Povoľovací moment v skrutkových spojoch

Predstavte si, že uprostred podlahy je veľká ťažká krabica a chcete ju premiestniť. Zo všetkých síl na ňu začnete tlačiť, až sa dá konečne do pohybu. Keď prestanete na krabicu tlačiť a pokúsite sa ju znovu uviesť do pohybu zistíte, že je jednoduchšie udržať ju v pohybe, ako ju zastaviť a znova roztlačiť (obr. 1).

Trenie je jav, ktorý vzniká pri pohybe telesa po telese. Ak sa takéto teleso šmýka po podložke, hovoríme o trení šmykom.

Rovnaký princíp platí pre skrutku alebo maticu. Pochopenie uťahovacieho momentu a povoľovacieho momentu je dôležité v rôznych priemyselných odvetviach, ako je strojárstvo a výroba, kde je potrebné presné riadenie pohybu. Môže tiež pomôcť zabrániť poškodeniu strojového zariadenia a zaistiť bezpečnosť tým, že sa na skrutky a komponenty aplikuje správny krútiaci moment.

Obr. 1. Trenie šmykom

Aké sú rozdiely medzi uťahovacím krútiacim momentom a povoľovacím momentom?

Hlavným rozdielom medzi uťahovacím krútiacim momentom a povoľovacím momentom je ich účel. Uťahovací krútiaci moment sa používa na udržanie uťahovaného objektu v pohybe, zatiaľ čo povoľovací moment sa používa na spustenie pohybu.

Výraz „povoľovací moment“ alebo moment odtrhnutia, (angl. Breakaway torque, nem. Losbrechmoment) je technický termín, ktorý sa používa na popis sily potrebnej na to, aby sa povoľovaný objekt (napríklad skrutka), uviedol z pokoja do pohybu.

Tento moment naznačuje silu, ktorú je potrebné prekonať, aby sa začal rotačný pohyb upínacieho prvku.

Aby sme pochopili súvislosti, musíme pochopiť princíp skrutkového spoja. Podstatou skrutkového spoja je zovretie spojovacích súčiastok medzi hlavou skrutky a maticou. Aplikovaním krútiaceho momentu vznikne v skrutkovom spoji predpätá sila, ktorá spôsobí ekvivalentné stlačenie upevňovaných komponentov. Predpätie vyvinuté v skrutke je spôsobené aplikovaným krútiacim momentom a je funkciou priemeru skrutky, geometrie závitov a koeficientov trenia, ktoré existujú v závitoch a pod hlavou skrutky alebo matice. Potrebná sila sa vytvorí uťahovaním skrutky, resp. matice a príslušným momentom tak, aby bolo dosiahnuté požadované predpätie skrutky.

Predpätie skrutky pomáha udržať spoj v stabilnom stave a zabraňuje jeho nežiadúcemu uvoľneniu. Pôsobením príliš veľkého uťahovacieho momentu pri uťahovaní skrutkového spoja môžu nastať trvalé plastické deformácie celého spoja.

Ako sa povoľovací moment meria?

Uťahovací krútiaci moment a povoľovací moment možno merať pomocou momentového kľúča alebo snímača krútiaceho momentu. Momentový kľúč meria veľkosť uťahovacieho krútiaceho momentu aplikovaného na skrutku alebo predmet (obr. 2). Zariadenie na meranie povoľovacieho momentu (obr. 3) sa pripojí k upevnenému prvku a pôsobí na prvok s čoraz vyššou intenzitou do okamihu, kým sa prvok nezačne otáčať. Veľkosť sily potrebnej na spustenie rotácie sa zaznamenáva ako povoľovací moment.

Obr. 2. Digitálny momentový kľúč

Obr. 3. Ručný prístroj na meranie povoľovacieho momentu

Prečo je hodnota povoľovacieho momentu rozdielna od hodnoty uťahovacieho momentu?

Obr. 4. Silové pomery pri uťahovaní (A), pri povoľovaní (B)

Moment M_U vytvorený montážnym kľúčom musí pri uťahovaní prekonávať odpor trenia v závitoch a medzi maticou a podložkou, alebo (aj) spojovanou súčiastkou. Platí M_U = M_ZU + M_PU, kde M_ZU je odporový trecí moment v závitoch skrutky a matice pri uťahovaní a M_PU je odporový trecí moment medzi maticou a podložkou, alebo spojovanou súčiastkou (obr. 4 A). Moment M_ZU závisí okrem súčiniteľa trenia f_z v závitovej ploche aj od uhla stúpania závitu ϒ.

Pri uvoľňovaní za predpokladu, že zostava zostane v rovnakom „technickom“ stave a spoj nemá žiadne fixačné ani samosvorné prvky, musí krútiaci moment prekonať iba trecie sily M_PU a M_ZU (len súčiniteľ trenia závitu f_z) (obr. 4 B). V dôsledku toho uvoľnenie takéhoto prvku vyžaduje nižší krútiaci moment.

Ale!

Existuje niekoľko faktorov, ktoré môžu ovplyvniť povoľovací moment: stav upevňovacieho prvku, stav povrchovej úpravy spájaných materiálov, mazanie závitov a pod. Okrem toho podmienky prostredia, ako je teplota a vlhkosť tiež ovplyvňujú moment uvoľnenia.

Pretože podmienky trenia sa postupom času menia, na uvoľnenie prvku môže byť potrebný vyšší krútiaci moment. Korózia, zadretie, drsnosť povrchu ako aj aplikácia poistných podložiek resp. istiacich tmelov, výrazne ovplyvňujú trenie a následne aj uvoľňovací moment. Typický príklad je zrejmý z obr. 5.

Vo všeobecnosti – a to najmä z praktických dôvodov - bude povoľovací moment vyšší ako uťahovací moment. Je to preto, že na uvoľnenie skrutky alebo matice je potrebná vyššia sila ako na jej utiahnutie.

Často je vhodné (a niekedy nutné) takýto spoj fixovať – napr. v situáciách, kde hrozia otrasy alebo iné nežiadúce javy, vplývajúce na pevnosť spoja. Fixácia skrutkových spojov zahŕňa proces upevňovania skrutiek tak, aby boli spoje bezpečné a stabilné. Existujú rôzne metódy fixácie skrutkových spojov, vrátane použitia rôznych typov matíc, skrutiek, lepidiel alebo iných spojovacích prvkov. Taktiež je dôležité dodržiavať správne hodnoty krútiaceho momentu a iné špecifikácie podľa konkrétnych požiadaviek spoja.

Obr. 5. Korózia na skrutkovom spoji

Samosvornosť skrutkového spoja je schopnosť skrutky odolávať samovoľnému uvoľňovaniu v dôsledku vibrácií, tepelných alebo iných vonkajších vplyvov. Väčšina skrutiek s označením "samosvorné" obsahuje špeciálne prvky alebo konštrukciu, ktorá zabezpečuje, že sa skrutka neuvoľní sama od seba. Existujú rôzne technológie a typy samosvorných skrutiek, ako napríklad skrutky s plastovým závitom, závitovými pružinami, či skrutky s použitím chemických prípravkov na zabezpečenie.

Samosvorné skrutky sa často používajú v oblastiach, kde je kritické zabrániť uvoľňovaniu spojov, ako napríklad v automobilovom priemysle, letectve, elektronike a v mnohých ďalších odvetviach.

V prípade akumulátorového/elektrického skrutkovača je povoľovací moment dôležitým údajom, pretože určuje, ako náradie dokáže uvoľňovať skrutky, ktoré sú pevne utiahnuté/zaseknuté (hlavne pre autoservisy). Povoľovací moment uvádzaný pri náradí je hodnota maximálneho krútiaceho momentu, ktorý náradie dokáže pri uvoľňovaní poskytnúť. Hodnota povoľovacieho momentu je uvádzaná spravidla pri uťahovačoch kategórie nad 1000Nm. Táto hodnota sa môže líšiť od hodnoty maximálneho uťahovacieho momentu. Je to zabezpečené konštrukčným riešením rázového uťahovača. Množstvo energie je určené veľkosťou „kladivka“ a účinnosťou prevodovky. Ako už bolo písané v predchádzajúcom článku, rázové uťahovače používajú pre vytváranie krútiaceho momentu rázy vytvárané takzvaným kladivkom, ktoré pri otáčaní naráža na vreteno uťahovača. Tento princíp zabezpečuje vyšší krútiaci moment oproti klasickým „vŕtacím“ skrutkovačom.

Náradie s vyšším uvoľňovacím momentom má väčšiu silu a schopnosť prekonať odpor pri začínajúcej rotácii, preto rázový uťahovač s vyšším povoľovacím momentom bude účinnejší pri uvoľňovaní odolných skrutiek alebo matíc.

Záver

Obr. 6. Pákový kľúč

Pri použití rázového uťahovača na povoľovanie skrutiek je nevyhnutné postupovať opatrne, pretože môže ľahko poškodiť citlivé komponenty. Jedným zo spôsobov ako zabrániť poškodeniu, je použitie pákového kľúča (lámacej tyče, trháku) na uvoľnenie skrutky a následne použiť rázový uťahovač. Pákový kľúč (obr. 6) poskytuje väčšiu kontrolu krútiaceho momentu, čo vám umožňuje použiť menšiu silu pri uvoľňovaní skrutky. Okrem toho pomáha rovnomernejšie rozložiť silu, čím zabraňuje poškodeniu spoja. Výsledkom je, že používanie pákového kľúča s rázovým uťahovačom môže predchádzať poškodeniu komponentov a taktiež zvýši vašu bezpečnosť pri práci.

Pozor! Aby ste predišli prekvapeniu resp. sklamaniu pri použití rázového uťahovača, mali by ste pred kúpou zvážiť, ktorý je pre vašu konkrétnu pracovnú operáciu vhodný.

Na trhu je veľké množstvo rázových uťahovačov (či už akumulátorových, elektrických, pneumatických alebo hydraulických). Majú rozličné konštrukcie a sú predurčené pre rôzne pracovné operácie. Môžu mať rôzne hodnoty uťahovacieho a povoľovacieho momentu, veľkosť momentu môže byť nastaviteľná a pod.

Veľké (a aj pomerne ťažké) rázové akumulátorové uťahovače s momentmi nad 1000 Nm, demonštrujúce svoju silu v emotívnych reklamných videách sú špeciálne stroje, vhodné pre špeciálne práce. Pre každodenné použitie na stavbách alebo v profesionálnych stolárskych dielňach sú však určite vhodnejšie malé a ľahké uťahovače. Dobrým príkladom je AXI-1080 – ideálny do ruky a ušetrí veľa času stolárovi, alebo AXI-1801 – výkonný a ľahký stroj pre montáže strešných konštrukcií.

Kľúčové slová: povoľovací moment, uvoľňovací moment, krútiaci moment

Zdroje:
Interné technické a školiace materiály spoločnosti 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

Práca vo firme je mojím prvým zamestnaním a už 20 rokov nič lepšie nepoznám. Začínal som v montérkach ako technik pre záručné a pozáručné opravy HERMAN náradia, niekoľko rokov som riadil úsek servisu, potom som sa zahryzol do logistiky, IT, programovania a venujem sa aj manažérstvu kvality. Nadobudnuté skúsenosti uplatňujem v súčasnosti pri neustálom vylepšovaní a zdokonaľovaní interných procesov a služieb pre zákazníka. Hlavu si rád „prečistím“ pri manuálnej práci vo svojej dielni alebo v sedle bicykla hltaním nespočetných kilometrov u nás na Gemeri a okolí.