Povolovací moment ve šroubových spojích

Představte si, že uprostřed podlahy je velká těžká krabice a chcete ji přemístit. Ze všech sil na ni začnete tlačit, až se dá konečně do pohybu. Když přestanete na krabici tlačit a pokusíte se ji znovu uvést do pohybu, zjistíte, že je jednodušší udržet ji v pohybu, než ji zastavit a znovu roztlačit (obr. 1).

Tření je jev, který vzniká při pohybu tělesa po tělese. Pokud takové těleso klouže po podložce, mluvíme o tření smykem.

Stejný princip platí pro šroub nebo matici. Pochopení utahovacího momentu a povolovacího momentu je důležité v různých průmyslových odvětvích, jako je strojírenství a výroba, kde je zapotřebí přesné řízení pohybu. Může také pomoci zabránit poškození strojního zařízení a zajistit bezpečnost tím, že se na šrouby a komponenty aplikuje správný točivý moment.

Obr. 1. Tření smykem

Jaké jsou rozdíly mezi utahovacím točivým momentem a povolovacím momentem?

Hlavním rozdílem mezi utahovacím točivým momentem a povolovacím momentem je jejich účel. Utahovací točivý moment se používá k udržení utahovaného objektu v pohybu, zatímco povolovací moment se používá ke spuštění pohybu.

Výraz „povolovací moment“ nebo moment odtržení (angl. Breakaway torque, něm. Losbrechmoment) je technický termín, který se používá k popisu síly potřebné k tomu, aby se povolovaný objekt (například šroub), uvedl z klidu do pohybu.

Tento moment naznačuje sílu, kterou je třeba překonat, aby se začal rotační pohyb upínacího prvku.

Abychom pochopili souvislosti, musíme pochopit princip šroubového spoje. Podstatou šroubového spoje je sevření spojovacích součástek mezi hlavou šroubu a maticí. Aplikováním točivého momentu vznikne ve šroubovém spoji předpjatá síla, která způsobí ekvivalentní stlačení upevňovaných komponentů. Předpětí vyvinuté ve šroubu je způsobeno aplikovaným kroutícím momentem a je funkcí průměru šroubu, geometrie závitů a koeficientů tření, které existují v závitech a pod hlavou šroubu nebo matice. Potřebná síla se vytvoří utahováním šroubu, resp. matice a příslušným momentem tak, aby bylo dosaženo požadovaného předpětí šroubu.

Předpětí šroubu pomáhá udržet spoj ve stabilním stavu a zabraňuje jeho nežádoucímu uvolnění. Působením příliš velkého utahovacího momentu při utahování šroubového spoje mohou nastat trvalé plastické deformace celého spoje.

Jak se povolovací moment měří?

Utahovací krouticí moment a povolovací moment lze měřit pomocí momentového klíče nebo snímače kroutícího momentu. Momentový klíč měří velikost utahovacího točivého momentu aplikovaného na šroub nebo předmět (obr. 2). Zařízení pro měření povolovacího momentu (obr. 3) se připojí k upevněnému prvku a působí na prvek se stále vyšší intenzitou do okamžiku, dokud se prvek nezačne otáčet. Velikost síly potřebné ke spuštění rotace se zaznamenává jako povolovací moment.

Obr. 2. Digitální momentový klíč

Obr. 3. Ruční přístroj pro měření povolovacího momentu

Proč je hodnota povolovacího momentu rozdílná od hodnoty utahovacího momentu?

Obr. 4. Silové poměry při utahování (A), při povolování (B)

Moment M_U vytvořený montážním klíčem musí při utahování překonávat odpor tření v závitech a mezi maticí a podložkou, nebo (i) spojovanou součástkou. Platí M_U = M_ZU + M_PU, kde M_ZU je odporový třecí moment v závitech šroubu a matice při utahování a M_PU je odporový třecí moment mezi maticí a podložkou nebo spojovanou součástkou (obr. 4 A). Moment M_ZU závisí kromě součinitele tření f_z v závitové ploše také na úhlu stoupání závitu ϒ.

Při uvolňování za předpokladu, že sestava zůstane ve stejném „technickém“ stavu a spoj nemá žádné fixační ani samosvorné prvky, musí točivý moment překonat pouze třecí síly M_PU a M_ZU (pouze součinitel tření závitu f_z) (obr. 4 B). V důsledku toho uvolnění takového prvku vyžaduje nižší točivý moment.

Ale!

Existuje několik faktorů, které mohou ovlivnit povolovací moment: stav upevňovacího prvku, stav povrchové úpravy spojovaných materiálů, mazání závitů a pod. Kromě toho podmínky prostředí, jako je teplota a vlhkost také ovlivňují moment uvolnění.

Protože podmínky tření se postupem času mění, k uvolnění prvku může být zapotřebí vyšší točivý moment. Koroze, zadření, drsnost povrchu i aplikace pojistných podložek resp. jistících tmelů, výrazně ovlivňují tření a následně i uvolňovací moment. Typický příklad je zřejmý z obr. 5.

Obecně – a to zejména z praktických důvodů – bude povolovací moment vyšší než utahovací moment. Je to proto, že k uvolnění šroubu nebo matice je nutná vyšší síla než k jeho utažení.

Často je vhodné (a někdy nutné) takový spoj fixovat – například v situacích, kde hrozí otřesy nebo jiné nežádoucí jevy, ovlivňující pevnost spoje. Fixace šroubových spojů zahrnuje proces upevňování šroubů tak, aby byly spoje bezpečné a stabilní. Existují různé metody fixace šroubových spojů, včetně použití různých typů matic, šroubů, lepidel nebo jiných spojovacích prvků. Také je důležité dodržovat správné hodnoty točivého momentu a jiné specifikace podle konkrétních požadavků spoje.

Obr. 5. Koroze na šroubovém spoji

Samosvornost šroubového spoje je schopnost šroubu odolávat samovolnému uvolňování v důsledku vibrací, tepelných nebo jiných vnějších vlivů. Většina šroubů s označením "samosvorné" obsahuje speciální prvky nebo konstrukci, která zajišťuje, že se šroub neuvolní sám od sebe. Existují různé technologie a typy samosvorných šroubů, jako například šrouby s plastovým závitem, závitovými pružinami, či šrouby s použitím chemických přípravků k zajištění.

Samosvorné šrouby se často používají v oblastech, kde je kritické zabránit uvolňování spojů, jako například v automobilovém průmyslu, letectví, elektronice a v mnoha dalších odvětvích.

V případě akumulátorového/elektrického šroubováku je povolovací moment důležitým údajem, protože určuje, jak nářadí dokáže uvolňovat šrouby, které jsou pevně utaženy/zaseknuty (hlavně pro autoservisy). Povolovací moment uváděný u nářadí je hodnota maximálního točivého momentu, který nářadí dokáže při uvolňování poskytnout. Hodnota povolovacího momentu je uváděna zpravidla u utahováků kategorie nad 1000Nm. Tato hodnota se může lišit od hodnoty maximálního utahovacího momentu. Je to zajištěno konstrukčním řešením rázového utahováku. Množství energie je určeno velikostí „kladívka“ a účinností převodovky. Jak již bylo psáno v předchozím článku, rázové utahováky používají pro vytváření točivého momentu rázy vytvářené takzvaným kladívkem, které při otáčení naráží na vřeteno utahováku. Tento princip zajišťuje vyšší točivý moment oproti klasickým „vrtacím“ šroubovákům.

Nářadí s vyšším uvolňovacím momentem má větší sílu a schopnost překonat odpor při začínající rotaci, proto rázový utahovák s vyšším povolovacím momentem bude účinnější při uvolňování odolných šroubů nebo matic.

Závěr

Obr. 6. Pákový klíč

Při použití rázového utahováku pro povolování šroubů je nutno postupovat opatrně, protože může snadno poškodit citlivé komponenty. Jedním ze způsobů, jak zabránit poškození, je použití pákového klíče (lámací tyče, trháku) k uvolnění šroubu a následně použít rázový utahovák. Pákový klíč (obr. 6) poskytuje větší kontrolu točivého momentu, což vám umožňuje použít menší sílu při uvolňování šroubu. Kromě toho pomáhá rovnoměrněji rozložit sílu, čímž zabraňuje poškození spoje. Výsledkem je, že používání pákového klíče s rázovým utahovákem může předcházet poškození komponent a také zvýší vaši bezpečnost při práci.

Pozor! Abyste předešli překvapení resp. zklamání při použití rázového utahováku, měli byste před koupí zvážit, který je pro vaši konkrétní pracovní operaci vhodný.

Na trhu je velké množství rázových utahováků (ať už akumulátorových, elektrických, pneumatických nebo hydraulických). Mají rozličné konstrukce a jsou předurčeny pro různé pracovní operace. Mohou mít různé hodnoty utahovacího a povolovacího momentu, velikost momentu může být nastavitelná a pod.

Velké (a také poměrně těžké) rázové akumulátorové utahováky s momenty nad 1000 Nm, demonstrující svoji sílu v emotivních reklamních videích jsou speciální stroje, vhodné pro speciální práce. Pro každodenní použití na stavbách nebo v profesionálních truhlářských dílnách jsou však jistě vhodnější malé a lehké utahováky. Dobrým příkladem je AXI-1080 – ideální do ruky a ušetří spoustu času truhláři, nebo AXI-1801 – výkonný a lehký stroj pro montáže střešních konstrukcí.

Klíčová slova: povolovací moment, uvolňovací moment, kroutící moment

Zdroje:
Interní technické a školicí materiály společnosti HERMAN
https://hmn.wiki/sk/Bolted_joint
https://www.sjf.tuke.sk/kkadi/images/LS_2019-20/KSaSS/9-3-2020_az_20-3-2020.pdf
https://ingslov.files.wordpress.com/2015/04/kps-skripta.pdf
https://knmts.fvt.tuke.sk/media/documents/d78a00ce4a07b4265036094d9a38d8b0.ppt

Mgr. Peter Halaj

Práce ve firmě je mým prvním zaměstnáním a už 20 let nic lepšího neznám. Začínal jsem v montérkách jako technik pro záruční a pozáruční opravy HERMAN nářadí, několik let jsem řídil úsek servisu, pak jsem se zakousl do logistiky, IT, programování a také se zabývám manažmentem kvality. Nabyté zkušenosti uplatňuji v současnosti při neustálém vylepšování a zdokonalování interních procesů a služeb pro zákazníka. Hlavu si rád „pročistím“ při manuální práci ve své dílně nebo v sedle kola hltáním nesčetných kilometrů u nás na Gemeru a okolí.