Навојни спојеви

СШ „Никола Тесла“ ТЕСЛИЋ

0

ПРЕДМЕТ: Конструисање

НАВОЈНИ СПОЈЕВИ


1

1.0. НАВОЈНИ СПОЈЕВИ

Навојни спојеви су раздвојиви спојеви формирани посредством навоја. Њихова основна

карактеристика јесте лако формирање споја и лако раздвајање споја, а да се при томе не оштете ни навојни спој ни спојени делови. Подјела навојних спојева приказана је на Сл.1.0..

Сл. 1.0.-Подјела навојних спојева

1.1. Врсте навојних спојева

Покретни навојни спојеви омогућавају ротационо кретање вијка (навојног вретена) и то

кретање се претвара у аксијално помјерање навртке или вретена. Непосредни навојни спојеви остварују се без посредника између спојених дијелова ако се директно на спојеним дијеловима формира навој. Посредни навојни спојеви остварују се помоћу посредника, посебним машинским

елементима вијцима (завртњевима). Спојеви остварени вијцима, вијчани спојеви, су најраспрострањенији вид спајања код машиских конструкција.

1.2. Завојница и навој

Основне кинематске и геометријске карактеристике навоја и навојног пара дефинисане су завојницом и завојним површинама. Завојница је просторна крива коју описује материјална тачка при сложеном (завојном) кретању, једноликом кружном око непокретне осе и једноликом транслаторном у правцу осе. Кружна цилиндрична завојница настаје завојним кретањем материјалне тачке по површини кружног цилиндра (Сл.5.3).

Сл. 1.1.-Кружна десна цилиндрична завојница


2

Десна завојница настаје када се материјална тачка креће у смјеру казаљке на часовнику и при томе се удаљава од посматрача, посматрано у правцу осе завојнице (Сл.1.1.). Лијева завојница настаје када се материјална тачка креће у супротном смјеру од казаљке

на часовнику и при томе се удаљава од посматрача, посматрано у правцу осе завојнице. Завојак је део завојнице који материјална тачка формира при једном пуном обртају. Ход завојнице Ph је аксијално померање материјалне тачке при формирању завојка (аксијално растојање између крајњих тачака завојка) (Сл.1.1.).

Угао завојнице x на цилиндру пречника dx је оштар угао између тангенте на завојницу и равни управнена осу завојнице (Сл.1.1). Завојна површина настаје завојним кретањем праволинијске изводнице око непокретне осе (Сл.1.1-десна слика).

Зависно од угла под којим праволинијска завојница сјече непокретну осу (под углом од 90º или различитим од 90º)могу се формирати завојне површине различитог облика. Свака тачка праволинијске изводнице при завојномкретању око непокретне осе, описује завојницу (Сл.1.1-десна слика). Навој је геометријско тијело дефинисано завојним кретањем геометријске слике у облику трапеза око непокретне осе (Сл.1.2.).

Сл.1.2.- Спољашњи и унутрашњи навој

Спољашњи навој - навој завртња је навој формиран на спољашњој цилиндричној површини (Сл.1.2- слика лијево). Унутрашњи навој - навој навртке је навој формиран на унутрашњој цилиндричној површини (Сл.1.2.- слика десно). Бокови навоја су завојне површине навоја (Сл.1.2.). Врх навоја је површина која ограничава навој по висини и спаја два сусједна бока навоја (Сл.1.2.). Дно навоја (подножје) је површина која ограничава навој по дубини и спаја два сусједна бока навоја (Сл.1.2.). Десни навој је навој чије су завојне површине формиране од десних завојница (Сл.1.2.слика лијево). Лијеви навој је навој чије су завојне површине формиране од лијевих завојница (Сл.1.2. слика десно). Пречник језгра спољашњег навоја d3 је пречник малог цилиндра који пролази кроз дно спољашњег навоја (Сл.1.2.слика лијево). Називни пречник спољашљег навоја d је пречник великог цилиндра који пролази кроз врх спољашњег навоја (Сл.1.2.слика лијево).


3

Пречник унутрашњег навоја D1 је пречник малог цилиндра који пролази кроз врх унутрашњег навоја (Сл.1.2. слика десно). Називни пречник унутрашњег навоја D је пречник великог цилиндра који пролази кроз дно унутрашњег навоја (Сл.1.2. слика десно).. Прoфил навоја је профил добијен пресјецањем навоја аксијалном равни. Теоријски профил навоја има облик троугла (Сл.1.3).

Сл.1.3.-Теоријски и називни профил навоја Сл. 1.4.-Стварни профил навоја

Теоријска дубина навоја H је висина теоријског профила навоја мјерено у правцу нормале на осу навоја (Сл.1.3). Угао профила навоја α је угао између бочних линија профила навоја (Сл.1.3.). Називни (основни) профил настаје корекцијом теоријског профила скидањем оштрих тјемена на врху навоја и у подножју навоја (Сл.1.3). Стварни профил навоја настаје корекцијом називног профила заобљавањем подножја навоја (Сл.1.4.). Средњи пречници навоја d2 и D2 јесу пречници средњег цилиндра спољашњег и

унутрашњег навоја који пролазе кроз средину теоријске дубине навоја. Жлијеб навоја је празни простор између два сусједна бока навоја (Сл.1.2.). Средња линија профила навоја је линија на којој су дебљина навоја и ширина навојног жлијеба међусобно једнаке (Сл.1.4.).

Угао нагиба навоја φ је угао завојнице на средњем цилиндру пречника d2 односно d2 и D2. Из правоуглог троугла датог на (Сл.1.1.) слиједи да је:

Корак навоја P је аксијално растојање између паралелних бокова сусједних профила

навоја. Функционална веза између хода навоја Ph и корака P може се написати у облику:

Ph = nP , где је: n = 1,2,3... број почетака навоја, n = 1 - навој је једноструки, n = 2 - навој је двоструки, n = 3 - навој је троструки,


4

Навојни пар је спој једног спољашњег и једног унутрашњег навоја (Сл.1.5.), који имају исти смјер навоја, исти теоријски профил, исти називни пречник (d = D) и средњи пречник (d2 = D2).

Сл.-1.5.- Навојни пар

Дубина ношења навојног пара H1 је пројекција линије додира спрегнутих профила навоја на равануправну на осу навоја, (Сл.1.5.):

Дужина ношења навојног споја је аксијално растојање између крајњих тачака додира

спољашњег иунутрашњег навоја:

ln = Pzn ,

где је: zn - број навојака на дужини ношења навојног спојa.


5

1.3. Врсте навоја и обиљежавање

Према облику профила навоја разликују се: метрички, трапезни, коси, витвортов и обли навој.

1.3.1. Метрички навој Опште карактеристике. Теоријски профил метричког навоја има облик једнакостраничног

троугла са углом профила навоја 600. Основни (називни) профил има облик једнакокраког трапеза (Сл.1.6.) добијен корекцијом (скраћењем) врхова троугла теоријског профила. Карактеристичне величине навојног споја метричног навоја приказане су на Сл.1.6..

Сл. 1.6.- Метрички навој

Подела метричког навоја извршена је према величини корака у односу на називни пречник навоја – на метрички навој ситног корака и метрички навој крупног корака (груби навој) (Сл.1.7.).

Сл.1.7.- Метрички навој: а) крупног и б) ситног корака

Подаци о основним геометријским величинама метричког навоја крупног корака дати су у Табели.1.1, а за навој ситног корака у Табели.1.2.


6

Тебела 1.1.- Основне мјере метричког навоја крупног корака

Табела 1.2. -Основне мјере метричког навоја ситног корака

Толеранција

Да би навојни спој исправно функционисао потребно је прописати толеранције мјера и облика навоја у циљу обезбеђења:

правилног спрезања спољашњег и унутрашњег навоја,

замјењивости спрегнутих дијелова,

равномерног ангажовања навојака навојног споја у преношењу спољашњег оптерећења.

Геометријске величине навоја чија одступања највише утичу на исправно функционисање навојног споја су:

средњи пречник навоја,

називни пречник,

мали пречник навоја,

корак навоја и

угао профила навоја.


7

Препоручени квалитети толеранција и толеранцијска поља за пречнике спољашњег и унутрашњег метричког навоја приказани су у Табели 1.3. Табела 1.3.- Препоручени квалитети толеранција пречника метричког навоја

Правилно спрезање навојака навојног споја зависи од дужине ношења навојног споја (ln).

Код великих дужина ношења навојног споја, због нагомилавања одступања корака, може се нарушити исправно спрезање навојака. У погледу дужине ношења навојног споја навојни спојеви могу бити:

кратки (S),

нормални (N) и

дугачки (L).

Зависно од области примјене и жељене тачности израде, толеранције навоја разврстане су у три степена квалитета:

фини квалитет (А) – за прецизне навоје и кратке дужине ношења навојних спојева

у којих је величина зазора у навојцима навојног споја у уским границама;

средњи квалитет (В) – за општу употребу и нормалне дужине ношења навојних

спојева;

груби квалитет (С) – за навојне спојеве са великим зазором (лабавим

налијегањем) и/или великимдужинама ношења навојног споја. Означавање

Ознака метричког навоја састоји се од бројчаних и словних симбола. На основу ознаке метричког навоја потребно је идентификовати:

називни пречник навоја,

корак навоја (да ли је метрички навој крупног или ситног корака),

смјер завојнице навоја,

број почетака навоја и

квалитет толеранције и толеранцијско поље за навојни пречник (d) и средњи пречник (d2) кодспољашњег навоја, а код унутрашњег навоја за средњи (D2) и мали пречник навоја (D1).

Примјер 1:

М10 - 7g 6g Једноструки спољашњи метрички навој крупног корака, називног пречника 10 mm; квалитет толеранције за средњи пречник је 7, а за називни пречник је 6; толеранцијско поље за оба пречника је g; дужина ношења навојног споја је нормална, а навој има десни смјер завојнице.


8

Примјер 2: М10 x 1.25 - 6f - L – LH

Једноструки спољашњи метрички навој ситног корака (P = 1,25 mm), називног пречника

10 mm; квалитет толеранција и толеранцијско поље за средњи и називни пречник је 6 f; дужина ношења навојног споја је дугачка, а смер завојнице лијеви. Област примјене

Метрички навој највише се примјењује за непокретне посредне навојне спојеве (вијчане – завртањске везе). Метрички навој крупног корака примењује се за називне пречнике до 64 mm. Метрички навој ситног корака примењује се за називне пречнике изнад 64 mm. Због мале дубине ношења навојног споја погодан је за дијелове танких зидова. Мале вриједности корака омогућавају примјену у области повећане сигурности против лабављења - самоодвртања навојног споја.

1.3.2. Трапезни навој

Опште карактеристике

Теоријски профил трапезог навоја има облик једнакокраког троугла са углом профила навоја од 300. Значајним скраћењем врхова троугла теоријског профила добија се основни – називни профил у облику једнакокраког трапеза (Сл.1.8.). Стварни профил трапезног

навоја у дну навојног жлеба има заобљење. Навојни спој трапезног навоја приказан је на (Сл.1.8.)..

Сл. 1.8.- Трапезни навојни пар

Подјела трапезног навоја извршена је, према величини корака у односу на називни пречник навоја, на трапезни навој нормалног, ситног и крупног корака.


9

Означавање

Ознака трапезног навоја састоји се од бројних и словних симбола. Структура ознаке трапезног навоја може се приказати у облику:

Области примјене

Трапезни навој највише се примјењује за покретне навојне спојеве - навојне преноснике, због смањеног отпора трења у навојцима навојног споја. Могу се примјенити и за вијчане везе које раде у условима честог спајања и раздвајања и за јако оптерећење вијчане везе.

1.3.3. Коси навој Опште карактеристике

Теоријски профил косог навоја је несиметричан и има облик правоуглог троугла са углом профила навоја од 30o. Корекцијом теоријског профила добија се називни профил који има облик трапеза са бочним угловима профила навоја од 30o и 3o (Сл.5.14). Стварни профил унутрашњег косог навоја одговара називном профилу. Код спољашњег навоја стварни профил у дну навојног жљеба има заобљење. Бокови са бочним углом профила од 3o су радни и они учествују у преношењу оптерећења. Између бокова са бочним углом профила од 30o постоји зазор од 0,2 mm. Подјела косог навоја извршена је, према величини корака у односу на називни пречник навоја, на коси навој нормалног, ситног и крупног корака. Вриједности називног пречника и корака одговарају вредностима трапезног навоја, које су дате у Табл.5.6.

Сл.1.9.- Коси навој


10

Означавање

Ознака косог навоја састоји се од бројчаних и словних симбола. Структура ознаке косог навоја може се приказати у облику:

Област примјене Коси навој се примјењује за покретни навојни спој изложен великом радном оптерећењу које делује само у једном смеру.

1.3.4. Витвортов цијевни навој Опште карактеристике Теоријски профил има облик једнакокраког троугла, са углом профила навоја од 550. Подножје и врх стварног профила спољашњег и унутрашњег навоја су заобљени. Њихове контуре су у непосредном додиру, а стварни профили спољашљег и унутрашњег навоја се поклапају. Услед тога елиминисан је тјемени зазор у навојном споју (Сл.5.14). Тиме је постигнута херметичност споја. Вриједности називног пречника дају се у цолима, а остале мјере су у милимерима. Корак навоја одрећује се на основу броја корака (z) на дужини једног цола∗ (1” = 25.401 mm ) P = 1”/z.

Сл.1.10.- Витвортов навој

Означавање Структура ознаке Витортовог цијевног навоја може се приказати у облику:


11

Примјер означавања Витвортовог навоја : R 1” Витвортов десни цијевни навој формиран на спољашњој површини цијеви унутрашњег пречника 1”. Област примјене

Витвортов цијевни навој је потиснут из опште примјене за непокретне навојне спојеве. Задржан је само у области спајања цијеви за водовод, канализацију и централно гријање.

1.4. Облици вијака, навртки и подложних плочица

Основне дијелове једног вијчаног (завртањског) споја чине вијак, навртка, подложне плочице и дијелови који се спајају (Сл.1.11.а). Вијчани спој може бити остварен и без навртке ако се у једном од спојених дијелова формира унутрашњи навој (Сл.1.11б).

Такође, ако не постоји потреба за осигурањем навртке или вијка од одвртања, може се изоставити и подложна плочица. Вијци и навртке су спрегнути посредством навоја. Они заједнички спајају дијелове. Вијак споља, а навртка изнутра, снабдевени су навојем. Профили ових навоја су исти.

Сл.1.11.- Завртањски спој (а и б) и в) основни дијелови завртња

1.4.1. Облици и димензије вијака

Облици и димензије вијака су стандардизовани. Основни дијелови вијка су глава и стабло (Сл.1.10. в).

Главом се вијак ослања на дијелове који се спајају. Прелаз између главе и стабла вијка изводи се у благој форми, да би се смањио утицај концентрације напона. Стабло вијка састоји се од навојног дијела и ненавојног дела (врата). Прелаз између ненавојног и навојног дијела вијка изводи се у различитим облицима (Сл.1.11.).

Сл.1.11.- Облици вијака у погледу прелаза навојног у ненавојни дио


12

На техничкој документацији, навој и навојни спој приказују се упрошћено. Верним приказивањем навоја цртеж би изгубио на јасноћи, а цртање навоја би захтјевало много времена. Код спољашњег навоја велики цилиндар навоја (навојног пречника d) приказује се пуном линијом, а мали цилиндар навоја (пречник језгра навоја d3), приказује се танком линијом (Сл.1.11.).

Да би се навој при изради правилно нарезао, а при монтажи правилно формирао навојни спој, почетак навоја се обликује у виду заобљења или конуса, Крај - завршетак навоја приказује се пуном линијом (Сл.1.11).

Зависно од намене и радних услова разређен је велики број вијака различитог конструкционог облика. Израда вијака Вијци се израђују од профилисаних полуфабриката шестоугаоног, квадратног или кружног попречног пресјека. Њихова израда може бити ручна (за мале серије и мале називне пречнике) помоћу нарезница и машинским поступком скидања струготине и поступком ваљања. При изради вијака поступком скидања струготине губи се континуитет влакана материјала на прелазу главе и стабла вијка и у навојцима навојног споја. Формирање главе вијка деформисањем материјала и навојног дијела поступком ваљања задржава се континуитет влакана на мјестима промјене попречног пресјека (Сл.5.21). Тиме се знатно повећава чврстоћа вијка – способност супростављању разарању. За фини квалитет израде навоја (класа А) неопходно је послије обраде скидањем струготине примјенити поступак брушења навоја.

Сл 1.12.- Фазе у изради вијака поступком деформисања материјала

Означавање вијака

Структура ознаке вијка може се приказати у следећем облику:


13

Пример:

вијак са шестостраном главом JUS ISO 4014 - М16 x 90 - 8.8,

вијак са упуштеном главом JUS M.B1.134 - M16 x 35 - 5.6.

1.4.2. Облици и димензије навртки

Навртке су стандарни машински дијелови помоћу којих се вијчани спој притеже у циљу постизања одговарајуће силе (силе притезања) дуж осе вијка и осигурава од лабављења и раздвајања навојног споја. Спољашњи облик навртке одговара облику кључа (алата) помоћу којег се формира и притеже вијчани спој. Конструкциони облици стандардних навртки приказани су на (Сл.1.13.а,б,в,г,д): шестостране навртке (а), крунасте навртке (б), самоосигуравајућа шестострана навртка (в), затворене (капасте) навртке (г), четворострана навртка (д)

Сл 1.13. Конструкциони облици стандардних навртки

1.4.3. Облици и димензије подложних плочица

Подложне плочице су стандардни машински дијелови који се постављају измећу навртке и подлоге (површине дијелова који се спајају) и главе вијка и подлоге у циљу: спречавања лабављења и раздвајања навојног споја, спречавања оштећења у виду хабања и пластичних деформација подлоге и спречавања савијања тела вијка (косе и кугласте подложне плочице).

Разни конструкциони облици стандардних плочица приказани су на Сл.5.23: равна (а), коса (б), кугласта (в), еластичне (г), зупчасте (д) и лепезасте (ђ).

Сл 1.14.Конструкциони облици стандардних подложних плочица


14

1.5. Осигурање навојног споја од одвртања

Осигурање навојног споја од одвртања код статичких оптерећења није потребно, али се примјењује код динамичких оптерећења. Наиме, након притезања вијка долази до дјелимичног слијегања храпавости додирних површина, може доћи до пузања материјала вијка, а може доћи и до локалних пластичних деформација. Све то потпомогнуто промјенама оптерећења и евентуалним вибрацијама може довести до отпуштања вијчаног споја. У правилу су добро прорачунати, обликовани и притегнути вијчани спојеви већ осигурани против нежељеног одвртања. То прије свега вриједи за високооптерећене спојеве селастичним вијцима разреда чврстоће 8.8 и више, уз мале храпавости додирних површина.

1.5.1. Осигурање обликом

Осигурање обликом се постиже: Расцјепком с обичном или крунастом матицом и Сигурносним лимом с изданцима

Сл. 1.15.- а) Осигурање од одвртања помоћу расцјепке;

б) Осигурање од одвртања помоћу сигурносног лима

1.5.2. Осигурање силом

Уметањем посебних опружних елемената се осигурава аксијална сила преднапона и при дјеловању највеће радне силе, макар је дошло до слијегања храпавости или пластичних деформација. Ови елементи су у облику расјечених, закривљених или тањирастих прстена (плочица), а израђени су од опружног челика. Називају се и еластичне подлошке.

Сл. 1.16.- Еластичне подлошке


15

1.6. Силе и моменти у навојном споју Ради једноставнијег објашњења разматра се навој правоуглог профила, а матица се своди на један елемента на пречнику d2.. На елемент дјелују неке елементарне силе, али

ће се ради једноставности одмах рачинати са укупним силама.

Сл. 1.17.- Силе у навојном споју

Вијак са слике је оптерећен аксијалном силом F. За покретање елемента тј. Матице уз

косину под углом , потребна је тангенцијална сила Ft. На мјесту додира елемената

матице и навоја вијка дјелује нормална сила FN и сила трења Ftr, а с подлоге се још

преноси и сила F. Тангенцијална сила:

Ft = F ⋅ tan(γ + ρ')

Сила трења:

μG' = кориговани фактор трења на навоју чија је величина овиси о материјалу вијка и

матице, површинској обради и Оквирно μG' = 0,09...0,20. ρ' = угао трења Да би се произвела сила Ft, односно аксијална сила у вијку F, треба дјеловати моментом притезања на навоју:


16

Када се вијчани спој отпушта, матица се „спушта“ по навоју и ту се разликују два случаја:

Ако је угао трења мањи од угла успона, тј. ρ' < γ, елемент матице при

спуштањутреба придржавати силом Ft да би био у равнотежи Ft = F ⋅ tan(γ − ρ') Кад сила Ft не би дјеловала матица би се сама „спустила“ (отпустила) и у том случају навојни спој не би био самокочив.

Сл. 1.18.- Примјер навојног споја који није самокочив

Ако је угао трења већи од угла успона, тј. ρ' > γ, онда tan (γ – ρ') постаје негативни.

Слиједи да је тангенцијална сила Ft негативна, односно она ће имати супротан смјер дјеловања. Да би се матица спуштала, треба је додатно гурати силом Ft и у том случају је навојни спој самокочив.

Сл. 1.19.- Примјер навојног споја који је самокочив


17

Будући да се бокови зуба навоја, осим код правоуглог профила, налазе под одређеним углом β, стварна нормална сила FN' ће бити нешто већа, а тиме и сила трења.

Сл. 1.20.- Стварна нормална сила

У пракси се рачуна тако да се нормална сила сматра истом, а у омјеру се повећава стварни фактор трења μG, чиме се множењем силе и фактора трења добија иста сила

трења. Измјењени рачунски фактор трења је једнак

За метрички навој са углом профила β = 60°,

μ' G= 1,155· μG = tan ρ'. За трапезни навој са углом профила β = 30°,

μ'G = 1,035·μG.

Приликом притезања, матица клизи по подлози гдје се такође јавља трење. Додир се

остварује прстенастој површини између пречника рупе за вијак dh и вањског пречника

ослонца главе вијка или матице dw.

dw ≈ 0,9·s за шестостране вијке и матице (s = отвор кључа)

dw = пречник главе инбус вијка

Сл. 1.21.- Пречници dh и dw


18

Средњи пречник на коме се остварује трење износи (dh + dw)/4. Сила трења на подлози:

Ftr K = F · μK

μK = фактор трења на подлози.

Момент за савладавање трења на подлози

Приликом притезања навојног споја треба савладати момент на навоју и момент на

подлози MA = MG + MK

Момент притезања навојног споја код кога ће се у вијку јавити сила F је:

Documents

Навојни спојеви