład zbyt wąska tolerancja dopasowania może spowodować przeciążenie i pęknięcie, podczas gdy zbyt luźna tolerancja dopasowania może negatywnie wpłynąć na stabilność połączenia.
• Właściwości materiału: Jeśli sworznie i śruby są wykonane z gorszego materiału lub nie spełniają wymagań aplikacji, może to prowadzić do przedwczesnego zmęczenia lub pęknięcia.
• Brud lub korozja: Brud, kurz lub korozja w otworach lub na sworzniach i śrubach mogą negatywnie wpływać na tarcie i tolerancję dopasowania.
• Nieprawidłowa konserwacja: Niekonserwowane lub nieprawidłowo konserwowane złącza sworzniowe mogą z czasem stracić na jakości i zwiększyć ryzyko awarii.

Czy połączenie sworzniowe można rozłączyć?

Połączenie sworzniowe można poluzować na różne sposoby. Wybierając metodę poluzowania połączenia, należy wziąć pod uwagę typ i rozmiar sworznia lub śruby, rodzaj zamka i konkretną konstrukcję. Ściągacze do śrub lub narzędzia do ściągania to specjalne narzędzia używane do usuwania sworzni, śrub lub innych elementów złącznych, które są mocno osadzone w otworach. Są to proste i wydajne narzędzia do usuwania elementów złącznych bez uszkadzania elementu złącznego i otaczających go komponentów.