Csavarkötés

Csavarkötés átmenő furattal

Csavarkötés zsákfurattal

Tőcsavar zsákfuratban

A csavarkötés két, sík lapjával csatlakozó gépelem összefogására szolgáló oldható kötés. A csavarból, csavaranyából és alátétből, esetleg csavarbiztosításból áll. A kötést csavarmenet biztosítja, az alkatrészek elfordulását és a kötés oldódását vagy a felületeken fellépő súrlódás vagy elfordulás elleni mechanikus biztosítás akadályozza meg. A csavarkötésben a csavar húzásra van igénybevéve, feladata a két felület összeszorítása az azokat eltávolítani akaró erőhatásokkal szemben. A két összefogott gépelemnek a csatlakozó síkjukon történő elcsúsztatása ellen, amennyiben a csavarok összeszorító erejéből mint normális erőből nem ébred elegendő nagyságú súrlódási erő, más megoldásokat kell használni (vállak, retesz, illesztőszeg, kúpos szeg stb.), ritkábban használnak nyírásra is igénybevett illesztett szárú csavarokat.

A csavarkötés működési modellje

Csavarkötés erőhatás ábrája

Megcsúszó nyomatékkulcs

Elektronikus nyomatékmérő műszer

Lendkerék csavarjainak meghúzása analóg műszeres nyomatékkulccsal

A húzásra terhelt csavarkötés működése az elemek rugalmas deformációja révén modellezhető. A csavarszár és az alátétek sorba kapcsolt viszonylag lágy rugóként foghatók fel, míg a közrefogott elemek szintén rugalmasak, de jóval merevebbek. A csavarkötés egyszerűsített modelljét az ábrán látható diagram szemlélteti.

A kötés két párhuzamosan kapcsolt rugóval modellezhető. Az egyik rugó a csavarszár, melynek karakterisztikáját a diagram piros vonala ábrázolja, a közrefogott elemekét pedig a zöld egyenes jelenti. Szereléskor a csavart F_e erővel előfeszítik, terheletlenül mindkét rugóban azonos nagyságú de ellentétes irányú erő ébred.

Ha a kötést F_t külső erő lazítja (például egy belső égésű motor hengerfejét terhelő erő, mely az égéstermékek nyomásából származik) az a csavarszárban ébredő erőt F_v értékkel tovább növeli, az összefogott elemekre ható nyomóerő pedig F₃ értékkel csökken. A motor hengerfej példájánál maradva egy minimális szorítóerőre szükség van ahhoz hogy biztosítva legyen a hengerfej tömítés tömörsége, ehhez az előfeszítő erőnek elegendő nagynak kell lennie. A csavart viszont az előfeszítés állandó ereje és a periodikusan változó F_v erő kifáradásra veszi igénybe. A csavarkötés tervezésekor arra kell törekedni, hogy

1. a csavarszár nagy szilárdságú anyagból készüljön, hogy a tömítéshez szükséges előfeszítést kibírja,
2. a csavar minél rugalmasabb legyen, hogy az F_v erő minél kisebb maradjon és így a kifáradás ne veszélyeztesse a kötést,
3. a csavart a szükséges mértékű előfeszítéssel kell szerelni.

A csavart úgy lehet rugalmasabbá tenni, ha egyenszilárdságú módon alakítják ki, tehát ha gondoskodnak arról, hogy, ne legyen olyan részlete, ami a szükségesnél szilárdabb (azaz egyben merevebb is). Emiatt a különleges igénybevételnek kitett csavarok szárát a menetátmérőnél vékonyabbra tervezik, és esetleg rugalmasságukat vastag, de kis keresztmetszetű alátétekkel is növelik.

A csavar előfeszítése

A csavar megfelelő előfeszítése legegyszerűbben a meghúzásához szükséges nyomaték mérésével oldható meg. A csavar meghúzásához szükséges nyomaték a meneten és a csavarfej vagy anya felfekvő felületén ébredő súrlódás figyelembevételével:

$M=\left({\frac {d}{2}}\tan(\alpha +\rho )+{\frac {d_{1}}{2}}\tan \rho \right)F_{e}\,$.

ahol

$d\,$ a csavarmenet közepes átmérője,

$d_{1}\,$ a csavarfej vagy anya körgyűrű alakú felfekvő felületének közepes átmérője,

$\alpha \,$ a menetprofil szöge,

$\mu =\tan \rho \,$ a súrlódási tényező,

$\rho \,$ pedig a súrlódási kúpszög, melyet az előző összefüggés definiál.

Kisebb csavarok kézi előfeszítéséhez mechanikus nyomatékkulcsok használata terjedt el. Ezek leggyakoribb formáján előre b e lehet állítani azt a nyomatékot, melynél a szerszámkar és a fej közötti kapcsolat megcsúszik, így a beállítottnál nagyobb nyomaték nem vihető át. Használnak műszeres (analóg és digitális) nyomatékmérővel felszerelt kézi nyomatékkulcsokat is. Nagyobb csavaroknál pneumatikus vagy hidraulikus nyomatékkulcsok is használatosak.

A nyomatékkulcsnak előnye egyszerűsége, de eléggé pontatlan eszköz, mivel a súrlódási tényező tényleges értékétől függ a beállított előfeszítés tényleges értéke. A súrlódás függ a felületek érdességétől, attól hogy olajos vagy száraz, új vagy javított (esetleg sérült, "berágott").

Nagy, kényes üzemű csavarok esetében gyakran alkalmazzák a csavarnak a szükséges előfeszítő erőhöz tartozó megnyúlásának (Δl_c) mérését. Ez átmenő csavarok esetén könnyen végrehajtható, ha a csavart a gyártás során hosszanti furattal látják el, melybe lazán illeszkedő rudat helyeznek és végét hozzáhegesztik a csavarhoz. A pálca szabad végét a csavar homlokfelületével síkba köszörülik. Az előfeszítés során a csavarszár megnyúlik, a pálca viszont terheletlen marad, a két hossz különbsége éppen a csavarszár megnyúlása.

Ezeknek a módszereknek közös hibája, hogy a csavarszárat a meghúzás alatt, de később is járulékos csavarás is igénybe veszi. Kiküszöbölésére használnak nagy nyomású hidraulikus anyákat, melyeknél a csavart a hidraulika segítségével meghúzzák, majd az anyát nyomatékmentesen utána csavarják. Leterhelés után a csavarkötés a kívánt előfeszítést tartja. Ennél a módszernél a csavarszáron és környezetében helyet kell biztosítani a hidraulikus anya számára. Másik módszerrel a nagy átmenő csavarok eleve megfelelő átmérőjű központi furattal készülnek, melybe külső fűtő berendezést lehet vezetni (például villamos ellenállásfűtést). A csavart megfelelő hőmérsékletre melegítve kitágul, és ha a megnyúlás eléri a szükséges értéket, a csavaranya kézzel rácsavarható, lehűlés után a szükséges előfeszítés kialakul.

Irodalom

• Pattantyús Gépész- és Villamosmérnökök Kézikönyve 2. kötet. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1961.

Külső hivatkozások

• Csavarkötés oktatófüzet
• Csavarkötés méretezése