Proč velikost závitu nastavuje strop předpětí
Předpětí je napětí, které šroub nese po utažení, a je to to, co ve skutečnosti svírá rybí desku nebo rameno klipu. Maximální využitelné předpětí je omezeno napěťovou oblastí závitového úseku, která roste zhruba se čtvercem průměru. Šroub M16 má oblast napětí asi 157 mm2; šroub M36 má napěťovou plochu asi 817 mm2, což je zhruba 5,2krát větší, takže při stejném využití své pevnosti M36 pojme asi pětinásobek předpětí než M16. V kulatých číslech pro službu upevnění kolejnic je šroub M16 třídy 8,8 utažen na předpětí v oblasti 60 až 80 kN, zatímco šroub M36 třídy 10,9 může být utažen směrem k 450 kN. Skok mezi sousedními velikostmi je značný: přechod z M16 na M20 na M24 na M30 zvyšuje dostupné předpětí o 50 až 70 procent v každém kroku, což je důvod, proč se těžké-kloubové spoje přesouvají na M24 a vyšší, jakmile to zatížení vyžaduje.
Kroutící moment je pouze prostředek k předpětí
Při práci na kolejích nemůže montér měřit napětí šroubu přímo, takže se jako praktický proxy používá krouticí moment. Vztah mezi kroutícím momentem a předpětím se řídí stoupáním závitu, třením závitu a třením hlavy, shrnuto v klasické rovnici krouticího momentu používané VDI 2230: obecné pravidlo pro ocelové šrouby s normálním mazáním je, že pouze asi 10 až 15 procent aplikovaného krouticího momentu se stane předpětím a zbytek je spotřebován třením. Protože se tření mění s povlakem, mazáním a stavem povrchu, může stejný krouticí moment vytvářet různé předpětí na různých šroubech; to je důvod, proč jsou referenční hodnoty točivého momentu vždy uváděny pro definovaný stav tření a proč je třeba brát v úvahu vliv povrchové úpravy.
U žárově-pozinkovaných šroubů se koeficient tření závitu znatelně liší od černě{1}}olejovaných šroubů, takže utahovací moment je třeba znovu-odvodit pro skutečný stav povlaku a mazání, nikoli zkopírovat z obecné tabulky. V praxi technické organizace nastavují montážní moment kalibrací na skutečnou kombinaci šroubu, matice, podložky a povlaku a hodnoty v níže uvedené rychlé referenční tabulce předpokládají čisté, lehce naolejované závity.
Praktické referenční hodnoty točivého momentu
Následující hodnoty jsou typické montážní momenty pro přírubu a upevňovací šrouby v běžně používaných třídách pevnosti, za předpokladu čistých závitů a normálního mazání; jsou výchozími body pro kalibraci, nikoli náhradou projektové specifikace točivého momentu.
| Vlákno | Stupeň | Typický rozsah předpětí (kN) | Typický utahovací moment (N-m) |
|---|---|---|---|
| M16 | 8.8 | 60-80 | 250-300 |
| M20 | 8.8 | 95-125 | 400-450 |
| M24 | 10.9 | 160-200 | 800-900 |
| M30 | 10.9 | 250-310 | 1500-1600 |
Skok z M24 na M30 zhruba zdvojnásobuje točivý moment a předpětí, proto se musí způsob utahování měnit se specifikací.
Proč jsou pro M24 a vyšší nutné hydraulické klíče
Momentový klíč ručního klik{0}}typu běžně používaný na dráze má praktický horní rozsah kolem 400 N{2}}m, což je pod konstrukčním momentem šroubu M24 třídy 10,9 při 800 až 900 N-m a hluboko pod oblastí 1500 N-m u M30. Pokus o dosažení těchto hodnot ručně není ani přesný, ani bezpečný. Hydraulické momentové klíče pokrývají rozsah 500 až 5000 N-m, aplikují točivý moment plynule bez otřesů a udržují cílovou hodnotu s opakovatelností typicky v rozmezí asi 5 procent. Odstraňují také lidský faktor: s ručním klíčem každý instalátor aplikuje jinou sílu a rozptyl předpětí napříč spojem rybí desky je dostatečně velký, aby některé šrouby zůstaly téměř utažené a jiné sotva dotažené. Hydraulické utahování, po kterém v ideálním případě následuje audit točivého momentu, udržuje rozptyl předpětí malý a chování kloubu předvídatelné.
Co se pokazí, když se závit a točivý moment neshodují
Klasickou chybou instalace je příliš{0}}utažení malého šroubu. Šroub povolí v závitové části, trvalé prodloužení znamená, že předpětí nemůže být zachováno a při provozních vibracích spoj ztrácí svou svěrnou sílu; šroub pak pracuje pod ohybem a únavou a nakonec se zlomí, obvykle u prvního závitu v záběru. Při-utažení velkého šroubu je spoj od začátku uvolněný: mezera mezi ploutvemi se otevírá a zavírá pod každým kolem, šroub prochází střídavým smykem a ohybem, kolejnice končí otlučením a geometrie spoje se zhoršuje. Takto uvolněný spoj spotřebovává hodiny údržby neúměrně jeho délce a je známým zdrojem-vad na konci kolejnice. Technická oprava je vždy stejná: vyberte velikost závitu tak, aby požadované předpětí bylo pohodlně v rámci kapacity šroubu, a nastavte krouticí moment tak, aby bylo dosaženo předpětí bez překročení asi 80 až 90 procent zkušebního napětí.
Dlouhá vlákna a stabilita předpětí na těžkých{0}}traťových tratích
U těžkých-spojů záleží také na délce závitu v záběru. Delší záběr závitu zvyšuje počet zatížených závitů, rozkládá zatížení rovnoměrněji, snižuje koncentraci napětí v prvním závitu a snižuje smykové napětí na jednotku délky záběru. Šrouby s delšími závitovými částmi také tolerují pružnější namáhání, což pomáhá kloubu udržet předpětí při teplotních cyklech a opakovaných nárazech. To je technický důvod, proč jsou těžké-šrouby s rybími plechy specifikovány s delšími délkami závitu a proč nahrazení automobilových šroubů s krátkým-závitem není nikdy přijatelné v traťovém provozu.
FAQ
Proč je předpětí důležitější než samotný točivý moment?
Protože předpětí je skutečná upínací síla, která udržuje spoj těsný a komponenty v pohybu; kroutící moment je pouze praktický způsob, jak vytvořit předpětí, a stejný kroutící moment může poskytnout různé předpětí za různých podmínek tření.
Jaký utahovací moment je vyžadován pro kolejnicový šroub M24 třídy 10,9?
Typický montážní moment je v rozsahu 800 až 900 N-m s normálním mazáním, které vytváří předpětí zhruba 160 až 200 kN; hodnota by měla být kalibrována pro aktuální nátěr a mazivo.
Může ruční momentový klíč správně utáhnout šrouby M30?
Ne. Konstrukční utahovací moment šroubu M30 třídy 10,9 je kolem 1500 N-m a více, což je daleko za praktickým rozsahem ručních-klikových klíčů; je nutný hydraulický momentový klíč.
Proč pozinkované šrouby potřebují různé hodnoty utahovacího momentu?
Protože zinková vrstva mění koeficient tření závitu, a proto mění zlomek točivého momentu, který se převádí na předpětí; utahovací moment musí být znovu{0}}odvozen pro stav galvanizovaného povrchu, obvykle s namazanými závity.
Co se stane, když je šroub utažen přes mez pevnosti?
Šroub se trvale natáhne, předpětí se uvolní pod návrhovou hodnotu a při vibracích se spoj povolí; šroub pak nese únavové cykly v ohybu a typicky selže u kořene závitu.
Jak se na místě ověřuje správné přednačtení?
S auditem točivého momentu pomocí kalibrovaného klíče, měřením dodatečného úhlu natočení nebo pomocí indikátoru přímého napětí, jako je podložka-indikující zatížení; kritériem přijatelnosti je předpětí ve specifikovaném pásmu, nikoli pouze hodnota klíče.