5. Spojovacie materiály Pri zhotovovaní konštrukcií sa používajú tri základné druhy spojov: spoje rozoberateľné (skrutkové spoje) spoje čiastočne rozoberateľné (nitové spoje) spoje nerozoberateľné (zvárané spoje, spájkované spoje, lepené spoje) Spojovacím prvkom rozoberateľných skrutkových spojov je najčastejšie skrutka skrutkovaná do daného konštrukčného materiálu v ktorom je zhotovený závit, alebo v kombinácii skrutka s maticou. Čiastočne rozoberateľný nitový spoj je v prípade celokovových lietadlových konštrukciách často používaný spôsob spájania, najmä u tenkostenných konštrukcií. U oceľových (duralových, titánových...) konštrukcií sa nerozoberateľné spoje dosahuje najmä zváraním (elektrickým oblúkom, plameňom, alebo elektrickým odporom). Niektoré materiály (meď) je možné spájkovať. Nekovové materiály, ktoré v súčasnosti tvoria veľkú časť draku lietadla je možné lepiť. 5.1 Skrutky, závity skrutiek Skrutky rozdeľujeme podľa účelu na skrutky spojovacie pre statické zaťaženie, skrutky spojovacie pre dynamické zaťaženie a skrutky pohybové. Z uvedeného je zrejmé, že spojovacie skrutky slúžia pre ľahko rozoberateľné spoje. Pohybové skrutky slúžia na premenu otáčavého pohybu na priamočiary a opačne. Závit je základným tvarovým prvkom pre skrutkové spojenia, umožňuje spojenie dvoch proti kusov. Geometricky je určený závitovou plochou tvoriacou profil závitu. Ak závit vykonáva rotačný pohyb, každý jeho bod opisuje skrutkovicu. Profil závitu je lomená čiara ležiaca v rovine preloženej pozdĺžnou osou závitu. 140
Závity môžu byť pravé (s pravým stúpaním skrutkovice) a ľavé (s ľavým stúpaním skrutkovice) obr.5.1. Navinutím jedného tvoriaceho profilu na teleso skrutky vzniká jednochodý závit, súčasným navinutím dvoch, alebo viacerých tvoriacich profilov vznikne dvojchodý alebo viacchodý závit obr.5.2. Závit môže byť vonkajší skrutka, alebo vnútorný matica. Rozvinutím plášťa do roviny sa skrutkovica premení na priamku. Táto priamka zviera s rovinou kolmou na os valcovej plochy uhol stúpania γ. Veľkosť uhla stúpania určíme zo vzťahu:. Kde: γ - uhol stúpania s stúpanie d vonkajší priemer závitu Tvar priečneho rezu dáva závitu jeho charakteristické vlastnosti. Teoretický profil závitu je geometrický obrazec, ktorý zaujíma plochu priečneho rezu závitu. Teoretické profily závitu (trojuholník, lichobežník, obdĺžnik polkruh ) ako výlučne geometrické útvary nie sú obyčajne najvhodnejšie profily. Preto sa pri výrobe používajú menovité profily, ktoré vznikajú z teoretických rôznymi zaobleniami a skosením hrán závitu. Teoretický profil pre skrutku a maticu jedného spoja je zhodný. Prakticky používané profily sa od seba odlišujú v mnohých parametroch. Závity rozdeľujeme podľa viacerých kritérií: podľa funkcie: závity pohybové závity spojovacie podľa polohy vzhľadom na základné teleso: vonkajšie vnútorné podľa orientácie vinutia pravotočivé ľavotočivé podľa tvaru základného telesa: valcové kužeľové podľa parametrov základného profilu (metrické, palcové, Whitworthove, lichobežníkové, a pod. 141
s stúpanie závitu vzdialenosť o ktorú sa posunie skrutka oproti matici v axiálnom smere, pri otočení o jednu otáčku t rozstup - najkratšia vzdialenosť dvoch odpovedajúcich si bodov na susedných závitoch meraná v axiálnom smere d veľký (vonkajší) priemer závitu (skrutky) D veľký (vonkajší) priemer závitu (matice) d 3 malý (vnútorný) priemer závitu (skrutky) priemer jadra skrutky d 3 = d 2h 3 h 3 hĺbka vonkajšieho závitu (skrutky)h 3 = H(1-1/x-1/x 2 ) H myslená hĺbka závitu, teda hĺbka teoretického profilu závitu kolmá na os vonkajšieho závitu H 1 nosná hĺbka závitu H1 = (d D 1 )/2 H/x úkos veľkého priemeru vonkajšieho závitu H/x 1 úkos malého priemeru vnútorného závitu r polomer zaoblenia dna vonkajšieho závitu R polomer zaoblenia dna vnútorného závitu l dĺžka zaskrutkovania h/x 2 polovičný rozdiel medzi malým priemerom vonkajšieho závitu a malým priemerom teoretického závitu h/x 2 = ½(d 3 d 2 + H) α vrcholový uhol závitu, uhol medzi bokmi profilu závitu α 1, α 2 uhol boku závitu uhol ktorý zviera jeden alebo druhý bok závitu s kolmicou na os závitu e vôľa jadra e = D 1 d 3 f vrcholová vôľa, je daná medznými odchýlkami veľkého priemeru vonkajšieho závitu d a veľkého priemeru závitu D D 3 priemer dna vnútorného závitu Terminológia používaná u závitových prvkov Každý normalizovaný závit je zameniteľný, teda každá závitová súčiastka (skrutka, matica) sa musí dať nahradiť druhou takouto súčiastkou s rovnakým označením. Určujúce veličiny sú: 142
Veľký priemer (d, D ) Je kolmo na os meraná vzdialenosť najvzdialenejších bodov závitu. Táto vzdialenosť je súčasne menovitým priemerom a slúži na označenie závitu. Napríklad štandardný metrický závit s priemerom 12 mm sa označuje ako M12. Priemer jadra (d 3, D 1 ) Je to priemer valca, vpísaného do závitu. Vôľou pri vrchole závitu je jeho priemer udávaný pre skrutku iný než ten, ktorý sa udáva pre maticu. Stredný priemer závitu (d 2, D 2 ) Stredný priemer závitu je vzdialenosť dvoch proti sebe ležiacich bokov profilu, meraného kolmo k ose závitu. Pretože boky závitu nie sú často z dôvodov uhlových chýb presne rovnobežné, definujeme stredný priemer závitu ako priemer valca, ktorý je vpísaný do stredu profilu závitu. Stúpanie ( s ) Stúpanie s je axiálne posunutie skrutky voči matici pri ich vzájomnom otočení o jednu otáčku. Meria sa ako vzdialenosť dvoch za sebou nasledujúcich a v rovnakom smere orientovaných bokov závitov, rovnobežne s osou závitu (platí pre jednochodý závit) Vrcholový uhol závitu ( α ) Vrcholový uhol závitu α je uhol medzi bokmi závitovej medzery alebo závitového zuba. U metrického závitu, ktorý sa používa najčastejší je hodnota tohto uhla 60 o. Pokiaľ je závit nepresne vyrobený, potom sú uhly bokov závitu ( α 1, α 2 ) pre ohodnotenie parametrov závitu dôležitejšie. Sú to uhly namerané medzi kolmicou na os závitu a bokmi závitu. U nesymetrických závitov majú rôznu hodnotu. Tolerancie a lícovanie Vplyvom chýb pri výrobe sa predpísané rozmery závitu nemôžu presne dodržať. Preto sa skutočné rozmery môžu pohybovať v rámci definovaných tolerančných polí. Tolerančný systém pre závity je podobný systému ISO pre dĺžkové miery. Presnosť závitu sa označuje: jedným číslom a jedným písmenom, pričom číslo udáva stupeň presnosti. Veľkosť tolerančného poľa závisí na menovitom priemere. Písmeno udáva polohu tolerančného poľa k východziemu rozmeru. veľkými písmenami sa označujú tolerančné polia patriace k vnútorným závitom, malými písmenami sa označujú tolerančné polia patriace k vonkajším závitom označenie stupňa presnosti sa umiestňuje pred písmeno určujúce polohu tolerančného poľa. Napr. závit skrutky M 12 6g Pre závity sú normou predpísané tolerančné polia. Ich poloha a veľkosť (stupeň presnosti) závisí na dĺžke zaskrutkovania krátka (S), normálna (N), dlhá (L). Pre závity bez povrchových úprav alebo s tenkými povrchovými úpravami, sú určené tolerancie podľa tabuľky. 143
Tolerančné pole metrického závitu Závit jemné stredné hrubé vonkajší 4h 6g 8g vnútorný 4H, 5H 6H 7H Rozdelenie závitov Tab. 5.1 Tolerančné pole metrického závitu Konštrukčné prvky, ktoré využívajú vonkajší a vnútorný závit, sú v lietadlových konštrukciách používané najčastejšie ako spojovacie prvky spojovacie skrutky. Keď sa takéto prvky používajú u niektorých silových mechanizmov (napríklad mechanizácia krídla pre zvyšovanie súčiniteľa vztlaku alebo odporu) pre zmenu konfigurácie niektorých sústav lietadla, potom to sú vretená ktoré chápeme ako pohybové skrutky. Spojenie skrutka matica je najbežnejšie používaný rozoberateľný spoj. Existuje mnoho dôvodov prečo je tomu tak: pomerne jednoduchá montáž, variabilita spojenia, univerzálne náradie potrebné k montáži. Existuje množstvo druhov skrutkových spojov. Všeobecné rozdelenie skrutiek vykonávame podľa nasledujúcej schémy: Spojovacie skrutky normalizované presné, hrubé svorníkové svorníky špeciálne Vretená so závitom rovnomerným nerovnomerným Spojovacie skrutky predstavujú najpočetnejšiu skupinu skrutiek. Slúžia ku spojeniu súčastí všade tam, kde sila prevažne pôsobí v ose skrutky. Pokiaľ má byť prenášaná sila kolmá na os skrutky, potom hovoríme o lícovanej skrutke, ktorá plní funkciu kolíka. Normalizované skrutky tejto skupiny majú rôzne vyhotovenie hlavy, rôzne dĺžky závitovej časti a rôzne zakončenie závitovej časti. Presné a hrubé normalizované skrutky sa od seba odlišujú presnosťou parametrov skrutky. Podľa niektorých parametrov závitu môžeme deliť skrutky(viď. predchádzajúci text) podľa druhu závitu (palcový, metrický...) podľa uhlu stúpania (normálne, jemné) Používame tiež rozdelenie podľa hlavy skrutky: podľa tvaru hlavy (šesťhranná hlava, štvorhranná hlava, valcová, pologuľatá...) podľa prechodu hlava driek (v vybraním, s osadením, s nákružkom, so skosením...) 144
Ďalej používame rozdelenie podľa dĺžky drieku (uvádza sa rozmer) dĺžky závitu (uvádza sa rozmer) tvaru ukončenia skrutky /závitu (ploché, kužeľové, s hrotom, s jamkou...) Nakoniec i povrchová úprava skrutiek je uvádzaná v podrobnom označení skrutky a teda aj toto hľadisko môže poslúžiť k deleniu skrutiek (pozinkovaný, kadmiovaný...) Profily závitu Pre rôzne druhy použitia vyhovujú rôzne tvary závitov: Závity s trojuholníkovým profilom slúžia na spojovacie a tesniace účely. Je možné ich použiť aj na meranie. Používajú sa u príslušných konštrukčných prvkov. Dajú sa pomerne ľahko vyrobiť, jednoducho sa merajú a kalibrujú. Príslušné tolerančné polia sa u týchto závitov realizujú pomerne jednoducho. Lichobežníkové závity sú rovnoramenné (trapézové) a nerovnoramenné (pilovité), s výhodou sa používajú na závity pohybových skrutiek. Profil zabezpečuje výhodné vlastnosti pre prenos veľkých axiálnych síl (trecie charakteristiky, samosvornosť). Oblé závity sa používajú vtedy, keď je potrebný hrubý upevňovací závit. Často sa vyrábajú tvárnením a umožňuje spoj s veľkou vôľou. To dovoľuje použitie takéhoto závitu na miestach, ktoré sa nachádzajú aj v znečistenom prostredí (nečistota, hrdza...) 145
Štandardné závity používané v letectve Metrický závit je najrozšírenejší, trojuholníkový tvar závitu ktorý používa tieto parametre: H = s/2 h 3 = 17/24 H H 1 = 5/8 H r = H/6 Rozmery závitu sú normalizované a odvádzajú sa od veľkého priemeru závitu v mm. Označenie závitu začína písmenom M (napr. M6). Whitworthov závit bol používaný ešte skôr ako závit metrický, má nasledujúce parametre: P h = 25,4/z H 1 = 0,64033s H = 0,96049s r = 0,13733s Používa sa menej často, vzhľadom na širšie používanie metrického závitu. 146
Lichobežníkový závit pilovitý má nasledujúce parametre: H = 1,5878 s h 3 = 0,867 s i = 0,4189 s H 1 = 0,75 s r = 0,1242 s Meranie závitov Meranie závitov a presnosti závitov sa vykonáva rôznymi spôsobmi. Počas dielenského spracovania sa používajú kalibrované ploché mierky. Princíp takéhoto merania spočíva v prikladaní mierok do profilu závitu a vyhľadaní tej mierky, ktorá najlepšie zodpovedá meranému závitu. Podobne sú používané ploché doštičky s navŕtanými dierami a presne vyrezanými závitmi podľa tolerančného poľa. Meranie závitov je pomerne zložité a časovo náročné. Obvykle sa nevykonáva priamo v dielni, ale v priestoroch skúšobne. K meraniu závitov je potrebné špeciálne prístrojové vybavenie a tiež príslušné odborné vedomosti a skúsenosti. Meranie vonkajšieho priemeru závitu skrutky d Meranie vonkajšieho priemeru je pomerne jednoduché, je možné využiť všetky prístroje, ktoré sú vhodné na meranie priemeru valca. Používajú sa posuvné meradlá, mikrometre, alebo ručičkové prístroje a optické meracie zariadenia. Meranie malého priemeru závitu skrutky d 3 Toto meranie je náročnejšie. Priemer sa musí dotykovo nasnímať, pričom dotyky meradlami s nesprávnym zakrivením nedávajú správne výsledky. Naviac pri použití dvoch dotykov dostaneme iba pomocný rozmer m, pretože protiľahlé profily závitu sú u jednoduchého závitu posunuté o hodnotu s/2. Meracie prístroje sa používajú podobne ako pri meraní veľkého priemeru, ale ich meracie hroty musia byť schopné dostať sa až na dno profilu závitu. Presnejšie výsledky dosiahneme použitím optických prístrojov. Meranie stredného priemeru závitu d 2 Na určenie stredného priemeru závitu v závislosti na menovitom rozmere y požadovanej presnosti merania sa dá použiť viacero metód. Napríklad tvarová metóda používa dotykové mierky v tvare drážok a kužeľov, meria sa pomocou mikrometra. Metóda 147
nie je veľmi presná, a v praxi sa pre kontrolu parametrov závitu používajú závitové kalibre. Veľmi presné výsledky merania poskytujú súradnicové optické meracie metódy. Meranie stúpania P h Stúpanie závitu je mimoriadne dôležitý parameter, najmä z pohľadu presnosti niektorých zariadení (strojné závity), alebo veľkosti uťahovacieho momentu (spojovacie skrutky trecích spojov. Pre meranie parametrov stúpania sa používajú dva spôsoby: meranie stúpania bez matice meranie stúpania s maticou Merajú sa na profile závitu od stredu ku stredu nasledovnej závitovej drážky, alebo od jedného boku k nasledujúcemu, rovnako orientovanému boku. Stúpanie môžeme merať stabilným prístrojom, pomocou prístroja s bežcom, pomocou komparátora a diaľkomeru. 5.2 Svorníky, skrutky, závrtné skrutky Skrutka je najčastejšie používaný prvok v rozoberateľných spojoch. Je to závitový spojovací, alebo upevňovací prvok, ktorý pozostáva z valcového alebo kužeľového drieku a hlavy skrutky. Driek na sebe má skrutkovito navinutý závit. Závit sa lícuje s komplementárnou skrutkovicou v materiáli, do ktorého je skrutka zaskrutkovaná. Materiál môže mať v predvŕtanej diere vyrobený závit ako protikus ku závitu na skrutke, alebo skrutka môže tento konplementárny závit v materiáli vyrezať pri svojom prvom zaskrutkovaní. Hlava je špeciálne tvarovaná a prispôsobená na použitie skrutkovača alebo kľúča, ktorým je možné skrutkou otáčať pre zaskrutkovanie (uťahovanie) a odskrutkovanie (uvoľnenie) skrutky. Hlava tvorí tiež doraz pri úplnom zaskrutkovaní skrutky do daného materiálu, opiera sa o materiál protikusa a vytvára permanentný tlak na spojenie alebo upevnenie. Prítlak hlavy na opornej ploche hlavy skrutky zodpovedá uťahovaciemu momentu použitému pre zaskrutkovanie skrutky kľúčom, alebo skrutkovačom. Skrutku môžeme obyčajne vyskrutkovať a opäť zaskrutkovať bez toho aby bola jej funkcia oslabená. Skrutka, ktorá sa pri uťahovaní otáča v smere hodinových ručičiek je najčastejšie používaná a označujeme ju ako pravotočivú. Skrutky s ľavým závitom sa 148
používajú v špeciálnych prípadoch, keď je skrutka v utiahnutom stave zaťažovaná krútiacim momentom v zmysle proti otáčaniu hodinových ručičiek a tento moment by mohol spôsobiť nežiaduce uvoľnenie normálnej pravotočivej skrutky. Druhy skrutiek, rozdelenie skrutiek, ich určenie a označenie Parametre skrutky: M d - vonkajší (veľký) priemer závitu k - výška hlavy d dr - priemer drieku skrutky l - dĺžka drieku skrutky R 3 - polomer zaoblenia prechodu b - dĺžka závitu 149
Označenie skrutiek v letectve podľa odborovej normy ONL 3120. Skrutky lícované s šesťhrannou hlavou: Príklad označenia: SKRUTKA 10 x 51 ONL 3120.14 150
10 veľký priemer závitu 51 dĺžka drieku skrutky 3120 číslo normy 14 doplnkové dvojčíslie Prvá doplnková číslica vždy udáva, či je skrutka s otvorom pre závlačku (nepárne čísla) alebo bez otvoru pre závlačku (párne čísla). Číslice sú rôzne podľa materiálu skrutky: Oceľ L-ROL.7 Oceľ 17 023.6 Oceľ P-AKHA.9 1 s otvorom pre závlačku 2 bez otvoru pre závlačku 3 s otvorom pre závlačku 4 bez otvoru pre závlačku 5 s otvorom pre závlačku 6 bez otvoru pre závlačku Druhá doplnková číslica udáva úpravu povrchu skrutky: bez úpravy povrchu 0 kadmiovanie 4 zinkovanie 5 Tieto povrchové úpravy sú určené pre konzerváciu vazelínou, alebo inou konzervačnou látkou. Označenie skrutiek v letectve podľa odborovej normy ONL 3147. Skrutky s pologuľatou hlavou Príklad označenia: SKRUTKA M5 x 20 ONL 3147.0 M5 priemer závitu 20 dĺžka drieku skrutky Bez povrchovej úpravy. Označenie skrutiek v letectve podľa odborovej normy ONL 3186. Skrutka so zapustenou hlavou 151
Príklad označenia: SKRUTKA M6 x 40 ONL 3186.0 M6 priemer závitu 40 dĺžka skrutky Bez úpravy povrchu. Normalizované druhy matíc, samosvorné a nitovacie matice Matice, rovnako ako skrutky, existujú v množstve rôznych prevedení. Najbežnejší tvar je šesťboký hranol. Bežne sa používajú matice štandardné alebo nízke ďalej sa používajú matice korunové, samoistiace, alebo matice k prinitovaniu. Matice sa bežne vyrábajú tvárnením, alebo trieskovým obrábaním z tyčí alebo výliskov. Výrobné tolerancie, rovnako ako u skrutiek, definujú u matíc systém dovolených odchýlok. Samosvorné matice sú šesťhranné matice s predĺženým valcovým krčkom na vonkajšej strane skrutkového spojenia. Predĺžený valcový kŕčok je priečne rozrezaný a predpružený smerom ku ose závitu. Pri doťahovaní matice sa narezaná časť správa ako keby sa na tomto mieste zmenšovalo stúpanie závitu matice. To spôsobuje v tomto mieste 152
nárast tlaku medzi maticou a skrutkou. Efekt zámku teda funguje tak, že pre uvoľnenie matice je potrebný väčší moment ako na jej dotiahnutie. Samoistiace matice určené k nanitovaniu využívajú podobný princíp poistenia skrutkového spojenia tam, kde matica má pevnú preddefinovanú pozíciu, ktorá môže byť zafixovaná. Takéto matice majú teleso z hliníkovej zliatiny v ktorom je axiálne posuvné oceľové jadro. Vnútorná strana hliníkového telesa a vonkajšia strana oceľového jadra sú kužeľového tvaru. Pri doťahovaní skrutky sa postupne vťahuje oceľové jadro do hliníkového telesa. Medzi plochami narastá trecia sila tak, že na uvoľnení spoja sa vyžaduje väčší moment ako na jeho dotiahnutie. Proti poškodeniu súčiastok pri doťahovaní matice, a taktiež na rozloženie tlaku na väčšiu plochu sa používajú pod matice rôzne druhy podložiek. Niektoré druhy podložiek zároveň zabraňujú samovoľnému povoleniu matice a potom fungujú ako zámok matice. Mechanické vlastnosti matíc. Požadované mechanické vlastnosti sa dosahujú použitím predpísaného východzieho materiálu a voľbou vhodnej výrobnej technológie. Tvary matíc sú určované účelom použitia. Najčastejšie sa používajú matice tvaru pravidelného šesťbokého hranola. Menej obvyklé sú rôzne iné tvary matíc, podľa špeciálneho použitia. Štandardné oceľové matice so závitom základnej rady majú výšku približne 0,8d, no používajú sa aj nízke matice s menšou výškou Matice, ktoré sa často uťahujú a povoľujú, matice so zmenšeným otvorom kľúča, alebo s jemným závitom, alebo matice z materiálu menšej pevnosti sa vyrábajú vyššie. 153
Presné matice sa vyrábajú tvárnením za studena, za tepla, obrábaním z tyčí alebo z výliskov. Presne matice malých rozmerov sa vyrábajú aj zo spekaných kovových materiálov. Závit sa zhotovuje trieskovým obrábaním alebo tvárnením za studena. Spôsob výroby matíc a závitov môže byť predpísaný normou. Dovolené odchýlky závitov presných matíc sú SH 8 a vzťahujú sa na matice po tepelnej úprave. Mechanické vlastnosti presných matíc sa označujú prvou doplnkovou číslicou za bodkou za číslom rozmerovej normy. Povrchová úprava presných matíc sa predpisuje druhou doplnkovou číslicou za bodkou za číslom normy. Ak je predpísaná úprava povrchu označením.x0, potom sú hotové matice dodávané výrobcom podľa jeho výrobných možností: tvárnené za studena, tepelne nespracované, sú kovovo čisté tvárnené za studena, tepelne spracované, sú čiernené v olejovej emulzii obrábané z ťahaných tyčí, sú kovovo čisté obrábané z výliskov, po zhotovení tepelne nespracované, kovovo čisté obrábané z výliskov, po zhotovení tepelne spracované, čiernené v olejovej emulzii matice vyrábané tvárnením za tepla majú povrch tenko kovaný. Hrubé matice sa vyrábajú podľa možností výrobcu tvárnením za studena, za tepla, kovaním alebo odlievaním. Závit sa zhotovuje trieskovým obrábaním (narezaním). Závit nesmie byť znečistený, alebo strhnutý, nesmie mať otlačené časti ani trhliny. U závitov matíc lisovaných za studena je prípustné zrazenie prvých dvoch závitov. Otupenie jednej hrany matice, ktorým sa skráti uhlopriečka šesťhrannej alebo štvorhrannej matice, môže byť iba taká, aby skrátenie bolo najviac 3% dĺžky uhlopriečky šesťuholníka alebo 5% dĺžky uhlopriečky štvoruholníka. Mechanické vlastnosti hrubých matíc sa označujú prvou doplnkovou číslicou za bodkou za číslom rozmerovej normy. Úprava povrchu hrubých matíc sa obvykle nepredpisuje a závisí na spôsobe výroby, rovnako ako pri hrubých skrutkách. V označení sa uvádza druhá doplnková číslica vždy 0 pre všetky uvedené spôsoby výroby. Poistné a samoistiace matice určené k nanitovaniu sa vyrábajú z výkovkov čiastočným obrábaním. Pred tepelným spracovaním sa musí matica stlačiť tak, že sa drážka klinovite zúži na šírku podľa rozmerovej normy. Hodnoty momentov odporu zaskrutkovania a odskrutkovania alebo sila potrebná na vytrhnutie oceľového jadra samoistiacich matíc sú predpísané. 154
Závrtné skrutky, ich druhy a použitie, montáž a demontáž Mimo skrutiek s hlavou sa v leteckom priemysle používajú aj skrutky závrtné. Sú charakteristické tým, že majú vonkajší závit na obidvoch koncoch drieku. (závrtný koniec a maticový koniec). Závrtná skrutka sa zaskrutkuje do vnútorného závitu jednej zo spojovacích častí a matica potom pôsobí na druhú súčasť, ktorá je nasadená predvŕtanou a patrične tolerovanou dierou na maticový koniec závrtnej skrutky. Skrutky tohto typu sa používajú najmä na rozoberateľné spoje veľkých, presne osadených súčastí, tvarovo zložitých, často tiež tlakovo a tepelne namáhaných blokov. Často sa jedná súčasti motorov (napr. hlava valcov). Skrutka sa závrtnou stranou zaskrutkuje do jednej zo spojovaných častí pomocou príslušného náradia (vidlicový kľúč. Skrutkovač, špeciálny uťahovák). Tomuto náradiu je závrtná skrutka prispôsobená osadením drieku, alebo zárezom, poprípade čapíkom na zakončení skrutky. Druhá časť sa presne vyvŕtanou dierou usadí na prvú a potom sa pomocou matice obe časti stiahnu. 155
Aby sa pri povoľovaní matice nevyskrutkovala skrutka na závrtnej strane, používa sa niekedy podchladenie skrutky pred jej montážou. Potom keď sa skrutka prirodzene zohreje na teplotu prostredia a závrtnej strane sa roztiahne, vzniká predpätie ktoré zaručuje pevné zakotvenie skrutky v danej súčiastke. Takéto spojenie musíme pri rozoberaní riešiť tak, že skrutku ochladíme, aby demontáž skrutky bola jednoduchšia. Pri hromadnej výrobe závrtných skrutiek sa závrtný závit bežne vyrába s medznými odchýlkami Sn3 (do M 33) a Sn2 (od M36 x 3). Tieto odchýlky sa v označení skrutiek neuvádzajú. Závrtné konce s inými odchýlkami závitov sa vyrábajú iba po dohode s výrobcom a musia sa uviesť v označení, napríklad: Skrutka M 16 Sp3 x 75 STN 02 1174.50. Medzné odchýlky maticového konca skrutky sú Sh8 alebo 6g. Metrický závit s jemným stúpaním sa používa iba u maticového konca skrutky. Závrtné skrutky pre veľké mechanické a vyššie tepelné namáhanie sa líšia tvarom aj materiálom od bežných závrtných skrutiek. Pre vyššie teploty sa používajú skrutky z nehrdzavejúcich a žiaruvzdorných ocelí, pre vysoké teploty (nad 500 o C) tiež žiarupevných ocelí. U takto namáhaných skrutiek je dôležité zabrániť koncentrácii napätí. Závrtný koniec skrutky, tak jednoducho vyrobený ako je u bežných závrtných skrutiek, je najslabším miestom závrtnej skrutky, pretože všetky špičkové napätia (od rozloženia zaťaženia na závite, od vklínenia prechodu závitu do vnútorného závrtného závitu, od prípadného ohybu a šmykového napätia od uťahovacieho momentu na kľúči) sa sústreďujú v mieste výbehu závrtného závitu skrutky. Aby sa znížil vplyv takejto koncentrácie namáhania v mieste ukončenia závrtného závitu je nutné závrtný koniec skrutky upraviť. Iný spôsob zníženia špičky napätia v mieste ukončenia závrtného závitu použitý u závrtných skrutiek do ľahkých zliatin (viď.obr.5-25). Príklady normalizovaného označenia závrtných skrutiek do ocele, liatiny a do hliníkových zliatin: Príklad označenia závrtnej skrutky do ocele so závitom M 12, dĺžky l = 60 mm, s mechanickými vlastnosťami 8G, fosfátovaného tvar A: Skrutka M 12 x 60 STN 02 1174.53 tvar B: Skrutka M 12 x 60 STN 02 1174.53 156
Príklad označenia závrtnej skrutky do liatiny so závitom M 16, dĺžky l = 75 mm, s mechanickými vlastnosťami 5D, bez úpravy povrchu tvar A: Skrutka M 16 x 75 STN 02 1176.10 tvar B: Skrutka B M 16 x 75 STN 02 1176.10 Príklad označenia závrtnej skrutky do zliatin hliníku so závitom M 10, dĺžky l = 100 mm, s mechanickými vlastnosťami 10K, kadmiovaného tvar A: Skrutka M 10 x 100 STN 02 1178.74 tvar B: Skrutka B M 10 x 100 STN 02 1178.74 Skrutky sa vyrábajú s mechanickými vlastnosťami: 5D od veľkosti M12 do M80 x 4 (do liatiny); dom52 x 3 (do ocele); do M24 (do zliatin hliníku); 5S od veľkosti M3 do M30 (do liatiny a ocele); do M24 (do zliatin hliníku); alebo sa vyrábajú podľa zvláštneho predpisu. Skrutky sa dodávajú s povrchom upraveným nasledovnými spôsobmi: bez úpravy povrchu čistý kovový povrch (prípadne morený v kyseline), čiernený, fosfátovaný, zinkovaný, mosadzný, niklovaný, chromovaný alebo podľa zvláštneho predpisu. Dĺžky skrutiek sú odstupňované aritmetickými radmi, a to od dĺžky l = 12 mm do dĺžky l = 20 mm s odstupom 2 mm, od dĺžky l = 20 mm do l = 30 mm s premennou diferenciou, od dĺžky l = 30 mm do dĺžky l = 100 mm s diferenciou 5 mm. Pre letecký priemysel je možné použiť skrutky dĺžok l = 20 až l = 70 mm odstupňované s premenlivou diferenciou 2-3-3-2 mm a v rozsahu dĺžok l = 70 mm až l = 130 mm s odstupňovanou diferenciou 5 mm. Skrutky tvaru A sa vyrábajú sústružením alebo tvárnením za studena (neoznačujú sa). Skrutky tvaru B sa vyrábajú od veľkosti M4 do M24 (označujú sa). Medzné odchýlky závitov maticového konca skrutky sú Sh8 alebo 6g. Závitorezné skrutky, a príchytky Závitorezné skrutky majú husté ostré závity, ktoré si samé režú závit v predvŕtaných hladkých dierach. Tieto skrutky sú vhodné pre zaskrutkovanie do tenkých plechov z mäkkého kovu. Ich závit, najčastejšie metrický, je prerušovaný drážkami navinutými na skrutke ľavotočivou skrutkovicou pod uhlom stúpania 70 o až 80 o. Používajú sa všade tam, kde sa spájajú časti z mäkkých materiálov a kde je žiaduce rozoberateľné spojenie, ale nepredpokladá sa častejšia demontáž. Najčastejšie sa vyrábajú závitorezné skrutky s pozinkovaným povrchom. Ich výrobu, presnosť a tolerancie upravuje normy DIN 7513 a STN 02 1226, 02 1227, 02 1228, 02 1229. 157
5.3 Uzatváracie zariadenia, zámky Rozoberateľné spoje sa dajú pomerne ľahko a bez poškodenia spojovaných a spojovacích súčiastok rozpojiť a opätovne spojiť, bez toho aby sa menili vlastnosti spojenia, napríklad únosnosť. Hlavne u pohybujúcich sa celkov sú rozoberateľné spoje náchylné k postupnému uvoľňovaniu. Nebezpečenstvu možného rozpojenia je potrebné predchádzať konštrukčnými opatreniami všeobecne označovanými ako poistné alebo uzamykacie prvky rozoberateľného spojenia. Poistné podložky s jazýčkom a pérové podložky Ak je skrutkový spoj zaťažený staticky, nemôže sa dobre utiahnutá matica samovoľne uvoľniť, pretože závity skrutkových spojov sú samosvorné. Skrutkový spoj zaťažený dynamicky (vibrácie, striedavé sily_, sa môže v okamihu kedy je skrutka na okamih odľahčená, matica povoľovať náhodnými silami spôsobujúcimi otáčanie. Uvoľneniu matice sa zabraňuje napríklad voľbou jemného závitu čím menší je uhol stúpania, tým väčšia je trecia sila medzi vonkajším závitom skrutky a vnútorným závitom matice dotiahnutej rovnakým uťahovacím momentom. Existujú však prvky poisťujúce matice proti uvoľneniu. Podložkysú strojné súčiastky, ktoré sa umiestňujú medzi maticu a spojovanú časť, u spojovacích čapov medzi závlačku a spájanú súčiastku. Menej často sa vkladajú medzi dosadaciu plochu hlavy skrutky a spojovanú súčiastku. Používajú sa z týchto dôvodov: zmenšujú merný tlak matice, prípadne hlavy skrutky na dosadaciu plochu zamedzujú odieranie spojovaných súčastí pri častom rozoberaní skrutkového spoja vyrovnávajú nerovnosti, prípadne sklon dosadacích plôch na súčiastke ak prechádza spojovacia skrutka dierou s veľkou vôľou, prípadne nekruhovou dierou poisťujú matice alebo skrutky proti uvoľneniu. Poistné podložky, závlačky a poistné matice sú súčiastky, ktoré zabraňujú uvoľňovaniu spojov v dôsledku dynamických zaťažení. 158
Označenie podložiek pre letectvo podľa odborovej normy ONL 3282: Podložky kruhové, presné. Príklad Podložka 10,5 ONL 3282.XX 10,5 - menovitý rozmer 3282 - číslo normy XX - doplnkové dvojčíslie, Prvá doplnková číslica udáva materiálový kód, druhá doplnková číslica udáva povrchovú úpravu. Význam jednotlivých doplnkových číslic je zrejmý z uvedenej tabuľky. Doplnkové číslice normalizovaného označenia Prvá číslica Materiál Druhá číslica Povrchová úprava.1 Oceľ 11 423.x0 Bez úpravy povrchu.2 Oceľ 14 331 Mn-Si-Cr.x1 Elox 8 ONL 1831.12.3 Oceľ L-ROL.x2 Cínovanie.4.x3 Čiernenie.5 Oceľ 17 246 Cr-Ni-Ti.x4 Cd 10 ONL 1811.1.6.x5 Zn 15 ONL 1812.1.7 Zliatina hliníku 42 4201.8 (AlCu4Mg).x7.9 Podľa zvláštnej dohody.x8.x6 Cu 10/Ni5/Cr0,5 ONL 1813.2.x9 Podľa zvláštnej dohody Tab. 5.2 - Doplnkové číslice normalizovaného označenia Príklad označenia podložky: Podložka 8 ONL 3282.14 - podložka kruhová, presná s menovitým rozmerom 8 mm, z ocele 11423 s povrchom kadmiovaným. Základné typy normalizovaných poistných podložiek sú: Pružné podložky (obr.5-30a pôvodne) sa používajú na poistenie matíc trením. Ich podstata spočíva v tom, že zvyšujú trenie v závite tak, že pôsobia na maticu / skrutku silou v smere ich pozdĺžnej osi. Poistné tvarové podložky pre zaistenie matíc sú oproti jednoduchým podložkám najmä tvarovo odlišné a používajú sa: podložky s jazýčkom (obr.5-30e) jazýček sa ohýba cez okraj súčiastky podložky s nosom (obr.5-30f) pre nos je v telese vyvŕtaná dierka na zafixovanie polohy podložky. 159
Poistná podložka s jazýčkom je súčiastka, ktorá sa používa na mechanické zaistenie skrutky alebo matice. Má dve vystupujúce časti. Prvá časť vystupujúca smerom nahor prilieha k jednej zo strán matice alebo skrutky, druhá časť smerujúca nadol je ohnutá cez okraj telesa matice / skrutky. Takýmto spôsobom sa zabraňuje otáčavému pohybu poistenej súčiastky. Závlačky a poistné matice Závlačkami sa obyčajne zaisťujú matice, skrutky, spojovacie čapy a nastavovacie krúžky proti uvoľneniu, posunutiu alebo strate. Nezaručujú však vzájomnú presnú polohu spojovacích súčiastok. Skrutkový spoj, ktorý by bol fixovaný iba závlačkou nie je pevný a spoľahlivý, a preto nemôže prenášať väčšiu silu alebo moment. Takýto sa v lietadlových konštrukciách ani nepoužíva. Naopak použitie závlačiek pre zaistenie matice je časté vďaka spoľahlivej zábrane proti pootočeniu matice, ktorá môže byť dotiahnutá tak, aby pracovala ako silový spoj. Pre takéto účely sa používa korunová matica. Závlačka z polkruhového mäkkého, obyčajne pozinkovaného drôtu sa vkladá do diery a po vložení sa jej konce zohnú do strán. Základnými geometrickými charakteristikami závlačky sú dĺžka l a priemer d. Priemer& závlačiek sú podľa normy STN 02 1781 160
odstupňované od 0,8 do 8mm a dĺžky od 5 do 63 mm. Priemery závlačiek sa určujú podľa vonkajšieho (veľkého) priemeru závitu skrutky, alebo podľa priemeru spojovacieho čapu. Korunkové matice sa od bežnej matice odlišujú predĺženým driekom, v ktorom sú vyfrézované drážky, čím vytvárajú tzv. korunku. Pre zoskrutkovanie spoja používame skrutku s dierou navŕtanou kolmo na os skrutky. Matica sa doťahuje predpísaným momentom tak, aby bolo možné nastaviť drážku v korunke matice voči uvedenej diere v skrutke. V tejto polohe je možné zaistiť maticu závlačkou. Značenie korunkových matíc v letectve podľa odborovej normy ONL 3210. Najčastejšie v letectve používame korunkové matice určené k zaisteniu závlačkou. Príklad označenia: Matica M5 ONL 3210.44 B2C - korunková matica so závitom M5, s mechanickými vlastnosťami 10.9, kadmiovaná. Doplnkové dvojčíslie za označením normy označuje mechanické vlastnosti (prvá číslica) a povrchovú úpravu (druhá číslica): Doplnkové číslice normalizovaného označenia podľa normy ONL 3210 Prvá doplnková číslica Mechanické vlastnosti Druhá doplnková číslica Povrchová úprava 2 5.8 EN ISO 4042 B2C Pre matice M4 a M5 4 10.9 4 EN ISO 4042 B3C 5 Pre matice M12x1,5 EN ISO 4042 A2C Pre matice M4 a M5 EN ISO 4042 A3C Pre matice M12x1,5 Tab. 5.3 - Doplnkové číslice normalizovaného označenia podľa normy ONL 3210 161
Pre zaisťovanie skrutiek, alebo skrutkových spojov sa používajú ešte ďalšie spôsoby: poistenie skrutiek kontramaticou vzájomné istenie dvoch hláv skrutiek poistným (viazacím) drôtom poistenie matice príložkou poistenie hlavy skrutky poistnou podložkou Poistné matice poisťujú skrutky alebo skrutkové spoje principiálne tak, že zväčšujú trenie na závitovej ploche skrutky. Rozlišujeme nasledovné druhy poistných matíc: kontramatica (obr.5-34a) samoistiaca matica s plastickou vložkou (obr.5-35a) dvojdielna poistná matica (obr.5-35b) Kontramatica zabraňuje uvoľneniu tak, že sa zväčší trecí odpor v závite. Najčastejšie ju používame na nastavovacích skrutkách, alebo na skrutkách dorazov, ktoré musia byť zafixované v určitej polohe. Kontramatica je na vonkajšom závite skrutky skrutkovaná v rovnakom zmysle ako pre uťahovanie skrutky, pričom skrutku samotnú podržíme v stanovenej hĺbke kľúčom. Kontramatica tak zväčší predpätie v axiálnom smere. Tým tiež narastie trenie na ploche závitu, čo znemožňuje pootočenie skrutky. Použitie kľúčov pre zaskrutkovanie skrutky a kontramatice je vykonávané ako keby v protismere (odtiaľ výraz kontramatica). Samoistiaca matica s plastickou vložkou má vo vnútri zalisovaný krúžok z polyamidu. Pri uťahovaní matice sa závitom skrutky krúžok zdeformuje a ďalšiemu otáčaniu matice kladie zvýšený odpor. Označovanie matíc v letectve podľa odborovej normy ONL 3254. Často v letectve používané samoistiace matice k prinitovaniu. Príklad označenia: Matica M5 ONL 3254 - samoistiaca matica k prinitovaniu s obojstrannou prírubou pre závit M5. Dvojdielna poistná matica má hornú časť s kužeľovou dutinou, ktorá pri uťahovaní matice pritláča spodnú, nosnú časť matice so závitom na narezanom kužeľovom telese. Čeľuste spodnej časti sú teda radiálne pritláčané k závitu skrutky. Prítlak zvyšuje trenie na závitovej ploche, čo sťažuje povolenie matice. 162
Drôtový zámok, perá Drôtový zámok je jednoduché poistenie pomocou viazacieho drôtu u mäkkého, ťažného kovu. Príklad takéhoto poistenia skrutkového spojenia je uvedený na obr. 5-34b(pôvodne). Poistenie pomocou drôtu je podstate podobné ako poistenie pomocou závlačky. Je vhodné ho aplikovať iba na menej namáhané spoje. Perá sú strojné súčiastky, ktoré slúžia na prenos krútiaceho momentu z hriadeľa na náboj kolesa, alebo opačne, pričom sa náboj na hriadeľ iba nasunie. Toto spojenie sa označuje ako drážkové spojenie, kde celý krútiaci moment prenášajú perá namáhané na strih a bočná plocha pera je namáhaná na otlačenie. Je možné použiť jedno, dve, alebo tri perá. Pri potrebe väčšieho počte pier, použijeme drážkovaný hriadeľ. Perá nie sú vhodné na prenos striedavých, premenlivých alebo rázových zaťažení. 163
Pozdĺžne spojovacie perá majú zaoblené, alebo nezaoblené konce. Rozoznávame nasledovné perá: tesné nepredpokladá sa vzájomný axiálny pohyb náboja voči hriadeľu. Môžu byť v prevedení a 1 zaoblené konce, a 2 nezaoblené konce, a 3 s jednou kotviacou skrutkou, a 4 s dvomi kotviacimi skrutkami (obr.5-36.1) vodiace - predpokladá sa vzájomný axiálny pohyb náboja voči hriadeľu (obr.5-36.2) úsečové (kotúčové, Wodrufove) (obr.5-36.3) Normalizované perá sa kreslia na výkresoch zostáv. Označujú sa samostatným pozičným číslom a v kusovníku sa k názvu pripoja jeho hlavné rozmery a číslo príslušnej normy, napr: Pero 10x8x30 STN 02 2570 Normalizované perá sa na výkresoch kreslia rovnako ako kliny v pozdĺžnom pohľade a priečnom reze. Podľa možných odchyliek sa perá delia na: tesné, obvykle s odchýlkami e7 alebo h9, príslušná drážka má odchýlku P9, takže pero zapadá do drážky s malou vôľou, alebo s malým presahom. výmenné s odchýlkami d9, do drážka s odchýlkami P9 zapadajú s vôľou a preto je potrebné tieto perá v drážke fixovať pomocou skrutky. Vedľa zobrazenia drážky pre pozdĺžny klin sa musí udávať aj úkos 1:100, čo odlišuje klin od pera. Pokiaľ teda úkos nie je vyznačený, spojenie je vykonané pomocou pera. 164
Zvláštnosť použitia klinu je tiež v tom, že klin sa vkladá do drážky iba z jednej strany, označenej ako smer úkosu značkou <. Špeciálnym a rýchlim poistným prvkom, do určitej miery podobnýmdrôtovému poisteniu skrutkového, alebo čapového spoja, je poistný špendlík. Pri montáži sa navlieka do diery predvŕtanej kolmo na závit skrutky/kolmo na os čapu, pružné rameno špendlíka ho uzavrie proti vyvlieknutiu. Pri demontáži sa dá špendlík veľmi rýchlo otvoriť a vyvliecť. Označenie poistných špendlíkov pre letectvo podľa odborovej normy ONL 3345. Príklad označenia: Špendlík 1,5 ONL 3345 označuje poistný špendlík pre menovitý priemer 1,5 mm. Materiál: drôt STN 42 6450.45, úprava povrchu zinkovaním podľa STN EN ISO 4042. Rozperné poistné krúžky Poistné krúžky sa používajú na zamedzenie osového posunutia čapu, k zaisteniu polohy valivých ložísk na hriadeli respektíve na náboji a k iným podobným účelom. Drôtený krúžok má telo kruhového prierezu. Plochý krúžok ma telo obdĺžnikového prierezu (používa sa aj názov Seegerova poistka). Strmeňový krúžok je tvarovo tiež krúžok s plochým prierezom, ale súčiastku neobopína po celom obvode. Podľa použitia sú potom krúžky rozlišované ako: vnútorné (k uloženiu do drážka v diere) vonkajšie (k nasadeniu na čap, alebo na hriadeľ) Poistné krúžky sa kreslia na výkresy zostáv v priečnom alebo v osovom pohľade. K názvu krúžku sú pripojené údaje o hlavných rozmeroch krúžku a číslo normy. Normy upravujú vyššie spomenuté poistné krúžky. 165
Drôtové poistné krúžky slúžia ako pre nasadenie na vonkajšie použitie (obr.5.38a jednoduchý drôtený krúžok) tak pre vnútorné použitie (obr.5-38a jednoduchý drôtený krúžok, obr5-38b,c drôtený krúžok s hákom). Norma pre drôtové krúžky: STN 02 2925, STN 02 2927, STN 02 2928. Ploché poistné krúžky slúžia pre nasadenie na vonkajšie použitie v prevedení podľa obr.5-38d. Pre vnútorné použitie potom v prevedení podľa obr.5-38e. Norma pre ploché poistné krúžky vonkajšie: STN 02 2930 a pre vnútorné: STN 02 2931. Strmeňové poistné krúžky sú určené na vonkajšie použitie v prevedení podľa obr.5-38f. Norma pre strmeňové poistné krúžky: STN 02 2929. 5.4 Lietadlové nity Nitovanie umožňuje spojiť dva konštrukčné prvky dvojakým spôsobom: buď pomocou nitov, ktoré sa vkladajú do priechodzích dier v spojovaných súčiastkach (nepriame spojenie), alebo roznitovaním jednej zo spojovaných častí, ktorá je vložená do otvoru v druhej súčiastky (priame spojenie). Nepriame spojenie pomocou nitov je po znitovaní celkov nerozoberateľné. Spoj ale považujeme za čiastočne rozoberateľný (používa sa aj názov ťažko rozoberateľný), pretože súčasti, alebo celky môžeme od seba oddeliť, keď nity odbrúsime. Zavedenie celokovových konštrukcií v lietadlovej technike už v prvej polovici dvadsiateho storočia celkom výrazne vyprofilovalo práve technológie nitovaných spojov. Toto riešenie sa ukázalo na dlhé roky vyhovujúce z hľadiska požiadaviek na dostatočnú pevnosť spoja, aerodynamickú čistotu, relatívne nízku hmotnosť a výrobnú nenáročnosť. Tieto požiadavky boli u celokovových konštrukcií pomerne dobre splnené i u veľkorozmerných tenkostenných konštrukcií, pracujúcich s veľkými plošnými zaťaženiami. Až po druhej svetovej vojne s nástupom nových materiálov a technológií začína nitovaný spoj ustupovať a je nahradzovaný lepením alebo zváraním. Takmer úplne sú nitované konštrukcie nahrádzané inými technológiami najmä pri rozšírenom využívaní kompozitných materiálov. Technológia spájania pomocou nitovania je zrejmá z nasledovných obrázkov. 166
Obr.5-39 Nitovaný spoj. Nitovanie je možné vykonávať ručne alebo strojovo. D priemeru 10 mm sa nituje obyčajne za studena, nad 10 mm za tepla. Postup pre ručné ale aj pre strojné nitovanie je popísaný v technologických postupoch pre montáž danej konštrukcie. Nity sa na výkresoch zostáv nekreslia, ich pozície sa iba označujú značkami ktoré predpisuje normy. Nitové spoje delíme: Podľa počtu prierezov, v ktorých môže dôjsť k prestrihnutiu nitu na: jednostižné (obr.5-41a) dvojstrižné (obr.5-41b) Podľa počtu nitových radov na: jednoradové (obr.5-41c) dvojradové striedavé (obr.5-41d) dvojradové rovnobežné (obr.5-41e) viacradové (obr.5-41f) Podľa vzájomnej polohy spájaných plechov na: preplátované spoje (obr.5-41 c, d, e) spoje s jednou alebo dvomi stykovými doskami (obr.5-41f) 167
Materiál nitov musí mať nasledovné vlastnosti: dobrú tvárnosť vysokú pevnosť v šmyku (strihu) malú hustotu dostatočnú odolnosť voči korózii Dobrá tvárnosť je nutná najmä pri nitovaní za studena, kedy je záverná hlava tvárnená údermi kladiva, alebo tlakom. Tvárnejší materiál potrebuje menšiu energiu na tvárnenie závernej hlavy. To umožňuje použiť jednoduché nástroje a jednoduchú výrobnú technológiu. Tvrdšie drieky nitov by tiež mohli poškodiť diery v spojovaných materiáloch, prípadne vznik trhlín v okolí nitovaného spoja. Tvárnosť hlavy nitu by mala tiež mať vplyv na čistotu povrchu nitových plôch a teda tiež ovplyvniť veľkosť aerodynamického odporu /aerodynamickej účinnosti. Vysoká pevnosť v šmyku/strihu by mala priniesť nitovanému spoju schopnosť prenášať pomerne veľké zaťaženie pri minimálnych nárokoch na rozmery nitu. Pritom na druhej strane potrebujeme, aby materiál bol pomerne ľahký, čo je v lietadlových konštrukciách samozrejmá požiadavka. Vysoká pevnosť a malá hmotnosť sú vzájomne protichodné požiadavky. Parameter, ktorý ich vzájomné postavenie rešpektuje je merná pevnosť v strihu. Vyberáme teda materiál s najvyššou možnou mernou pevnosťou v strihu. Pre letecké konštrukcie je tiež prirodzená požiadavka vysokej odolnosti voči korózii. Lietadlá sú prevádzkované v exteriéroch s výrazným vplyvom okolitého prostredia na konštrukčné prvky. Relatívne najlepšie všetkým uvedeným požiadavkám vyhovujú hliníkové zliatiny, napr. dural. Vykazuje vysokú mernú pevnosť v strihu, ale samotný ma relatívne nízku odolnosť voči korózii. Preto sa na miestach s vyšším rizikom korózie využívajú nity plátované čistým hliníkom. Druhy tuhých a výbušných nitov Nity používané na nitové spoje sú normalizované súčiastky. Podľa normy rozlišujeme nity: konštrukčné (obr.5-41a) kotlové (obr.5-41b) zápustné (obr.5-41c) drobné (obr.5-41d) špeciálne (obr.5-41e) 168
Konštrukčné a kotlové nity sa od seba odlišujú iba tvarom hlavy. Obidva druhy majú pologuľatú hlavu, avšak kotlové nity majú hlavy väčšie a rozšírené aby zabezpečovali tesnosť. Prechod hlavy do drieku býva na týchto nitoch pre väčšiu pevnosť zaoblený. Nity so zapustenými hlavami sa používajú tam, kde by pologuľatá hlava prekážala a kde zoslabenie plechov (spojovaných častí) zapustením nitov nevadí. Drobné nity sa používajú ku spojeniu plechov a menších, tenkých súčastí. Drobné nity majú priemer drieku do 9 mm. Špeciálne nity sú napríklad nity tvarované a tzv. výbušné nity sú určené na spájanie tenkých plechov kde je prístup iba z jednej strany. Duté nity sú nity ktorých koniec sa zatiahne (roznituje) nitovacím tŕňom. Rozlišovanie nitov podľa opernej hlavy: zvolený tvar opernej hlavy musí zodpovedať požadovanej konečnej povrchovej úprave povrchu danej súčasti. V leteckom priemysle sú kvôli zabezpečeniu dostatočnej aerodynamickej čistote trupu, krídel a chvostových plôch používané predovšetkým nity so zapustenou hlavou. U vnútorných konštrukcií draku sa používajú nity s pologuľatou hlavou, kužeľovou, zapustenou a súdkovou hlavou. Záverná hlava: ako najvhodnejší sa používa plochý súdok, vytvorený plochou raznicou. Používané sú tiež tvary závernej hlavy zhodné s hlavou opernou a výnimkou nie sú ani kombinácie zápustná operná hlava pologuľatá hlava záverná. Nity so zvýšenou pevnosťou v strihu sú špeciálne nity pre nitovanie závesných kovaní a iných miest s prenosom vyšších sústredených síl, kde by štandardné nity nestačili svojou pevnosťou. Používajú sa napríklad: nity s priemerom drieku nad 8 mm a s vyvŕtaným driekom, nity ktorých oceľový driek je na konci špeciálne upravený s nalisovaným duralovým klobúčikom. 169
Tesniace nity sa používajú na konštrukciu nádrží, plavákov a iných nitovaných plôch, u ktorých sa vyžaduje mimo pevnosti a koróznej odolnosti tiež tesnosť voči kvapalinám a plynom. S výhodou sa používa tzv. temovanie. Tesnosť sa dosiahne zalisovaním závernej hlavy do hlbokého prelisu spojovaných plechov. Tak sa dosiahne tesnosť voči kvapalinám. Prekrytý spoj zo strany pretlaku poskytuje odolnosť aj voči plynom. Duté a poloduté nity slúžia ku spájaniu plechov, ktoré sú od seba vzdialené a nie je možné ich nitovať klasickým spôsobom. Hrozí tu nebezpečenstvodeformácie konštrukcie alebo pokriveniu drieku nitu počas tvárnenia závernej hlavy. Z tohto dôvodu sa používajú duté nity, u ktorých záverná hlava ja vytvorená rozovretím rúrky smerom von. Tam, kde nie je prípustné použiť takýto priechodzí nit, použije sa nit polodutý, teda nepriechodzí. U týchto nitov je operná hlava plná a záverná hlava spolu s driekom je dutá. Nity pre nitovanie iba z jednej strany sa používajú tam, kde nie je možné používať štandardnú metódu s dvomi nástrojmi: hlavičkár pneumatického kladiva a hlavičkár opierky, alebo dva hlavičkáre v prípade lisovania. Nie vždy je možné vytvoriť nitový spoj takto štandardne s prístupom z oboch strán. Záverná strana nitu potom musí byť vytvorená jedným nástrojom. Spôsob realizácie je nasledovný: pretlačením kolíka pretiahnutím kolíka, alebo tŕňa výbuchom Pretlačením kolíka dutým, na závernej strane špeciálne upraveným, rozrezaným a vytvrdeným nitom sa vytvorí dutý nitový spoj. 170
Obr. 5-47.1 Dutý nitový spoj je vhodný pre pevnostne málo namáhané spoje. Z pohľadu pevnosti je výhodnejší nitový spoj tvárnený ťahom kolíka naprieč špeciálne tvarovaným dutým nitom, pre ktorý sa vžil termín trhací nit. Počas nitovania, lepšie povedané počas tvárnenia, sú tvárniace sily rovnomerne rozložené, materiál nitu je po ukončení tvárniaceho procesu zaťažený menším pnutím. Do nitovacieho otvoru sa vkladá nit spolu so zasunutým tŕňom, ktorý je vhodne zakončený pre uchytenie v trhacích kliešťach. Ťahom tŕňa pri súčasnom tlaku na opernú hlavu je spoj znitovaný tak, že nakoniec je záverná hlavaroztiahnutá a prebytočný materiál tŕňa sa odstráni. 171
Zaujímavým riešením nitovania z jednej strany je nitovanie výbuchom. Do predvŕtanej nitovacej diery sa vkladá výbušný nit. Tlakom, alebo teplotou sa výbušná náplň v dutom drieku privedie k výbuchu. Výbuch rozovrie závernú hlavu nitu. Výhody takéhoto nitovania sú: možnosť nitovať aj na ťažko prístupných miestach využitie pomerne vysokej pevnosti materiálu drieku pri zachovaní plného prierezu malý požadovaný priestor pre opornú aj závernú hlavu nitu tesnosť spojenia až na úroveň požadovanú ne nepriepustnosť voči kvapalinám. a) - výbušný nit pred roznitovaním b) - vytvorenie závernej hlavy výbuchom Nity pre nitovanie z jednej strany sú určite výhodné technológie nitovania, napriek tomu ale ich používanie nie je celkom bežné. Je to preto, že sa ťažko kontroluje stav a kvalita závernej hlavy po ukončení nitovania. Technológiu nitovania z jednej strany teda používame iba tam, kde klasické technológie nitovania nie je možné použiť. Presné triedenie a označovanie nitov Výroba a použitie nitov vo všeobecnom strojárenstve podlieha normalizácii. Normy STN, medzinárodné ISO, európske EN vo vzťahu k nitom sú uvedené v nasledujúcom stručnom prehľade: STN 02 1726 Podložky pod nity STN / EN / ISO 1458X Technické predpisy a označovanie nitov STN 02 203X Technické predpisy a označovanie nitov STN 02 23XX Nity so zapustenou, guľatou a pologuľatou hlavou STN / EN ú ISO 1597X a 8X Nity trhacie STN 02 2379 Nity kužeľové STN 02 238X Nity duté valcové STN / ISO 17057 Letectvo a kozmonautika nity plné skúšobné metódy STN ISO 941X Letectvo a kozmonautika nity plné STN / EN 214X a 255X Letectvo a kozmonautika nity plné STN / EN 2309 Letectvo a kozmonautika rozmery dier pre plné nity 172
Výroba a použitie nitov v leteckom priemysle bola tiež predmetom odborových noriem. Príklad označenia nitovaného spoja podľa odborovej leteckej normy: Označenie nitového spoja v letectve podľa odborovej normy ONL 1561. Príklad označenia: Počet nitov Materiál nitov Hlava nitu Rozmer nitu ( priemer x dĺžka ) Záverná hlava nitu Materiál nitu je označovaný podľa noriem STN, napr.: STN 42 3005, STN 42 4204, STN 42 4005, STN 42 4415, STN 42 4432, STN 42 4201, STN 42 4208, STN 42 4203 Operná hlava (pred označením rozmeru) a záverná hlava (za označením rozmer) nitu sú označované veľkým písmenom: Operná hlava Záverná hlava tvar ozn. norma tvar ozn poznámka hlava pologuľatá K STN 02 2302 hlava pologuľatá K iba pre ručné nitov. hlava plochá guľová V STN 02 2304 hlava plochá guľová V nepoužíva sa hlava zápustná v opracovanom zahĺbení Hlava v presadenom do zahĺbenia hlava zápostná plechu opracovaného zápustná v presadenom plechu hlava v obojstrannom zahĺbení plechu zápustná v tenkom Z STN 02 2320 hlava zápustná v opracovanom zahĺbení Z z STN 02 2320 Hlava zápostná v presadenom do zahĺbenia plechu opracovaného Z p STN 02 2320 hlava zápustná v presadenom plechu Z t STN 02 2320 hlava zápustná v obojstrannom zahĺbení plechu v tenkom Z Z z Z p nepoužíva sa hlava plochá P nepoužíva sa hlava plochá nepoužíva sa Z t Tab. 5.4 Označenie nitov 173
Označenie nitu podľa normy STN 022302:1955 Presné nity s pologuľatou hlavou Príklad označenia: Nit 4 x 15 STN 02 2302.2 presný nit s pologuľatou hlavou, s priemerom d = 4 mm, dĺžkou l = 15 mm, zo zliatiny 42 4204.6 Označenie nitu podľa normy STN 022304:1955 Presné nity s plochou guľatou hlavou Príklad označenia: Nit 3 x 15 STN 02 2304.3 presný nit s plochou guľatou hlavou, s priemerom d = 3 mm, dĺžkou l = 15 mm, zo zliatiny 42 4232.1 Pre ľahké zistenie materiálu nitov sú na hlavách nitov vystupujúce číslice zhodné s číslicami doplnkovými. Oceľové nity a nity zo zliatiny 42 4204 sa neoznačujú. Označenie nitu podľa normy STN 02 2320:1955 Presné nity zapustené so šošovkovitou hlavou Príklad označenia: Nit 4 x 20 STN 02 2320.0 presný nit zapustený so šošovkovitou hlavou, s priemerom d = 4 mm, dĺžkou l = 20 mm, zo zliatiny 42 4204.6 Pre ľahké zistenie materiálu nitov sú na hlavách nitov vystupujúce číslice zhodné s číslicami doplnkovými. Oceľové nity a nity zo zliatiny 42 4204 a z medi C-Cu F 20 sa neoznačujú. Tepelné spracovanie nitov Z duralu, z ktorého sú nity vyrábané, je možné kalením získať dobrú trvanlivosť a po vyzretí materiálu aj vysokú pevnosť. Na pevnosť duralu po zakalení ma vplyv teplota kalenia. Táto je pre duralové nity 505 C ±5 C. Doba kalenia závisí na priemere drieku a normálne sa nachádza v rozmedzí 20 až 30 minút. Tieto požiadavky kladú vysoké nároky na presnosť kaliacej teploty v celom priestore kaliacej pece. Pri prekročení kaliacej teploty nastáva prehriatie, respektíve spálenie nitu. To sa prejavuje na povrchu pluzgiermi. Spálené nity sú veľmi krehké ani opätovné vytvrdzovanie už nezvráti navodený stav. Nit je potrebné vyradiť. Naopak pri teplote kalenia nižšej než je teplota optimálna nedôjde k dosiahnutiu očakávaných mechanických vlastností po vyzretí materiálu. Takýto nit je možné opätovne kaliť, avšak až po ukončení procesu vytvrdzovania. Takto náročne definovaným požiadavkám vyhovujú pece akumulačné solné, alebo cirkulačné teplovzdušné. Po zakalení nitu a jeho vybraní z kaliacej pece začína proces zretia materiálu. Pri teplote 20 C v priebehu 24 hodín dosiahne 95% konečnej pevnosti a tvrdosti. So vzrastajúcou teplotou sa proces starnutia urýchľuje. Pri teplote 50 C dosahuje nit požadovanú tvrdosť už v priebehu 5 až 8 hodín. Pri teplote 20 C už v prvej hodine zretia sa pevnosť zvýši o 20%. To však z hľadiska použitia nitu nie je vhodné. Pre účely spracovania je nutné zachovať dostatočnú tvárnosť. So vzrastajúcou tvrdosťou nitu narastá aj obťažnosť jeho použitia. Príliš tvrdé nity vykazujú po použití známky mechanického poškodenia. Malé trhlinky na závernej hlave môžu dokonca v extrémnom prípade natoľko znížiť pevnosť, že už pri malom zaťažení sa spoj poruší a hlava jednoducho odpadne. Z tohto dôvodu je nutné kaliť iba taký počet nitov, koľko je nutných na použitie. Pokiaľ je žiaduce zakaliť viac nitov, ako sa spotrebuje v čase vhodnom pre tvárnenie, zostávajúci počet nitov sa uskladňuje v chladiacom zariadení pri teplote 0 C. Týmto spôsobom skladovania sa doba použiteľnosti nitov predžuje až o 24 hodín. 174