Csavarkötés

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.

Csavarkötés átmenő furattal

Csavarkötés zsákfurattal

Tőcsavar zsákfuratban

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