SKF Linearna kretanja i precizne tehnologije

Priručnik za zatezanje vijaka

Uvod 4

Tradicionalne metode zatezanja 7Zatezanje moment (kilo) ključem 7Zatezanje pomoću grijače šipke 12

Zatezanje mehaničkim izduženjem/deformacijom 12

Zatezanje pomoću hidrauličkih zatezala 13Prezentacija 13

Prednosti i značajke 14Mjerni instrumenti za hidrauličko zatezanje 16

Tehnička analiza zatezanja vijaka 19

Usporedba zatezanja moment (kilo) ključem i hidrauličkog zatezanja vijaka 26

Zatezanje postojećeg sklopa 26Projektiranje novog sklopa 34

Istovremeno zatezanje vijaka hidrauličkim zatezalima 37 Istovremeno zatezanje 100% (svih) vijaka u sklopu 37

Istovremeno zatezanje 50% (polovice) vijaka u sklopu 38Istovremeno zatezanje 25% (četvrtine) vijaka u sklopu 39

Zaključak 42

Uvod Bez sumnje sklopovi povezani vijcima su najuobičajeniji i

najrasprostranjeniji sklopovi u mehanici.

Ove vrste sklopova sadrže u sebi dva osnovna elementa:

• jedan od elementa je komponenta sa navojem:

- vijak i matica

- klin sa maticom na jednom kraju

- klin sa maticom na oba kraja

Ove komponente se ponekad koriste različitim vrstama podložnih

pločica (Slika 1a dolje).

• drugi element je dio pomoću kojeg se vrši zatezanje.

Ti drugi elementi pomoću kojih se provodi zatezanje su predmet

interesa ovog priručnika.

U daljnjem tekstu riječ vijak koristit će se u svom izvornom

značenju kako bi se uključile sve tri vrste one prve komponente sa

navojem spomenute prije.

Iako se sklopovi povezani vijcima naizgled doimaju jednostavnima,

oni inženjerima koji ih projektiraju, tehničarima koji ih sklapaju, te

odjelu za održavanje stvaraju određene probleme.

Prilikom faze projektiranja često se koristi metoda "grubog

dimenzioniranja", što za posljedicu ima odstupanje svih

komponenata sklopa u veličini, što ne osigurava sigurnost sklopa,

nego baš naprotiv njegovu nesigurnost.

U stvarnosti, projektiranje sklopa povezanog vijcima zahtjeva

ozbiljan i metodološki pristup, jer pogreške mogu dovesti do vrlo

često skupog kvara i katastrofalnih posljedica.

Mnoge analize su pokazale da su najčešći uzrok kvara sklopova

vezanih vijcima, njihovo nepravilno projektiranje (analiza, crtež,

izračun, odabir komponenata) ili upotreba (metoda zatezanja,

upotreba alata, provjera).

Analize su isto tako pokazale da je među mogućim uzrocima kvara

sklopa (preopterećenje, nepravilno projektiranje, tvorničke greške

itd.), najčešći uzrok loše sklapanje. Nedovoljna zategnutost,

prevelika zategnutost ili nepravilno zatezanje uzrokuju 30% svih

kvarova na sklopovima.

Potrebno je još napomenuti da je 45% svih slučajeva zamora

materijala uzrokovano lošim sklapanjem (Slika 1b dolje).

Slika 1a

Pogreške pri sastavljanju (45%)

Tvorničke greške

Propusti prilikom projektiranja

Kvarovi uslijed izlaganja temperaturi

Pogrešna upotreba

Pogrešan izbor materijala

Nepravilna površinska obrada

Slika 1b: Primarni uzroci kvarova uslijed zamora materijala kod vijkom vezanih zglobova

SKF 4

Slika 2

Pravilno zatezanje vijaka, znači najbolju upotrebu njegovih elastičnih

svojstava.

Da bi pravilno radio, vijak se mora ponašati poput opruge.

Pri radu, postupkom zatezanja dobiva se osovinsko pred-opterećenje

stezanja vijaka. To opterećenje stezanja je ustvari jednako i suprotno

sili kompresije koja djeluje na sklopljene komponente. Možemo ga

nazvati "opterećenjem zatezanja" ili "opterećenjem stezanja".

Ovisno o primjeni, svrha tog opterećenja zatezanja je višestruka:

- osigurati izdržljivost cijelog sklopa, koji će moći podnijeti vanjska

opterećenja koja nastaju uslijed stezanja i rastezanja, kompresije,

momenta svijanja i smicanja;

- spriječiti curenje na brtvama;

- izbjeći smično naprezanje na vijku

- izbjeći efekt spontanog popuštanja

- smanjiti utjecaj dinamičkih opterećenja na zamor materijala vijka

(vidi Slika 2 iznad).

Nadalje, sve komponente (vijci i dijelovi sklopa) moraju izdržati sve

ove napore, pri tome ostajući ispod granice pucanja svih

upotrijebljenih materijala.

Zatezanje vijaka je optimalno, kada je vijak pravilno zategnut: niti

previše, niti premalo! Vijak može popustiti, puknuti ili sl. bez obzira

na to da li je previše ili premalo stegnut.

Kontrola sklopova spojenih vijcima

Osnovno je kontrolirati razinu opterećenja zatezanja, te isto tako i

točnost vrijednosti zatezanja, kako bi se osigurao pravilan rad

sklopa spojenog vijcima.

Potrebna je kompletna kontrola uvjeta zatezanja - od samog

početka projektiranja – kako bi se osigurala najbolja iskoristivost

mehaničkih svojstava vijaka, (vidi Slike 3 i 4 dolje, i strana 6).

Slika 3

U ovom "Priručniku za zatezanje vijaka" te u katalogu " HYDROCAM zatezala vijaka – Sustavi zatezanja u industriji ", odjeli projektiranja pronaći

će sve potrebne teorijske i praktične podatke koji su potrebni za projektiranje optimalnih sklopova sa vijcima, a tehničari na sustavima će pronaći

potrebne podatke za kontrolu zatezanja.

SKF 5

Mehanička svojstva vijaka Vijci su najčešće napravljeni od čelika. Poput drugih metala i čelik je

elastičan, barem dok naprezanje (istezanje/deformacija) ne pređe

"granicu elastičnosti" nakon koje deformacije materijala postaju

trajne. Unutar "granica elastičnosti", metalni dio poput vijka slijedi

Hook-ov zakon, koji kaže da je naprezanje (pri istezanje)

proporcionalno naprezanju (uslijed opterećenja), kako je to prikazano

na grafu.

Govoreći o strukturalnoj mehanici, u obzir treba uzeti sljedeće karakteristike materijala:

E: Elastični modul stezanja/rastezanja ili Young-ov modul:

LL

LSLF

LL

SFE

∆=

∆=

∆=

..

. σ

gdje je F= sila stezanja/rastezanja, S= presjek, L= dužina, ∆t.= istezanje

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ==∆

ESF

ELL

.σ

za čelik E: 200000/210000 MPa

ν: Poisson-ov omjer ili indeks bočnog naprezanja:

LL

dd ∆∆

=ν

za čelik: 0,27/0,30

za aluminij: 0,33/0,36

za gumu: 0,49

(najmanje stlačiv od svih krutih materijala)

za tekućine: 0,5 (gotovo nemoguće stlačiti)

za pluto: 0,0x (vrlo stlačiv)

K: Koeficijent stlačivosti (putem analogije za tekućine):

EdPdVK )21(3 ν−

== za tekućine: 0≅k

G: Moduli elastičnost prilikom smicanja:

)1(2 ν+=

EG za čelik: 77000/82000 MPa

Rm: Konačni napor prilikom stezanja Re: Granica elastičnosti, ili "Točka pucanja" A%: Maksimalno istezanje/deformacija u točki pucanja

SKF 6

Tradicionalne metode zatezanja Postoji nekoliko metoda zatezanja vijaka. Princip kod svake od njih je

različit, kao što se razlikuju i kvaliteta i preciznost.

Slijedi kratak pregled najčešće upotrebljavanih metoda.

Zatezanje moment (kilo) ključem

SKF 7

To je vjerojatno najuobičajenija metoda zatezanja. Njezina glavna

prednost, posebice ako promjer vijaka nije veći od 30mm,

jednostavnost i brzina upotrebe. Ali usprkos razvoju teorije i

eksperimentima, ova metoda pati od osnovnih suštinskih nedostataka:

Karakteristike zatezanja preko zakretnog momenta Visoka razina nesigurnosti oko konačnog opterećenja stezanja vijaka Opterećenje konačnog zatezanja ovisi o koeficijentu trenja u navoju

matice i vijka, te na površini dodira ležaja između matice i oboda.

U stvarnosti, nemoguće je točno i pouzdano odrediti vrijednost ovih

koeficijenata.

Za danu nominalnu vrijednost zakretnog momenta, odstupanje kod

konačnog opterećenja zatezanja može varirati od +/-20% kod dobrih

uvjeta, pa do +/-60% ako su uvjeti loši (vidi Slika 5 dolje).

Do ovako velikog raspona dolazi uslijed pojave sljedeća tri

fenomena:

- tolerancija samog moment (kilo) ključa, koja može

biti od +/-5% do +/-50%, ovisno o alatu (vidi Slika 6

str.8);

- geometrijski nedostaci i hrapavost površine navoja i

ležajeva pričvršćenih komponenti;

- stupanj podmazanosti površine ležajeva

Uklapanje dodatnog "parazitskog" naprezanja pri uvijanju Kao dodatak željenom osovinskom vlačnom naprezanju,

zatezanjem preko zakretnog momenta u vijku se javlja i naprezanje

pri uvijanju koje može dostići i 30% vlačnog naprezanja.

Rezultat toga je znatno povećano ekvivalentno naprezanje (prema

Von Mises ili Tresca kriteriju) u vijku i može preći granicu pucanja

materijala, dok cijelo to vrijeme vlačno naprezanje ostaje unutar

dozvoljenih granica (vidi Slika 7a, str.9).

Nadalje, preostalo naprezanje uslijed uvijanja, povećava rizik

spontanog popuštana u kasnijoj fazi.

K tome, s obzirom da zakretni moment najčešće djeluje

asimetrično, javlja se i naprezanje uslijed savijanja, no vrijednost

tog naprezanja je u usporedbi s drugim naprezanjima mala. No

ipak, tamo gdje su radni uvjeti na granicama normale i to

naprezanje treba uzeti u obzir.

Metoda zatezanja Točnost kod pred-opterećenja γ - kalibrirani moment (kilo) ključevi

- električni alati za zatezanje sa uobičajenom kalibracijom prilikom primjene

(mjerenje deformacije vijka ili mjerenje vrijednosti zatezanja pomoću

kalibriranog moment (kilo) ključa)

%20± 1,5

- udarni ključevi sa podesivom krutošću i periodičkom kalibracijom prilikom

primjene (mjerenje vrijednosti zatezanja pomoću kalibriranog moment (kilo)

ključa po okretu) %40± 2,5

- ručni ključevi

- šok ključevi (nekalibrirani) %60± 4

.min.max

0

0

FF

=γ : Faktor nepreciznosti kod opterećenja prilikom zatezanja

Slika 5: Točnost opterećenja prilikom zatezanja kod različitih metoda zatezanja koje koriste zatezni moment

SKF 8

Vrsta opreme Raspon preciznosti metode zatezanja preko zakretnog

momenta Ručni alat

Prijenosni električni alati

Neprijenosni električni alati

Ograničenja pri upotrebi

Jednostavni šok ključevi Nm50≥ D

%20± to %50± Električni alat za

zatezanje sa pozitivnom

spojkom (kvačilom)

Nm50≤

Električni alat za

zatezanje sa

pneumatskim

podešavanjem

Nm10≤

Električni alat za

zatezanje sa električnim

podešavanjem

Nm10≤

Udarni ključevi sa

pohranjenom energijom

(sa šipkom za uvijanje ili

nečim drugim)

Nm10≥

Podesivi ključevi sa

kutnim pogonom Nm20≤

Kalibrirani ključevi sa

jednostavnim

sistemom otpuštanja

Nm400≤

C

%10± to %20±

Jednostavni zrakom

pokretani alati Nema ograničenja

Hidraulički alati za zavrtanje - Kalibrirani ključevi sa

sistemom otpuštanja i

automatskim

resetiranjem

Nm800≤

Kalibrirani ključevi sa

mjerilom i

brojčanikom

Nm2000≤

Ključevi sa kutnim

pogonom i sistemom

otpuštanja

Nm80≤

Zrakom pokretani alati sa

kontroliranim zakretnim

momentom

Nema ograničenja

B

%5± to %10±

Alati sa pulzirajućim zrakom Nema ograničenja

Alati za zatezanje sa

električnim pogonom Nema ograničenja

Elektronski kalibrirani

ključevi Nm400≤

Motori sa dvije brzine Nema ograničenja

A

%5±<

Motori sa servo kontrolom Nema ograničenja

Slika 6: Odstupanja u industrijskoj primjeni zakretnog momenta

Slika 7a

Oštećenja površine ležaja Trenjem između dijelova pod velikim opterećenjem dolazi do iritacije

i oštećenja površina koje su izložene trenju, znači to su navoji na

matici i vijku, te površine ležajeva koje se nalaze između matica i

prirubnica (pojas nosača).

Pri sljedećem postupku zatezanja, takvo oštećenje će povećati sile

trenja, te će se sukladno tome povećati greška u opterećenju pri

konačnom zatezanju. (Slika 8a, str.10).

Problemi prilikom otpuštanja Često je teže otpustiti (odšarafiti) vijak pritegnut zakretnim

momentom, nego što ga je bilo zategnuti. Oštećenja na dodirnim

površinama, te problemi hrđanja (korozije), zahtijevaju veći zakretni

moment, što može izazvati razna oštećenja na dijelovima sklopa.

Problemi pri zatezanju velikih vijaka Kada potreban zakretni moment pređe 1000 Nm, mora se upotrijebiti

raznolika oprema koja radi na principu zakretnog momenta, kao što

su udarni ključevi, moment (kilo) multiplikatori ili hidraulički

moment (kilo) ključevi (Slike 9a i 9b, str.10).

Ovom opremom moguće je postići potreban zakretni moment

zatezanja. Međutim, posebice kod udarnog ključa, preciznost je

nepouzdana. Samo se hidrauličkim moment (kilo) ključem – pod

uvjetom da se koristi oprema vrhunske kvalitete u rukama

vrhunskog stručnjaka koji slijedi precizna uputstva uporabe –

može postići nekakav napredak u preciznosti.

Istovremeno zatezanje je rijetko moguće Sa metodom zakretnog momenta, općenito nije moguće

istovremeno zatezanje jednog dijela ili svih vijaka u sklopu.

Kada se koriste hidraulički moment (kilo) ključevi, teoretski

nekoliko vijaka se može istovremeno zatezati. Međutim, samo je

nekoliko vijaka moguće spojiti u jednom trenutku, zbog prostornih

ograničenja i instalacijskih poteškoća.

Nadalje, to ne isključuje gore navedeni problem nepreciznosti.

SKF 9

Slika 8a: Zatezanje ključem oštećuje površinu dijelova sklopa.

Uzastopno sastavljanje i rastavljanje naglašava ovaj fenomen.

Slika 9a: Moment (kilo) multiplikator

Slika 8b: Zatezanje sa hidrauličkim zatezalom vijaka pomaže

očuvanju stanja dijelova, bez obzira na broj uzastopnih sastavljanja i

rastavljanja.

Slika 9b: Hidraulički moment (kilo) ključ

Metode i uređaji za mjerenje zakretnog momenta zatezanja Moguće je smanjiti odstupanje u konačnom opterećenju zatezanja,

upotrebom instrumenata za mjerenje ili zakretnog momenta ili

rezultirajuće deformacije vijka. Ali bez obzira na načine kontrole, ne

smijemo zaboraviti da bilo koja metoda zatezanja preko zakretnog

momenta povećava razinu ekvivalentnog naprezanja koje proizlazi,

zbog pojave "parazitskog" naprezanja pri uvijanju.

Praćenje vrijednosti zakretnog momenta Ovo je najjednostavnija metoda. Međutim, kako je već opisano, čak i

tamo gdje je preciznost vrijednosti primijenjenog zakretnog momenta

dobra, i dalje ostaje nesigurnost oko naprezanja pri konačnom

opterećenju u vijku.

Provjera preko kuta rotacije matice Ova metoda se sastoji od dva koraka. Prvo se matica zateže do

vrijednosti zakretnog momenta koja je nešto manja od potrebne

konačne vrijednosti zakretnog momenta. Od tada nadalje

primjenjuje se određeni kut rotacije.

Ovim se ponešto smanjuje odstupanje oko naprezanja kod

konačnog opterećenja. Međutim, nepreciznost ostaje na visokoj

razini, a može se znatno povećati i "parazitsko" naprezanje pri

uvijanju.

Metode mjerenja deformacije vijaka Dolazi do znatnog povećanja preciznost, prilikom izravnog

mjerenja deformacije vijka. Moguće je primijeniti nekoliko

metoda:

SKF 10

Metoda šipke i diska sa narovašenim rubom Šipka na vrhu koje se nalazi disk sa narovašenim rubom ušarafi se u

provrt u sredini vijka.

Kada je deformacija vijka jednaka početnom razmaku ostavljenom

između vrha šipke i narovašenog diska, blokirana je rotacija diska,

čime tehničar zna da je vijak zategnut.

U ovoj metodi postoje određeni nedostatci:

- dodatni troškovi dijelova i bušenja;

- vijak je oslabljen;

- potreba za preliminarnim kalibriranjem;

- nesiguran stupanj preciznosti, posebice jer tehničar mora pomaknuti

narovašeni disk kako bi provjerio koliko je razmaka još ostalo.

Mjerenje putem mjernog instrumenta sa brojčanikom ili LVTD (Linearni pretvarač istisnine – linear displacement transducer) Buši se rupa cijelom dužinom vijka kako bi se u nju smjestila mjerna

šipka. Razlika u udaljenosti između kraja šipke i kraja vijka mjeri se

mjernim instrumentom sa brojčanikom ili elektroničkim senzorom

(LVTD).

Ova metoda je preciznija nego prethodna, ali ima slične nedostatke:

- dodatni troškovi dijelova i bušenja;

- vijak je oslabljen;

- potreba za preliminarnim kalibriranjem.

Metoda ultrazvučnog (UZ) mjerenja Ova metoda se temelji na mjerenju vremena koje je potrebno

ultrazvučnom valu da dođe do kraja i natrag longitudinalne osovine

vijka. Vijci nisu izbušeni, ali moraju biti vrhunske kvalitete, a uz to je

potrebna i pažljiva kalibracija. Ova metoda zahtjeva visoko

kvalificirano osoblje. Stalna unapređenja čine ovu metodu sve

privlačnijom, a posebice za vijke malih dimenzija (promjera ispod

20mm).

Metoda mjerenja naprezanja Mjerni instrumenti za mjerenje naprezanja pričvršćuju se na vijak, te

se spaja na Weston-ov most; mjere se varijacije u signalu – koje

odgovaraju varijacijama naprezanja u vijku. Potrebna je preliminarna

kalibracija.

SKF

Možemo zaključiti, da gore spomenute metode zahtijevaju rad

specijaliziranih tehničara, te vrijeme njihove provedbe može biti

dugo. Isto tako, preciznost ovih metoda je izravno proporcionalna

visini troškova. Uz to, ove metode ne mjere izravno opterećenje

stezanja i zatezanja, nego ustvari mjere varijacije u deformacijama

vijka.

Slika 10: "Senzorna " podloška

Podloška sa senzorom (Slika 10 iznad) U usporedbi sa drugim metodama osnovna prednost Podloška sa

senzorom, jest izravno mjerenje opterećenja zatezanja.

"Senzorna" podloška, je instrument koji se postavlja ispod matice

na koju se primjenjuje zakretni moment.

Preporuča se između podloška sa senzorom i matice postaviti i

običnu tanju podložnu pločicu, kako bi se izbjeglo veliko trenje na

podlošku sa senzorom prilikom zatezanja i otpuštanja.

Ova podloška djeluje kao senzorna ćelija opterećenja.

Preciznost je dobra, a metoda je lako upotrebljiva.

Kada se koristi moment (kilo) ključ, sile trenja mogu biti vrlo

različite od vijka do vijka u istom sklopu. Ako se zahtjeva visoka

preciznost podlošku sa senzorom trebalo bi postaviti na svaki vijak

u sklopu.

Nadalje, ova metoda pruža mogućnost periodičnog ili stalnog

mjerenja i praćenja vlačnog naprezanja u vijku, bilo da je sklop u

upotrebi ili ne.

Prelazak sa moment (kilo) ključeva na hidraulička zatezala vijaka Upotreba hidrauličkog zatezala vijaka podrazumijeva poznavanje

preostalog opterećenja na vijku. No, kod zatezanja sa moment

(kilo) ključem, preporuča se upotreba samo zakretnog momenta.

On se obično iskazuje u Newton-metrima (Nm). Sljedeća teorijska

formula pruža mogućnost preliminarnog određivanja približne

vrijednosti

(slijedi tekst sa stranice 12.)

preostalog opterećenja stezanja, kada se vrijednost zakretnog

momenta upotrijebi na vijku. Ova formula dobivena je kada se

u obzir uzme trenje među navojima, te trenje između glave

matice i prirubnice.

T

11

mrdpF

221 583.016.00

µµ ++=

T: zakretni moment zatezanja

p: uspon navoja

µ1: koeficijent trenja između navoja vijka/matice

µ2:koeficijent trenja između glave matice/prirubnice

d2: odgovarajući promjer vijka

rm: prosječni promjer glave matice

U odjeljku pod naslovom "Usporedba zatezanja moment (kilo)

ključem i hidrauličkog zatezanja vijaka" opisana je stvarna primjena

ove formule.

Zatezanje pomoću grijače šipke

SKF 12

Ova metoda sastoji se od produljenja vijka, koji se zagrijava

umetanjem grijače šipke u sredinu vijka. Tada je dovoljno zakrenuti

maticu koristeći malu silu zakretnog momenta, dok matica ne dođe u

kontakt sa prirubnicom.

Nakon hlađenja, vijak će se stisnuti po dužini, te tako stegnuti maticu.

Istovremeno zatezanje više vijaka teoretski je moguće. Ova metoda je

teoretski precizna, ali u stvari sa sobom nosi nekoliko nedostataka:

- Potrebno je izbušiti rupu kroz sredinu vijka, kako bi se mogla

umetnuti grijača šipka.

- Potreban je sustav zagrijavanja, električni spojevi, uređaj za

kontrolu temperature, te oprema za rukovanje, posebice u slučaju

istovremenog zatezanja više vijaka.

- Ova metoda je suviše spora, s obzirom na vrijeme potrebno za

zagrijavanje vijka, a konačno opterećenje zatezanja moguće je

provjeriti tek nakon hlađenja vijka, što ujedno još produžava čitav

postupak.

Postupak obuhvaća sljedeći ciklu: zagrijavanje vijka, navođenje

matice, hlađenje dijelova, i mjerenja. Ovaj ciklus potrebno je

ponavljati nekoliko puta, kako bi se podesila zategnutost.

Temperatura potrebna za postizanje potrebnog izduženja, je ponekad

toliko visoka da može uzrokovati promjene u materijalu ostale

opreme. Kao rezultat, kada je termalno produženje nedovoljno,

potrebno je izvršiti zatezanje zakretnim momentom, koje se

provjerava mjerenje kuta matice.

Ova tehnika termalnog produženja vrlo rijetko se koristi, te se

općenito koristi za velike vijke (promjera >100mm).

Prelazak sa grijačih šipki na hidraulička zatezala vijaka. Kao što je već spomenuto, upotreba hidrauličkih zatezala vijaka

podrazumijeva poznavanje preostalog opterećenja na vijku. Tehnički

podaci za zatezanje pomoću grijače šipke su sljedeći: povećanje

temperature, i kut rotacije kod matice nakon postizanja željene

temperature. Ova tehnika se temelji na vrsti naprezanja: "prirodna"

deformacija uslijed zagrijavanja vijka, koja ovisi o koeficijentu

ekspanzije (α) čelika, te deformacija uslijed zatezanja preko

zakretnog momenta, tj. rotacija matice. Preko sljedeće teoretske

formule moguće je odrediti preostalo opterećenje stezanja (Fo) u

vijku, nakon upotrebe ove tehnike:

lpSEtSEFo θα +∆=

θ: kut rotacije matice

∆t: povećanje temperature

α: koeficijent ekspanzije čelika vijka

p: uspon (korak) navoja

S: presjek vijka

l: dužina zategnutog vijka

E: moduli elastičnosti (Young-ovi moduli) čelika vijka

Zatezanje mehaničkim izduženjem/deformacijomOvom metodom se opterećenje stezanja izravno prenosi na vijak

(Slika 11 ispod).

Općenito, u tijelu matice nalazi se sklop porivnih vijaka koji

simetrično složeni oko rupe glavnog navoja. Ovi vijci ostvaruju –

ili izravno ili preko podloška – pritisak na ležaj u dodirnoj površini

prirubnice. Oni se zatežu jedan po jedan, korak po korak, pri tome

koristeći vrlo mali zakretni moment, dok se ne postigne željeno

vlačno opterećenje.

Izduženje/deformacija vijka najčešće se mjeri jednom od već

spomenutih metoda. Unatoč činjenici da se ovom metodom uklanja

naprezanje pri uvijanju, ipak postoji nekoliko nedostataka:

- Istovremeno zatezanje nije lako provesti: moguć je samo

postupak "korak po korak", od jednog vijka do drugog. To je

ujedno zamorno i oduzima puno vremena, a rezultat je

"istovremeno" zatezanje.

- Da bi se točno odredilo da li je zatezanje uspješno provedeno,

potrebno je osigurati dodatna mjerenja, kao što je metoda

izduženja ili podloške za mjerenje opterećenja.

- Općenito, ova vrsta matica je skupa, jer su veće i potrebno je

izbušiti i narezati dodatne rupe za male vijke.

- Sa profesionalne strane ovom metodom se može postići kvaliteta

pravilnog zatezanja koja najbolje odgovara kriterijima iz uvoda.

- Sam postupak je vrlo spor jer je svaki mali vijak potrebno ručno

zategnuti

Zbog nabrojenih razloga, mehaničko izduženje/deformacija se

često ne koristi.

Slika 11: Zatezanje mehaničkim izduženjem

Zatezanje pomoću hidrauličkih zatezala

Slika 12a: SKF HYDROCAM zatezalo vijaka

Prezentacija (Opis)

SKF 13

Ova metoda zatezanja koristi SKF® (HYDROCAM®) zatezalo

vijaka (Slika 12a iznad).

Jedan kraj vijka mora biti duži tako da se proteže izvan matice. Na

vijak se primjenjuje hladno istezanje pomoću prstenastog

hidrauličkog cilindra postavljenog na njega. Vijak se nalazi samo

pod opterećenjem osovinskog stezanja/rastezanja.

Matica koja nije pod nikakvim naprezanjem se tada sa vrlo malo

napora pritegne, čime se ne prenosi nikakav zakretni moment na

vijak. Kada se u zatezalu otpusti pritisak tekućine, glavni dio

hidrauličkog opterećenja u zatezalu se prenosi na maticu, čime je

završeno zatezanje (Slika 12b str.15).

Za optimalnu preciznost, preporuča se dvostruko stezanje/rastezanje

vijka i zavrtanje matice.

Iz čega proizlazi, postupkom prvog zakretanja kompenzira se prazan

prostor, te izravnava bilo kakva nepravilnost površine i uravnotežuje

opterećenje; dok se postupkom drugog zatezanja primarno postiže

željena točnost preostalog opterećenja na vijku.

Postupak dvostrukog zakretanja u stvari znači ponavljanje 3, 4 i 5

koraka prikazanih na slici 12b, str.15.

Pod pretpostavkom da se ovom metodom posluži radnik, postignuti

rezultati će najbolje odgovarati kvaliteti pravilnog zatezanja koja je

u skladu sa postavljenim kriterijima iz uvoda.

Prednosti (hidrauličkog zatezanja vijaka) i značajke

SKF 14

Bez napora pri uvijanju Ovom metodom isključuje se bilo kakvo "parazitsko" naprezanje pri

uvijanju ili naprezanje uslijed svijanja vijka (Slika 7b ispod).

Dobra preciznost Postiže se velika preciznost prvenstveno iz jednog razloga, a to je da

se opterećenje stezanja savršeno kontrolira putem hidrauličkog

pritiska u zatezalu. Opterećenje ne ovisi o raznim koeficijentima

trenja u sklopu. Jedina nesigurnost ove metode proizlazi iz stupnja

zakretnog momenta koji se javlja prilikom zavrtanja matice.

Međutim, utjecaj ovog zakretnog momenta, po definiciji, je

sekundarnog značaja. No kroz jednostavan oprez i dobru radnu

obučenost, moguće je postići ujednačenost u postupku zavrtanja. Još

je potrebno spomenuti i Fh/Fo omjer (hidrauličko

opterećenje/preostalo opterećenje nakon otpuštanja pritiska), koji

moramo uzeti u obzir. Ovaj omjer je detaljno opisan na stranici 25.

Važno je pravilno shvatiti ovaj omjer, jer postoje načini kako za

svaki sklop postići precizan omjer.

Laka primjena Ovu metodu je lako provesti, ona ne zahtjeva nikakav fizički napor,

čak ni za velike vijke. Svi oblici ozljeda na radu su znatno smanjeni.

Različitost materijala Sa ovim hidrauličkim zatezalom moguće je pritegnuti vijke izrađene

od različitih materijala kao što je: nehrđajući čelik, titan, različiti

spojevi materijala i drugo.

Moguće je zatezati vijke različitih promjera Ovu metodu je moguće koristiti za velik raspon promjera vijaka, od

5 do 500mm!

Nema oštećenja ostalih dijelova Kontrola unutarnjih naprezanja, te se ne javlja nikakvo trenje pod

velikim opterećenjem ležaja. Stoga se ovom metodom štite pojedini

dijelovi sklopa (Slika 85, str.10).

Lako otpuštanje Postupak otpuštanja je vrlo lak: općenito potreban hidraulički napor

je približno za jedan posto veći od napora u fazi zatezanja.

Moguće je istovremeno zatezanje Metodom zatezanja putem HYDROCAM zatezala, moguće je

istovremeno pritegnuti nekoliko ili sve vijke u danom sklopu.

Prednosti su:

- jednaka zategnutost svih vijaka u sklopu,

- jednostavan postupak

- smanjeno vrijeme rada (pogledati poglavlje pod naslovom

"Istovremeno zatezanje vijaka hidrauličkim zatezalima", str.37).

Moguća automatizacija postupka Sam postupak zatezanja i otpuštanja moguće je automatizirati, čime

se postiže:

- optimizacija istovremenih postupaka,

- veća preciznost zatezanja,

- podjednak raspodjela sila zatezanja,

- smanjenje vremena zatezanja,

- lakši pristup nedostupni dijelovima, što podiže kvalitetu uvjeta

rada,

- daljinsko upravljanje

Mogućnost daljinskog upravljanja, daje tehničaru kontrolu nad svim

fazama zatezanja i otpuštanja iz sigurnog prostora. To znatno

smanjuje izloženost lošim i opasnim uvjetima rada kao što su:

zračenje, štetni materijali, visoke temperature, buka, te opasnost od

kvara na dijelovima sklopa.

Za vrijeme zatezanja:

FH : opterećenje kod hidrauličkog stezanja

σH : naprezanje pri stezanju uslijed hidrauličkog vlaka FH.

Nakon zatezanja

F0 : konačno opterećenje stezanja u vijku

σH : naprezanje pri konačnom stezanju/rastezanju nakon zavrtanja

matice i otpuštanja pritiska

1 – "Utičnica" za zavrtanje se postavlja na maticu, a

hidrauličko zatezalo obuhvaća vijak

2 – Nakon spajanja hidraulike, pritisak u zatezalu raste, a na

vijak djeluju potrebne steone sile.

3 – Otpuštanjem pritiska, klip se pomiče prema nazad.

Opterećenje zatezanja se sada vrši kroz stezanje vijka.

2 – Dio sa sponom/uvlačenje se šarafi na dio vijka koji viri

izvan matice.

4 – Dok se održava pritisak, matica se zavrće bez

opterećenja, koristeći "rupu" i tommy bar(vrsta

šipke/imbus ključa za zatezanje).

6 – Sada je moguće maknuti "utičnicu" i zatezalo.

Slika 12b: Princip rada HYDROCAM zatezala vijaka

SKF 15

Slika 15: Ultrazvučno mjerenje

izduženja vijka.

Slika 13: Mjerenje istisnuća na vrhu

vijka, pomoću mjernog instrumenta

sa brojčanikom.

SKF

Mjerni instrumenti za hidrauzatezanjeMoguće je upotrijebiti nekoliko metoda kontrole h

zatezanja vijaka, ovisno o traženoj preciznosti za z

Mjerenje hidrauličkog pritiska Nakon što ste odredili Fh/Fo omjer, precizno mjer

uporabljenog u hidrauličkom cilindru pruža razinu

do 10% konačnog opterećenja zatezanja, što je u v

prihvatljivo.

Metoda dvostrukog stavljanja pod pritisakJednom kada je vijak zategnut, kroz osnovni postu

zatezala pod pritisak, zavrtanja matice i otpuštanja

jednom se zatezalo stavlja pod pritisak kako bi se

izmjerilo opterećenje na vijku. Tijekom te druge k

se rast pritiska čija se vrijednost onda unosi u dijag

vršnog dijela vijka. Opterećenje stezanja vijka koj

rezultat, moguće je odrediti, prateći promjene u gr

krivulje. (Slika 13 iznad).

Ovom metodom se poboljšava kontrola nad konač

opterećenjem.

Točnost konačnog opterećenja zatezanja nalazi se

do 8%.

Mjerenje izduženja (deformacije) Ovo mjerenje se provodi jednom od prije spomenu

(mjerni instrument ili LVTD – vidi Slika 14 iznad

metodom (Slika 15 iznad).

Sa kvalitetno izrađenim vijcima i točnim, dobro ka

uređajima, nesigurnost kod konačnog opterećenja

smanjuje se na 1 do 5%.

Slika 14: Mjerenje izduženja vijka

preko ugrađene žice i LVTD

senzora.

16

ličko

idrauličkog

adani sklop:

enje pritiska

točnosti od 8%

ećini slučajeva

pak stavljanja

pritiska, još

preciznije

ompresije, bilježi

ram istisnuća

e se dobiva kao

afičkom prikaz

nim preostalim

u granicama od 5

tih metoda

) ili ultrazvučnom

libriranim

zatezanja

Podloška sa senzorom

Ova metoda, koja je već opisana kod zatezanja preko zakretnog

momenta, savršena je za hidrauličko zatezanje i daje vrlo precizne

rezultate mjerenja konačnog opterećenja stezanja u vijku (Slika 16,

str. 17).

Praktičnost ove metode tamo gdje je to potrebno je u tome što

podloška sa senzorom ostaje u sklopu, što pruža mogućnost

povremenog ili stalnog praćenja razlika opterećenja tijekom

vremena.

Za razliku od zatezanja preko zakretnog momenta, hidrauličko

zatezanje, moguće je reproducirati, a pri tome nije potrebna

podloška sa senzorom za svaki vijak. Dovoljno je postaviti podlošku

sa senzorom na svaki drugi, treći, četvrti ili osmi vijak, ovisno o

zahtjevima i postavkama.

Preciznost mjerenja opterećenja vijka sa "senzornim" podloškama

iznosi oko 5%, ali moguće ga je poboljšati do 2%, pažljivom

strojnom obradom dijelova sklopa.

S obzirom da hidrauličko zatezanje ne stvara nikakvo površinsko

trenje, važno je napomenuti da između matice i podloška sa

senzorom nije potrebno postavljati nikakve obične podloške.

SKF 17

Hidraulička metoda zatezanja vijka pruža dobru kontrolu naprezanja

stezanjem. Ako je vijak dovoljno dugačak, konačno naprezanje pri

stezanju se može sa sigurnošću dovesti do granice pucanja bez rizika

od prelaska te granice.

To je vrlo važno za kvalitetu zgloba. Suprotno ustaljenom uvjerenju,

proučavanja temeljena na stvarnim slučajevima pokazala su da, što

je naprezanje vijka bliže granici pucanja:

- zglob se ponaša bolje

- radni vijek vijka pod periodičkim opterećenjima je duži (Slika 17

ispod).

Kontrolom naprezanja u vijku moguće je optimizirati izbor

materijala i dimenzija u fazi projektiranja.

U usporedbi sa tradicionalnim metodama koje se služe zatezanjem

pomoću zakretnog momenta, hidrauličkim zatezanjem vijka se

smanjuju dimenzije sklopa i/ili broj vijaka u sklopu. Kao posljedica

javljaju se tri važne prednosti

- smanjenje ukupne veličine,

- smanjenje težine,

- smanjenje troškova.

Slika 17: Utjecaj jačine zatezanja vijka na njegove dinamičke performanse

SKF 18

Tehnička analiza zatezanja vijaka Bez obzira na metodu upotrijebljenu za zatezanje vijaka – na sklopu

poput prikazanog na Slici 18 nasuprot – cilj je primijeniti

opterećenje stezanja na vijak, te kompresijsko opterećenje na

sklopljene dijelove. Općenito, krutost vijka, u usporedbi sa ostalim

dijelovima u sklopu na koje djeluje kompresijsko naprezanje, je

relativno niska.

Na Slici 19 ispod, prikazana linija D1 za vijak ima lagani nagib, dok

linija D2 za strukturu je vrlo strma (Slika 20, str. 20). Linije D1 i D2

moguće je prikazati na istom grafu, gdje mjesto njihovog presjeka

označeno Fo predstavlja konačno opterećenje zatezanja (Slika 21b,

str. 20).

Vrijednost stezanja u vijku jednaka je vrijednosti kompresije u

strukturi, ali sa suprotnim predznakom (Slika 21a, str. 20).

Izduženje vijka je δB, dok je kompresija strukture δS.

Slika 18: Primjer sklopa sa vijcima

Slika 19: Dijagram stezanja u vijku

SKF 19

Onog trenutka kada vanjsko opterećenje stezanja FE počne djelovati

na sklop, stezanje u vijku se ne povećava za FE nego samo za F1, jer

je kompresija u strukturi umanjena za F2.

Iz čega slijedi: FE = F1 + F2 (Slika 22a1, str. 21).

Na grafu je vidljivo da na vijak ne djeluje ukupno vanjsko

opterećenje nego samo jedan njegov dio (Slike 22a2 i 23, str. 21 i

22).

Za kompresijsko vanjsko opterećenje FE dijagram na Slici 22a2, str.

21 zamijenjen je sa dijagramom na Slici 22b, str. 22.

Dio opterećenja F1 koje se prenosi preko vijka, može se proračunati

ovisno o krutosti vijka – RB, te krutosti strukture – RS. Iz čega

slijedi:

F1 =FE RB/(RB + RS)

Ako je opterećenje zatezanja nedovoljno u usporedbi sa vanjskim

opterećenjem, gubi se efekt zatezanja (Slike 24 i 25, str. 23).

Kod vanjskih cikličkih opterećenja, dijagrami na Slikama 26 i a7,

str. 24, prikazuju da je opterećenje koje se izmjenjuje na vijku vrlo

malo. To je vrlo važno jer znamo da dio tog opterećenja koje se

izmjenjuje ima snažan utjecaj na zamor materijala (Slika 17, str. 18).

Slika 20: Dijagram kompresijskog opterećenja/deformacije

strukture

Slika 21b: Zglob sa vijkom zategnut do razine pred-opterećenja F0

Slika 21b:

SKF

Dijagram opterećenja/deformacije

zgloba sa vijkom

20

Slika 22a1: Zglob sa vijkom pod pred-opterećenjem zatezanja F0 i vanjskim opterećenjem vuče/deformacije FE

F1 povećanje opterećenja stezanja u vijku

F2 smanjenje kompresijskog opterećenja na strukturu

Slika 22a2: Dijagramski prikaz utjecaja vanjskog opterećenja vuče/stezanja FE na sklop povezan vijcima uz pred-opterećenje F0.

SKF 21

Slika 22b: Tlačno vanjsko opterećenje na sklop FE potiče smanjenje opterećenja stezanja u vijku, te povećanje tlačne

dužinske deformacije u strukturi

Drugi dijagrami koji prikazuju odnos ukupnog opterećenja na vijku i vanjskog opterećenja koje djeluje na sklop:

Slika 23

SKF 22

Slika 24: Kada je opterećenje zatezanja nedovoljno u odnosu na vanjsko opterećenje, gubi se efekt zatezanja.

Slika 25: Opterećenje na vijku, kada je opterećenje vuče(rastezanja)/stezanja preveliko u odnosu na pred-opterećenje zatezanja na

sklopu.

SKF 23

Slika 26: Dijagram opterećenja u slučaju cikličkog vanjskog opterećenja

Slika 27: Varijacije u opterećenju vijka prilikom djelovanja cikličkog opterećenja vuče(rastezanja)/stezanja FE na sklop.

SKF 24

L/d (Dužina/promjer) omjer, Fh/Fo omjer za hidrauličko zatezanje Jasno je da veća razlika u krutosti između vijka i strukture, smanjuje

udio vanjskog opterećenja koje djeluje na vijak.

Stoga je uvijek bolje koristiti vijke koji su puno duži u odnosu na

promjer, jer je u tom slučaju krutost najniža.

Nadalje, omjer L/d je ujedno i glavni parametar pri određivanju

omjera upotrijebljenog hidrauličkog opterećenja Fh i konačnog

preostalog opterećenja Fo (Slika 28, str. 24). Iz toga proizlazi da

veća vrijednost L/d omjera smanjuje odnos Fh/Fo. Stoga su

prednosti u velikoj vrijednosti L/d omjera dvostruke.

Kada je L/d omjer nizak (<1.5), hidraulički napor, koji je potreban

da bi se postiglo potrebno konačno opterećenje zatezanja, može biti

vrlo velik, blizu granice pucanja materijala. U tom slučaju upotreba

vrhunskog hidrauličkog moment (kilo) ključa može biti prihvatljivo

rješenje.

Međutim u ovom slučaju, odabir između ove dvije metode zatezanja

ovisit će i o drugim parametrima u zadanoj primjeni, kao što su

potrebna preciznost, razdioba zategnutosti, dostupnost, potreba za

istovremenim zatezanjem itd.

Slika 28: Fh/Fo omjer kao funkcija onog aspekta omjera L/d kod vijka, za uobičajene vrste čelika kod proizvodnje vijaka

SKF 25

Usporedba zatezanja moment (kilo) ključem i hidrauličkog zatezanja vijaka Ova usporedba se temelji na dva slučaja: zatezanje postojećeg

sklopa, te projektiranje novog sklopa.

Zatezanje postojećeg sklopa

SKF 26

Prvo uzmite u obzir dvije prirubnice, vanjskog promjera 600mm.

Zglob (mjesto spajanja) sastoji se od šesnaest M20x2,5 vijaka na

PCD-u od 500mm (Slika 18, str. 19).

Svaki vijak ima dužinu spone otprilike 200mm, što znači da je omjer

dužina/promjer L/d=10 – što je vrlo često u mehaničkoj primjeni.

Korak navoja je 2.5, u skladu sa ISO standardima, a klasa materijala

je 10-9.

Namjerno je odabrana upravo ta veličina vijka za ovu usporedbu, jer

je vijke te veličine vrlo lako zategnuti kalibriranim ručnim moment

(kilo) ključem (zakretni moment <700 Nm).

Naravno, zatezanje hidrauličkim zatezalom je još lakše.

Slika 29, str. 26 donosi prikaz dimenzija ISO navoja za M 20 x 2,5:

d = 20 d2 = 18,376mm d3 = 19,933mm

deq = 17,655mm AS = 244,5 mm2

U svrhu proračuna, vijak se promatra kao cilindrična šipka, sa

ekvivalentnim promjerom deq i presjekom AS.

Slika 29: Dimenzije M20x2,5 ISO navoja

Podaci se odnose na sljedeća

zatezala HTA 20 HTA 35 HTA 50 HTA 60 HTA 90 HTA 130 HTA 160 HTA 200 HTA 250 HTA 310

Dimenzije vijka

(M ∅ x korak

navoja)

Metrički

sustav

M20x2,5

M22x2,5

M24x3

M27x3

M27x3

M30x3,5

M33x3,5

M36x4

M36x4

M39x4

M42x4,5

M45x4,5

M42x4,5

M45x4,5

M48x5

M52x5

M45x4,5

M48x5

M52x5

M56x5,5

M60x5,5

M60x5,5

M64x6

M68x6

M72x6

M76x6

M72x6

M76x6

M80x6

M80x6

M85x6

M90x6

M95x6

M100x6

M100x6

M110x6

M120x6

M125x6

M125x6

M130x6

M140x6

M150x6

∅ (IN) –

navoj/in

Anglosaski

mjerni

sustav

¾" – 10

7/8" – 9

1" - 8

1" – 8

1 1/8" – 7

1 1/4" – 7

1 ¾" – 6

1 3/8" – 6

1 1/2" – 6

1 3/4" – 5

1 1/2" – 6

1 3/4" – 5

2" – 4 1/2

1 3/4" – 5

2" –4 1/2

2 1/4" – 41/2

2 1/2" – 4

2 3/4" – 4

3" – 4

2 3/4" – 4

3" – 4

3 1/4" – 4

3 1/4" – 4

3 1/2" – 4

3 3/4" – 4

3 3/4" – 4

4" –4

4 1/4" – 4

4 ½" – 4

4 ¾ - 4

5" – 4

5 1/4" – 4

5 1/2" – 4

5 ¾ - 4

Maksimalni

pritisak

(Mpa)

(psi) 150

21756

150

21756

150

21756

150

21756

150

21756

150

21756

150

21756

150

21756

150

21756

150

21756

Hidraulički

odjeljak

(cm2)

(in2) 20

3.10

35

5.43

50

7.75

60

9.30

90

13.95

130

20.15

160

24.80

200

31.00

250

38.75

310

48.05

Maksimalno

hidrauličko

opterećenje

(kN)

(lbf) 300

67443

525

118025

750

168606

900

202328

1350

303492

1950

438377

2400

539541

3000

674426

3750

843032

4650

1045360

Takt klipa (mm) 8 8 8 8 8 8 10 10 10 10

D (mm) 86 109 128 137 166 198 215 244 284 325

H (mm) 100 113 128 140 154 179 190 203 235 268

H1 (mm) 30 40 49 54 65 82 86 106 131 156

D1 (mm) 74 97 116 133 154 187 203 232 272 313

D2 (mm) 56 73 90 102 114 137 145 180 223 260

A (mm) 26 31 38 40 42 50 50 60 73 86

U (mm)

38

42

46

52

52

57

63

69

69

74

80

86

80

86

92

99

86

92

99

107

114

114

122

130

137

145

137

145

152

152

162

171

181

190

190

209

228

238

238

247

266

285

X (mm)

138

142

146

152

168

173

179

185

197

202

208

214

220

226

232

239

240

246

253

261

268

293

301

309

316

324

327

335

342

355

365

374

384

393

425

444

463

473

506

515

534

553

Y (mm)

56

57

59

62

73,5

76,5

79

81

91

94

97

100

91

92

94

96

119

122

124,5

127,5

130,5

147

150

153

155,5

158,5

163,5

166,5

169,5

184,5

187,5

193

196

202

222

227,5

236

242

262,5

265

274

280

Z (mm) 44,5 56 65,5 69,5 84,5 101 109 124 144 164,5

Ukupna težina

zatezala (kg) 3 4,8 7,5 9 15,3 25 31 39 54 75

Ova stranica je uzeta iz SKF kataloga "HYDROCAM zatezala vijaka – Sustavi zatezanja u industriji", koja opisuje čitav niz HYDROCAM zatezala, te

njihovu primjenu u industrijama.

Slika 30

SKF 27

Klasa 10-9 materijala ima sljedeće karakteristike:

- maksimalna čvrstoća pri stezanju

MPaRm 1000≥

- Granica pucanja na 0.2%:

MPa900Re %)2.0( ≥

Odlučeno je da se ne prelazi 90% naprezanja od granice pucanja

(0.2%) materijala iz čega proizlazi: σmax = 0.9 Re = 810 MPa

Stoga će maksimalno dozvoljeno opterećenje na vijku biti:

Fmax = 0.9 Re AS

Fmax = 198000 N

Zatezanje pomoću hidrauličkih zatezala HTA 20 zatezalo, koje odgovara karakteristikama upotrijebljenih

vijaka, odabran je iz standardnog niza SKF HYDROCAM proizvoda

(Slika 30, str. 20).

Čimbenici koji utječu na nesigurnost hidrauličkog zatezanja U ovom poglavlju biti će opisani oni uobičajeni čimbenici koji

utječu na nesigurnost hidrauličkog zatezanja.

Odstupanja uslijed dimenzija i tolerancija vijaka i dijelova sklopa Slika 28, str. 25, pomaže u određivanju opterećenja pri hidrauličkom

zatezanju, koje se mora primijeniti pri zatezanju vijaka, kako bi se

dobila odgovarajuća vrijednost konačnog opterećenja zatezanja.

Iz čega se očituje da uz omjer L/d=10, omjer Fh/Fo, između

potrebnog hidrauličkog opterećenja Fh i konačnog preostalog

opterećenja Fo je otprilike 1.10 i 1.20, viz: 1.15 +/-4.5%.

Međutim, graf prikazuje neko općenito odstupanje (za L/d=10: +/-

4.5%), koje u proračun uzima i različitost sklopova, oblika i

karakteristika komponenti, posebice i navoja, koji se najčešće

susreću u mehanici.

No ipak, iz iskustva znamo da će za zadani sklop, Fh/Fo omjer biti

unutar +/-2% ili manji za pojedinačno zategnuti vijak, jer

dimenzijska tolerancija, geometrijske pogreške, odstupanja u

karakteristikama materijala se moraju razmatrati zasebno za svaki

dio ili grupu (seriju).

Zbog navedenih razloga kao prosječna vrijednost se uzima 1.15, iz

čega slijede 1.18/1.12 kao maksimum i minimum.

Nepreciznosti u opterećenju pri hidrauličkom zatezanju Kao prvo nepreciznosti pri hidrauličkom zatezanju ovise o samom

zatezalu, te o preciznosti mjerenja hidrauličkog pritiska.

Učinkovitost SKF HYDROCAM zatezala je izvrsna: 98% +/-1%.

Nepreciznost koja proizlazi iz samog zatezala je stoga samo +/-1%.

Odstupanje u vrijednosti pritiska je u pravilu +/-2%. A ta vrijednost

ovisi o preciznost samog mjernog instrumenta (manometar ili

senzor) i preciznosti tehničara.

Kao rezultat krajnje analize, preciznost opterećenja pri hidrauličkom

zatezanju se nalazi unutar +/-3%.

Pri čemu se i dalje pridržavamo prvobitne postavke, da se ne prelazi

opterećenje zatezanja na vijku od Fmax= 198000 N (kako bi se

izbjeglo maksimalno naprezanje od σmax= 810 Mpa).

Opterećenje pri hidrauličkom zatezanju će stoga biti ograničeno

istom vrijednosti:

Fmax= 198000 N

Uzevši u obzir "hidrauličku" nepreciznost, minimalno opterećenje

pri hidrauličkom zatezanju iznosi:

Fhmin = 198000/1.06

pa je Fhmin =186800 N

A prosječno potrebno hidrauličko opterećenje iznosi:

Fhmin = (Fhmax + Fhmin)/2 = 192400 N

S obzirom da SKF HYDROCAM HTA 20 zatezalo ima hidraulički

prostor od 20 cm2, a da je zadana učinkovitost (98%), nominalni tlak

će biti: 98 Mpa.

Nepreciznost u trenutku hvatanja matice Kada se matica priteže ručno, javlja se nepreciznost u trenutku

hvatanja same matice, iz čega proizlazi nepreciznost +/-3% u

konačnom opterećenju zatezanja.

U glavnom katalogu, opisani su neki jednostavni postupci kojima se

može smanjiti odstupanje prilikom zavrtanja.

U našem primjeru odstupanje je +/-3% kod zavrtanja.

SKF 28

Slika 31: Dijagram opterećenja/izduženja M20x2.5 lg 200mm ISO vijka zategnutog zatezalom vijaka.

Posljedice nepreciznosti u konačnom opterećenju Sada je moguće proračunati ukupnu nepreciznost u konačnom

opterećenju zatezanja.

Konačno opterećenje zatezanja jest maksimalno, kada je

opterećenje pri hidrauličkom zatezanju maksimalno, kada je trenutak

hvatanja matice pred zavrtanje maksimalan, omjer Fh/Fo minimalan.

Stoga će maksimalno konačno opterećenje zatezanja biti:

Fomax = 182000 N (198000 x 0.97/1.18)

Konačno opterećenje zatezanja jest minimalno, kada je opterećenje

pri hidrauličkom zatezanju minimalno, kada je trenutak hvatanja

matice pred zavrtanje minimalan, omjer Fh/Fo maksimalan.

Stoga će minimalno konačno opterećenje zatezanja biti:

Fomin = 154000 N (186800 x 0.97/1.18)

Prosječna vrijednost opterećenja zatezanja računa se kao:

Fom = (Fomax + Fomin)/2 = 168000 N

Fo = 168000 N +/-8.5% (Slika 31 iznad)

Vidljivo je da se nalazimo unutar prije zadane tolerancije, za

uobičajenu upotrebu zatezala, bez dodatne opreme za mjerenje.

Sa vremenom i vježbom, moguće je postići i bolje rezultate na istom

sklopu: +/-6% i bolje.

Maksimalno dozvoljeno vanjsko opterećenje na sklopu Sada kad smo sklop ispravno sastavili i zategnuli hidrauličkim

zatezalom, pogledajmo koliko maksimalno vanjsko opterećenje

može podnijeti svaka točka sa vijkom bez prelaska postavljene

granice od:

Fmax = 198000 N

Za to nam je potrebna vrijednost krutosti vijka i cijelog sklopa.

Krutost vijka moguće je izračunati iz samih dimenzija:

RB = AS E/L = 244.5x210000/200 = 256700 N/mm

Za ovu priliku nismo odredili točan izgled sklopa, nego smo na

osnovu iskustva strojarskih inženjera, postavili vrijednost krutosti

sklopa na 5 do 10 puta veću od one vijka.

Pod pretpostavkom da je vrijednost koeficijenta 8 dobiva se:

RS = 2000000 N/mm

Već je prije prikazano da kod vanjskog opterećenja FE samo jedan

dio F1 djeluje na vijak:

F1 = FE RB/(RB + RS)

SKF 29

SKF 30

Stoga je lagano izračunati maksimalno dozvoljeno opterećenje koje

mogu podnijeti vijci bez prelaska postavljene granice od 810 Mpa.

Iz čega slijedi da ukupno opterećenje na svakom vijku – uključujući

i vanjsko opterećenje – ne smije prelaziti:

Fmax = 198000 N

Vrijednost tog maksimalnog opterećenja iznosi:

Ftmax = Fomax + F1 = Fomax + FE RB/(RB + RS)

Pa se onda maksimalno dopušteno FE može izračunati:

FE = (Ftmax – Fomax) (RB + RS)/RS

FE = 140000 N (Slika 31, str. 29)

Ukupno vanjsko opterećenje koje može izdržati sklop opisan na

stranici 26. iznosi:

16 x 140000 = 2240000 N

Pod pretpostavkom se da se opterećenje ravnomjerno prenosi na sve

vijke.

Poznato je da svi vijci "rade" na isti način pod podjednakom

razinom naprezanja. Postoji veliki stupanj homogenosti. Međutim,

kod većih razina vanjskog opterećenja, postoji rizik prelaska

sigurnosne granice postavljene za vijke.

Zatezanje sa moment (kilo) ključem Sada ćemo isti sklop vijaka zategnuti sa moment (kilo) ključem.

Odlučili smo upotrijebiti ručni kalibrirani moment (kilo) ključ.

Čimbenici nepreciznosti kod zatezanja sa moment (kilo) ključem Pogledajmo sada te čimbenike i neke njihove vrijednosti.

Nepreciznosti uslijed djelovanja samog zakretnog momenta Kalibrirani moment (kilo) ključ općenito nosi odstupanje od: +/-5%.

Međutim, potrebno je napomenuti da je kod opreme (koja radi na

principu zakretnog momenta) koja se obično koristi za zatezanje, to

odstupanje veće od +/-5%.

Nepreciznost uslijed tolerancija vijaka i sklopa Ova odstupanja prvenstveno proizlaze iz tolerancija dimenzija,

geometrijske greške te razlike u karakteristikama materijala.

S obzirom da omjera Fh/Fo nema, utjecaj ovog odstupanja je manji

nego kod hidrauličkih zatezala.

Vrijednost se procjenjuje na: +/-1%.

Nepreciznost uslijed koeficijenta trenja Kada se koristi moment (kilo) ključ u obzir treba uzeti dva

koeficijenta trenja:

µth = koeficijent trenja između navoja matice/vijka

µfl = koeficijent trenja između tijela matice i strukture

Za čelične dijelove koji dolaze iz iste serije, prva vrijednost je

između

0.08 i 0.12 (0.10 +/-20%)

dok je druga između 0.10 i 0.15 (0.125 +/-20%)

Analiza komponenti zatezanja preko zakretnog momenta Zakretni moment zatezanja TT koji proizvodi ključ, mora preći dva

momenta opterećenja:

- moment opterećenja kod Tth navoja matice/vijka (ovo je zakretni

moment koji uzrokuje uvijanje vijka)

- moment opterećenja u matici/strukturi površine ležajeva Tfl

Iz čega izračunavamo TT = Tth + Tfl

Jednadžbe koje se obično koriste za ove zakretne momente:

Tth = T'th + T''th = F (p/2π) + F (µ1 r1)

Tfl = F (µ2 r2)

Pri čemu je:

p = korak navoja, (2.5 za M20)

½ π = 0.16

µth = koeficijent trenja navoja

µfl = koeficijent trenja za površine ležajeva

d2 = prosječni promjer navoja (18.376 za M20)

rr = 0.583 = prosječni radijus navoja

rm = prosječni radijus dodira površine ležaja i matice (13 za maticu

M20)

F = opterećenje zatezanja

To može biti iskazano kao:

Tth = T'th + T''th = F (0.16p) + F (µth 0.583 d2)

Tfl = F (µfl rm)

Zapravo samo jedan dio T'th zakretnog momenta TT koristi se za

izduženje/deformaciju vijka: ostale komponente zakretnog momenta

možemo još nazvati "parazitski" zakretni momenti.

Cilj je postići isto prosjećno konačno opterećenje zatezanja, jednako

onom postignutom sa hidrauličkim zatezalom vijka:

Fom = 168000 N

Zakretni moment koji treba primijeniti Izračunajmo potreban prosječni zakretni moment potreban za

ostvarenje prosječnog opterećenja:

Moment opterećenja u navojima je

Tth m = 168000 (0.16x2.5) + 168000 (0.10x0.583x18.376)

Tth m = 67200 + 180000 = 247200 Nmm

Moment opterećenja na površini ležajeva je

Tfl m = 168000 x (0.125x13)

Tfl m = 273000 Nmm

Potreban zakretni moment će iznositi

TT m = Tth m + Tfl m = 520200 Nmm

520.2 Nm

52.02 daNm

Dakle samo se 67200 (ili 13%) od ovog zapravo koristi za zatezanje!

Uzevši u obzir preciznost samog alata, stvarni zakretni moment će

biti negdje između:

TT min = 520000x0.95 = 494190 Nmm

TT max = 520200x1.05 = 546210 Nmm

Posljedice nepreciznosti prema konačnom opterećenju Odgovarajući minimum i maksimum opterećenja pri uvijanju vijka

će iznositi:

Fmin = TT min/(0.16x2.5 + µthmax 0.583 d2 + µflmax13)

Fmin = 494490/(0.16x2.5 + 0.12x0.583x18.376+0.15x13)

Fmin = 135930 N

Fmax = TT max/(0.16x2.5 + µthmin 0.583 d2 + µflmin13)

Fmax = 546210/(0.16x2.5 + 0.8x0.583x18.376+0.10x13)

Fmax = 213610 N

Već je jasno da će stvarno prosječno opterećenje biti veće od

ciljanog prosječnog opterećenja:

Fomr = (135930 + 213610)/2 = 174770 N

Što je: +4%

Ako želimo iskazati toleranciju kao funkciju očekivanog prosječnog

opterećenja, opterećenje zatezanja bit će iskazano kao:

Fo = 168000 N (+27%/-19%) (ili 174770 N +/-22%)

(Slika 32 ispod)

Iako se na sljedećim stranicama nalazi detaljna analiza naprezanja,

već sada je jasno da se zbog dodatnog naprezanja pri uvijanju, kod

metode zatezanja moment (kilo) ključem, kako bi se postiglo

opterećenje zatezanja od 168 kN, javlja naprezanje od 795 MPa, te

stoga sigurnosna granica od 810 MPa dopušta maksimalno

opterećenje zatezanja (uključujući i vanjsko opterećenje FE) od 172

kN.

Uz to je vidljivo da i sa preciznim alatom za zatezanje, tolerancija

kod konačnog opterećenja zatezanja, u našem primjeru, skoro tri

puta veća kod moment (kilo) ključa nego kod hidrauličkog zatezala

vijaka.

Slika 32: Dijagram opterećenja/izduženja M20x2.5 lg 200mm ISO vijka zategnutog moment (kilo) ključem.

SKF 31

Utjecaj na naprezanja u vijku Slučaj u kojem su naprezanja maksimalna Pogledajmo sada što se događa u vijku u slučaju "gomilanja"

tolerancija, tj. kada stvarne vrijednosti različitih parametara

istovremeno pridonose maksimiziranju krajnjeg opterećenja.

U opterećenje su uključena sljedeća naprezanja u vijku:

- naprezanje uslijed stezanje i rastezanja:

σmax = Fmax/AS =213610/244.5

σmax = 873.6 MPa

- stres pri uvijanju:

τmax = 16 Tth max/(π d3eq)

znamo da je

Tth max = 21610 x (0.16x2.5 + 0.08 x 0.583 x 18.376)

Tth max = 268520 Nmm

stoga je τmax = 248.5 MPa

-Ekvivalentno Vom Mises naprezanje se izračunava kao:

2max2maxmax 3τσσ +=eq

σeq max = 974 MPa

Vidljivo je da u slučaju, kada su opterećenja maksimalna, naprezanje

pri uvijanju – koje nosi 28% naprezanja pri stezanju i rastezanju –

dovodi do povećanja ekvivalentnog naprezanja za više od 11%.

U ovom slučaju, granica pucanja materijala, će vjerojatno biti

prekoračena samim postupkom zatezanja, bez obzira na granicu od

810MPa koju smo sami postavili.

Vanjsko opterećenje na sklop u slučaju kad su naprezanja maksimalna Pretpostavimo da vanjsko opterećenje koje djeluje na jedan vijak u

sklopu 140000N, nakon što je zatezanje moment (kilo) ključem

rezultiralo maksimalnim opterećenjem.

Već smo prije odredili da je opterećenje po pojedinom vijku:

F1 = FE RB/(RB + RS)

F1 = 15900 N

Maksimalno opterećenje zatezanja u vijku se povećava na:

Fmax=213610 + 15900 = 229510 N

- naprezanje pri stezanju i rastezanju povećava se na:

σmax = 939 MPa

- stres pri uvijanju se ne mijenja:

τmax = 248.5 MPa

-Ekvivalentno Von Mises naprezanje se povećava na:

σeq max = 1033 MPa

Jasno je vidljivo da vanjska naprezanja samo pogoršavaju stvari.

U našem slučaju, postoji vrlo visoki rizik da dođe do stezanja vijka

prilikom postupka zatezanja, te da će vijak puknuti u radnim

uvjetima!

Slučaj u kojem su naprezanja minimalna Možemo pogledati i što se događa u sklopu, kada stvarne vrijednosti

različitih parametara istovremeno pridonose minimalizaciji krajnjeg

opterećenja.

Ova minimalna opterećenja uzrokuju sljedeća naprezanja u vijku:

- naprezanje uslijed stezanje i rastezanja:

σmin = Fmin/AS =135930/244.5

σmin = 556 MPa

- stres pri uvijanju:

τmin = 16 Tth min/(π d3eq)

znamo da je

Tth min = 135930 x (0.16x2.5 + 0.12 x 0.583 x 18.376)

Tth min = 268520 Nmm

stoga je τmin = 212 MPa

-Ekvivalentno Vom Mises naprezanje se izračunava kao:

2min2minmin 3τσσ +=eq

σeq min = 666 MPa

Vidljivo je da je u uvjetima "negativnog gomilanja", kada su krajnja

opterećenja minimalna, udio naprezanje pri uvijanju u naprezanju pri

stezanju i rastezanju je 38%, što donosi do povećanja ekvivalentnog

naprezanja za više od 20%!

Srećom, u ovom slučaju opterećenja su takva da su naprezanja ostala

ispod granice pucanja materijala.

Međutim, možemo zapaziti da je "minimalno" naprezanje ostvareno

metodom zakretnog momenta, je vrlo blizu čistog naprezanja pri

stezanju i rastezanju, koje je moguće predvidjeti u prosječnim

uvjetima zatezanja (666MPa nasuprot 687 MPa).

Ovo služi kao potvrda, da uvijanje, koje se javlja prilikom zatezanja

preko zakretnog momenta, treba sa oprezom uzeti u obzir.

SKF 32

SKF 33

Vanjsko opterećenje na sklop u slučaju kad su naprezanja minimalna Sada ćemo na sklop koji je zategnut moment (kilo) ključem uz

uvjete minimalnog opterećenje djelovati vanjskim opterećenjem od

140000N.

Ako sve promatramo sa gledišta naprezanja, posljedice nisu tako

strašne.

Znamo da je dodatno opterećenje na vijku:

F1 = 15900 N

Opterećenje zatezanja je iskazano kao:

F = 135930 + 15900 = 151830 N

- naprezanje pri stezanju i rastezanju povećava se na:

σ = 621 MPa

- stres pri uvijanju se ne mijenja:

τ = 212 MPa

-Ekvivalentno Vom Mises naprezanje bit će:

σeq = 721 MPa

Približili smo se ali nismo i dosegnuli granicu pucanja materijala.

U stvari, u ovom slučaju problem ne leži u naprezanju, nego u

samom zatezanju, što će biti i prikazano:

U našem slučaju vanjsko opterećenje na vijak je:

FE = 140000N

Kod uvjeta "minimalnog" opterećenja, konačno opterećenje

zatezanja je 135930N, dok je vanjsko opterećenje koje dovodi do

popuštanja:

FE = Fo RS/(RB + RS)

što iznosi 153345N!

U slučaju samo malo većeg vanjskog opterećenja (10%), javlja se

rizik popuštanja, odvrtanja i curenja (ako su u sklopu korištene

brtve).

Nadalje znamo, da pod periodičkim opterećenjima, kada zategnutost

nije optimalna, može češće doći do kvara uslijed zamora materijala.

Rizici zatezanja sa moment (kilo) ključem Kod zatezanja preko zakretnog momenta, moguće su dvije situacije

kod zadane primjene:

- pretjerano naprezanje koje za rezultat ima pucanje vijka uslijed

pre-naprezanja

- nedovoljna zategnutost koja sa sobom nosi rizik popuštanja,

mogućeg curenja, te čak i kvara uslijed zamora materijala.

Kako bi se izbjegli ovi rizici, često se pribjegava upotrebi prevelikih

vijaka.

Inženjeri koji projektiraju te sklopove tada često misle da sklopovi

mogu izdržati puno veća opterećenja zbog svojih dimenzija.

Međutim, ovakav pristup smanjuje otpornost materijala na zamor, te

povećava težinu sklopa, što za posljedicu ima povećanje troškova

izrade (više većih i težih vijaka, veće prirubnice, itd.). Isto tako

može doći do povećanja troškova održavanja i servisiranja, jer su u

pitanju puno veći i teži dijelovi.

Zaključak ove usporedbe Usporedba metode zakretnog momenta i metode stezanja temelji se

na zatezanju samo jednog vijka. Prednosti upotrebe zatezala odmah

su jasne.

Kao što je to opisano u uvodu hidraulička zatezala su u još većoj

prednosti kada treba zategnuti nekoliko vijaka, što je u pravilu i

slučaj.

Sukladno s tim, lakoća upotrebe, sigurnost, pouzdanost, mogućnost

repliciranja postupka, te mogućnost istovremenog zatezanja, a da i

ne spominjemo veću preciznost su samo neke od prednosti.

Uz sve to, preciznost je moguće i unaprijediti upotrebom nekih

mjernih sustava, kao što je to već prije spomenuta podloška sa

senzorom.

SKF 34

Projektiranje novog sklopaPogledajmo sada situaciju u kojoj projektiramo novi sklop.

Temeljeno na prijašnjim analizama, jasno je da će projektiranje

novog sklopa uvelike ovisiti o metodi kojom će biti zategnut taj isti

sklop (metodom zakretnog momenta ili upotrebom hidrauličkog

zatezala).

Osvrnimo se opet na primjer dvije prirubnice sa vanjskim

promjerom 600mm, sastavljenih sa šesnaest M20x2.5 vijaka na PCD

od 500mm (Slika 18, str. 19).

Zatezanje hidrauličkim zatezalima U prethodnom primjeru, optimizirali smo veličinu vijaka i vrijednost

opterećenja za hidrauličko zatezanje.

U ovom slučaju ništa nije potrebno dodati.

Zatezanje metodom zakretnog momenta Ako se sada okrenemo projektiranju sklopa koji će biti zategnut

nekom vrstom moment (kilo) ključa, u obzir također moramo uzeti

ista sigurnosna ograničenja kao i kod zatezala vijaka.

U početnoj fazi se javljaju tri moguća rješenja:

- odabir više klase materijala za izradu vijaka

- upotreba većeg broja vijaka

- povećanje dimenzija vijaka.

Svako od ovih rješenja ćemo analizirati pojedinačno.

Odabir više klase materijala za izradu vijaka

Uzevši u obzir da je maksimalno naprezanje σeq max = 1033 MPa,

klasa materijala koji će biti upotrijebljen za izradu vijaka mora biti

12-9.

U ovom slučaju, ultimativno naprezanje pri zatezanju je

Rm>1200MPa, a granica pucanja je Re(0.2%)>1080MPa.

Ako se i odlučimo za ovo rješenje, sigurnosna ograničenja neće biti

jednaka onima za zatezala vijaka, jer 90% granice pucanja znači

maksimalno naprezanje od 972MPa.

Stoga, u ovom primjeru, rješenje promjene materijala je

zadovoljavajuće samo ako smo spremni prihvatiti niža sigurnosna

ograničenja.

Nadalje, dodatni troškovi upotrebe boljih materijala povećali bi

ukupan trošak za 30%, a pri tome u konačnoj analizi prije opisani

problemi povezani sa rizikom popuštanja u uvjetima minimalnog

opterećenja i dalje ostaju.

Obrnuto, međutim, sklop projektiran sa 16 M20x2.5 vijaka klase 12-

9, zategnut metodom zakretnog momenta, moguće je projektirati sa

16 M20x2.5 vijaka klase 10-9, koji će biti zategnuti metodom

hidrauličkog zatezanja, pri čemu će sigurnosna ograničenja biti puno

veća.

Upotreba većeg broja vijaka Ovo rješenje je moguće samo ako postoji dovoljno prostora oko

iskorištene periferije sklopa (PCD).

Razmak između dva uzastopna vijka mora biti dovoljno velik kako

bi se zatezanje putem moment (kilo) ključa moglo vršiti bez

dodirivanja susjednih vijaka.

U našem primjeru ukupni promjer matice je otprilike 36mm, vanjski

promjer utičnice je 50mm.

To znači da stvarni razmak između dva uzastopna vijka mora biti

veći od 43mm.

Pretpostavimo vrijednost od 50mm, kako bi se osigurao dovoljan

razmak. Sa 16 vijaka na promjeru od 500mm, razmak između dva

vijka iznosio bi 97.55mm, što je sasvim dovoljno.

Moglo bi biti upotrijebljeno čak 30 vijaka, jer bi tada razmak između

dva susjedna vijka iznosio 52.26mm.

Za 16 vijaka maksimalno naprezanje iznosi:

σeq max = 1033 MPa

a s obzirom da je postavljena granica od 810MPa; naprezanje je

potrebno smanjiti za 20%.

Ako jednostavno primijenimo ovaj koeficijent na zadani broj vijaka,

shvatit ćemo da je umjesto 16 potrebno 20 vijaka.

Kao što smo već zaključili, prosječno opterećenje zatezanja je:

168000x16 = 2688000N

Stoga sa 20 vijaka

Fom = 134400 N po vijku

Sada, kada je vanjsko opterećenje raspoređeno na 20 vijaka ona će

iznositi:

2240000/20 = 11200N

a ako u obzir uzmemo i krutost, dodatno opterećenje po vijku iznosit

će

F1 = 12720N.

Izračun prije napravljen za 16 vijaka ponovljen je u slučaj 20 vijaka.

Prosječan zakretni moment potreban za postizanje prosječnog

opterećenja zatezanja:

Tth m = 134400 x (0.16x2.5) + 134400 x (0.10 x 0.583 x 18.376)

Tth m = 53760 + 144000 = 218400 Nmm

prosječan moment opterećenja na površinama ležaja i matica iznosi

Tfl m = 134400 x (0.125 x 13)

Tfl m = 218400 Nmm

potreban prosječni zakretni moment

TT m = Tth m * Tfl m = 416460 Nmm

416.16 Nm

41.616 daNm

Ako u obzir uzmemo preciznost alata, stvarni zakretni moment će

biti negdje između:

TT min = 416160x0.95 = 395350 Nmm

TT max = 416160x1.05 = 436970 Nmm

Odgovarajuće minimalno i maksimalno opterećenje zatezanja u

vijku

Fmin = TT min/(0.16x2.5 + µth max 0.583 d2 + µfl max 13)

Fmin = 395350/(0.16x2.5 + 0.12x0.583x18.376 + 0.15x13)

Fmin = 108740N

Fmax = TT max/(0.16x2.5 + µth min 0.583 d2 + µfl min 13)

Fmax = 436970/(0.16x2.5 + 0.08x0.583x18.376 + 0.10x13)

Fmax = 170890N

Stvarno prosječno opterećenje pri zatezanju iznosi:

Fomr = (108740 + 170890)/2 = 139815N

(4% više od očekivane vrijednosti)

Nepreciznost kod opterećenja pri zatezanju u vijku iznosi:

Fo = 134400N (+27% kod –19%)

Naprezanje u vijku u slučaju maksimalnog opterećenja

- naprezanje uslijed stezanje i rastezanja:

σmax = Fmax/AS = 170890/244.5

σmax = 699 MPa

- stres pri uvijanju:

τmax = 16 Tth max/(π d3eq)

Tth max = 170890 x (0.16x2.5 + 0.08 x 0.583 x 18.376)

= 135944 Nmm

τmax = 126 MPa

-Ekvivalentno naprezanje (prema Von Mises kriteriju):

2max2maxmax 3τσσ +=eq

σeq max = 732 MPa

Djelovanje vanjskih napora

Kao što smo već prije vidjeli, dio vanjskog opterećenja koje djeluje

na svaki vijak iznosi:

F1 = 12720N

Maksimalno opterećenje zatezanja u vijku iznosi:

Fmax =170890 + 12720 = 183610

Naprezanje pri vanjskom opterećenju

- naprezanje pri stezanju i rastezanju:

σmax = 751 MPa

- stres pri uvijanju:

τmax = 126 MPa

-Ekvivalentno naprezanje (prema Von Mises kriteriju):

σeq max = 782 MPa

Cilj je postignut, što znači da bi upotreba 20 umjesto 16 vijaka

moglo biti rješenje.

Međutim, troškovi vijaka rastu za 25%, čemu se moraju pridodati

troškovi dodatne strojne obrade. No i dalje je ostao problem rizika,

da će se pojaviti problemi uslijed nedovoljne zategnutosti.

(Ovdje je potrebno istaknuti da u proračunu za 18 vijaka dopušteno

maksimalno naprezanje iznosi: σeq max = 862 MPa, što nije u skladu

sa našim sigurnosnim zahtjevima.)

Obrnuto, međutim, sklop projektiran sa 20 M20x2.5 vijaka, zategnut

metodom zakretnog momenta, moguće je projektirati sa 16 M20x2.5

vijaka, koji će biti zategnuti metodom hidrauličkog zatezanja.

Povećanje promjera vijka Kao i kod povećanja broja vijaka, jednostavno ćemo primijeniti

dvadeset postotni (20%) koeficijent na kvadrat promjera vijka.

Uzevši u obzir standardne dimenzije, vidljivo je da nam je potreban

vijak promjera 24mm, a ne 20mm.

Dimenzije M24x3 ISO vijka su:

d = 24mm d2 = 22.0508mm d3 = 20.320mm

deq = 21.1854 AS = 352.5mm2

I dalje nam je potrebno prosječno opterećenje po vijku:

Fom = 168000N

Ponovimo sada proračun zakretnog momenta za M24 vijke.

SKF 35

Prosječan zakretni moment potreban za postizanje prosječnog

opterećenja zatezanja:

Tth m = 168000 x (0.16x3) + 168000 x (0.10 x 0.583 x 22.0508)

Tth m = 80640 + 215970 = 296610 Nmm

moment opterećenja na površinama ležaja iznosi

Tfl m = 168000 x (0.125 x 16)

Tfl m = 336000 Nmm

potreban prosječni zakretni moment

TT m = Tth m * Tfl m = 632610 Nmm

632.61 Nm

63.261 daNm

Ako u obzir uzmemo nepreciznost alata, stvarni zakretni moment će

biti negdje između:

TT min = 632610x0.95 = 600980 Nmm

TT max = 632610x1.05 = 664240 Nmm

Odgovarajuće minimalno i maksimalno opterećenje zatezanja u

vijku

Fmin = 600980/(0.16x3 + 0.12x0.583x22.0508 + 0.15x16)

Fmin = 135890N

Fmax = 664240/(0.16x3 + 0.08x0.583x22.0508 + 0.10x16)

Fmax = 213690N

Naprezanje u vijku u slučaju maksimalnog opterećenja

- naprezanje uslijed stezanje i rastezanja:

σmax = Fmax/AS = 213690/352.5

σmax = 606.5 MPa

- stres pri uvijanju:

τmax = 16 Tth max/(π d3eq)

(Tth max = 213690 x (0.16x3 + 0.08 x 0.583 x 22.0508) = 322340 Nmm)

τmax = 173 MPa

-Ekvivalentno naprezanje (prema Von Mises kriteriju):

2max2maxmax 3τσσ +=eq

σeq max = 676 MPa

Djelovanje vanjskog opterećenja

Znamo da opterećenje raspodijeljeno na svaki vijak iznosi:

FE = 140000N

Međutim, vijci većih dimenzija sa sobom nose veću krutost.

Stoga će dio vanjskog opterećenja koje može podnijeti vijak biti

veće. U stvari ono iznosi:

F1 = 21860N (umjesto 15900N)

Maksimalno opterećenje zatezanja u vijku iznosit će:

Fmax = 213690 + 21860 = 235550N

Kod vanjskog opterećenja naprezanja su sljedeća

- naprezanje uslijed stezanje i rastezanja:

σmax = 668 MPa

- stres pri uvijanju:

τmax = 173 MPa

-Ekvivalentno naprezanje (prema Von Mises kriteriju):

σeq max = 732 MPa

Ponovo smo ostvarili cilj: vidljivo je da je upotreba M24x3 vijaka

umjesto onih M20x2.5 prihvatljivo rješenje.

Međutim, povećanje troškova ovih vijaka može dosegnuti i 40%, a

pri tome rizik spontanog popuštanja u slučaju minimalnog

opterećenja i dalje ostaje.

Iz proračuna za M22x2.5 vijke (što neuobičajena dimenzija) je

vidljivo da dobiveno maksimalno naprezanje iznosi σeq max =

839MPa.

Stoga, ako se odlučimo za ovo rješenje morat ćemo prihvatiti niže

sigurnosne standarde.

Obrnuto, međutim, sklop projektiran sa 16 M24x3 vijaka, zategnut

metodom zakretnog momenta, moguće je projektirati sa 16 M20x2.5

vijaka, koji će biti zategnuti metodom hidrauličkog zatezanja.

SKF 36

Istovremeno zatezanje vijaka hidrauličkim zatezalima Istovremeno zatezanje je u stvari zatezanje nekoliko ili svih vijaka u

nekom sklopu u isto vrijeme.

Neke primjere istovremenog zatezanja moći ćete pronaći na kraju

ovog poglavlja.

SKF 37

Već je zaključeno da ovaj postupak zatezanja nosi sa sobom važne i

ključne prednosti:

- velika homogenost prilikom zatezanja svih vijaka u

sklopu,

- izravna provedba

- kratko vrijeme samog postupka.

Hidrauličko zatezanje vijaka je najprikladnija metoda za provedbu

istovremenog zatezanja.

Sljedeći podaci su općeniti i donose nam nekoliko primjera.

Rezultati stvarne primjene mogu varirati ovisno o dimenzijama i

tolerancijama dijelova, kvaliteti alata kojim se vrši zatezanje, te

postupku primjene. Određenu primjenu je moguće razmotriti do

sitnih detalja.

Istovremeno zatezanje 100% (svih) vijaka u sklopuOvo je najpreciznija i najbrža metoda: svi vijci se zatežu u isto

vrijeme (Slika 33 ispod).

Međutim, za tu metodu je potrebno imati onoliko zatezala koliko

ima vijaka. Stoga bi za naš primjer od 16 vijaka bilo potrebno 16

zatezala sa pripadajućom opremom (cijevi i hidraulički spojevi).

Postupak samog zatezanja je vrlo jednostavan: na svaki vijak se

natakne jedan zatezač. Dovodi ulja svih zatezala spajaju se na isti

izvor sa jednakim pritiskom. Svi vijci se istovremeno rastežu (po

mogućnosti u dva koraka) do odgovarajućeg opterećenja. U našem

slučaju: Fo preostalo opterećenje = 168000N kod hidrauličkog

opterećenja Fh = 192400, upotrebom SKF HYDROCAM HTA

zatezala koje je pod tlakom od 98 MPa.

Ova metoda nam pruža izvrsnu homogenost zatezanja svih vijaka. Iz

iskustva znamo da su sve prije spomenute nepreciznosti znatno

smanjene:

- nepreciznost omjera Fh/Fo smanjena je na 1%,

- nepreciznost hidrauličkog opterećenja ovisi isključivo o samom

zatezalu, pa je stoga smanjena na 1%,

- nepreciznost trenutka obuhvaćanja matice iznosi 2%,

Što dovodi do smanjenja raspršenosti opterećenja zatezanja kod

različitih vijaka na 4%.

Slika 33: Istovremeno zatezanje 100% (svih) vijaka

Istovremeno zatezanje 50% (polovice) vijaka u sklopu

SKF 38

U ovom slučaju zateže se svaki drugi vijak u jednom koraku (Slika

34 ispod), što znači da je broj zatezala prepolovljen. U našem

primjeru potrebno je samo osam zatezala sa pripadajući crijevima i

hidrauličkim spojevima.

Sam postupak zatezanja zahtjeva dva kruga zatezanja prve polovice

vijaka (koje nazivamo "parnim") i barem jedan krug za drugu

polovicu vijaka (koje nazivamo "neparnim"), što za rezultat ima tri

ili četiri moguća kruga zatezanja.

Ako pretpostavimo da smo u prvom krugu upotrijebili hidrauličko

opterećenje od 192400N za parne vijke, pri čemu je preostalo

opterećenje ostalo na 168000N.

U prvom krugu zatezanja druge polovice vijaka – neparnih vijaka –

dobiva se preostalo opterećenje od 168000N.

Međutim, zatezanjem neparnih vijaka oslobađa se dio opterećenja

koje djeluje na parne, što smanjuje opterećenje za 10%, što daje

prosječnu vrijednost zatezanja od 151000N.

Stoga je drugi krug zatezanja potreban kako bi se opterećenje vratilo

na168000N.

Međutim, drugi krug zatezanja parnih vijaka će ponovo smanjiti

opterećenje na neparnim vijcima za otprilike 6%, čime se

opterećenje zatezanja smanjuje na 158000N.

Ako je ova razina prihvatljiva, postupak zatezanja je moguće

prekinuti u ovoj fazi. Međutim, ponekad je potreban i drugi krug

zatezanja za neparne vijke kako bi se preostalo opterećenje vratilo

na 168000N. Ovaj krug će utjecati na smanjenje opterećenja na

parnim vijcima za otprilike 3%, što je savršeno prihvatljivo.

Homogenost opterećenja nije jednaka onoj kod istovremenog

zatezanja 100% vijaka, ali odstupanje ostaje unutar prihvatljivih

granica +5%/-7%.

Za mnoge primjene ovo odstupanje se smatra prihvatljivim.

Naravno sam postupak traje duže nego u prijašnjem slučaju.

Slika 34: Istovremeno zatezanje 50% (polovice) vijaka

Istovremeno zatezanje 25% (četvrtine) vijaka u sklopu

S

U ovom slučaju u jednom koraku se istovremeno zateže svaki četvrti

vijak (Slika 35 ispod).

Broj zatezala se smanjuje na četvrtinu broja vijaka, što u našem

primjeru iznosi četiri.

Svaki skup od četiri vijka, će trebati zatezati barem četiri puta, što za

rezultat ima 16 koraka koji su potrebni da bi se postigla prihvatljiva

homogenost opterećenja.

Prvi skup vijaka (recimo brojevi 1, 5, 9, 13) zateže se na preostalo

opterećenje od 168000N, ali tada dolazi do uzastopnog popuštanja

od 20%, 30% i konačno 35% opterećenja (109000N), nakon što se

zategnu susjedni skupovi vijaka.

Potrebna su četiri kruga zatezanja prije negoli preostalo opterećenje

u prvom skupu ostane unutar 5% nominalne vrijednosti nakon

podešavanja susjednih vijaka. Opterećenje je tada 159600N. Ako je

ovo odstupanje u skladu sa zahtjevima primjene, u ovoj fazi je

moguće zaustaviti postupak zatezanja.

Međutim, homogenost opterećenja očito nije na istoj razini kao u

slučaju istovremenog zatezanja svih (100%) vijaka.

Razina odstupanja će biti unutar +6%/-10%.

Još jedan krug zatezanja prvog skupa vijaka dovest će odstupanje

unutar +5%/-8%.

Jasno je da bi se upotrebom neke vrste kontrole, kao što su to

"pametne" podloške smanjile gore opisane nepreciznosti.

S obzirom na veći broj koraka, proporcionalno se povećava i vrijeme

postupka.

Slika 35: Istovremeno zatezanje 25% (četvrtine) vijaka

Tehnički i novčani zahtjevi svake primjene će služiti kao smjernice projektantu ili instalateru, pri izboru broja zatezala i vrste mjernih

uređaja. Međutim u većini slučajeva, istovremeno zatezanje hidrauličkim zatezalima, je očito optimalno i najpreciznije rješenje.

KF 39

Slika 36a Slika 36b

Slika 37

Slika 38

Slike 36a i 36b: Uređaj za zatezanje sa višestrukim glavama,

upotrebljavan za nuklearnu reaktorsku posudu

Slika 37: Istovremeno zatezanje zasebnim zatezalima

spojenim na jedan izvor ulja

Slika 38: Istovremeno zatezanje pomoću jedno-volumenskog

prstena

Slika 39: Na drugoj stranici: istovremeno zatezanje opremom

za velike glave cilindara dizelskog motora

SKF 40

SKF 41

Zaključak

SKF 42

Kvaliteta sklopa sastavljenog vijcima uvjetovana je sa dva

međuovisna parametra, a to su:

- projektiranje sklopa

- metoda koja se koristi za zatezanje vijaka

Stoga je bitno izabrati pogodnu metodu zatezanja još u fazi

projektiranja.

Zatezanje vijaka putem metode zakretnog momenta vrlo je

jednostavno, pogotovo za vijke primjerenih veličina.

Međutim, postupak koji se temelji na zakretnom momentu stvara u

vijku "parazitsko" naprezanje pri uvijanju, koje oslabljuje sklop. No

još važnije je napomenuti da nepreciznost kod konačnog opterećenja

ostaje vrlo visoka.

Iako upotreba visoko kvalitetnih hidrauličkih moment (kilo)

ključeva ponešto poboljšava situaciju, nedostatci koji su vezani uz

ovu metodu čine je nedostatnom prema zahtjevima u mnogim

primjenama.

Zatezanje putem grijače šipke ili mehaničkim

izduženjem/deformacijom, pruža neke prednosti u odnosu na

zatezanje preko zakretnog momenta, no ove dvije metode se rijetko

koriste zbog visokih troškova i dugog trajanja samog postupka.

Zatezanje hidrauličkim zatezalima s jedne strane nam pruža najbolji

omjer kvalitete, pouzdanosti, sigurnosti i preciznosti, a s druge

strane tu su lakoća upotrebe, te ušteda vremena i novca.

Posebice se može istaknuti ušteda novca, ne samo ulaganjem u

sustav alata, nego i samim dizajnom sklopova i niskim troškovima

samih procesa.

Zato zaključimo, hidraulička zatezala vijaka pružaju nam sljedeće

prednosti:

- nema "parazitskog" naprezanja pri uvijanju u vijku,

- velika preciznost pri velikim opterećenjima samom kontrolom

hidrauličkog opterećenja,

- brzina, sigurnost i lakoća rukovanja

- održava se postojanost i pouzdanost navoja i površina ležajeva.

- kompatibilnost istovremenog zatezanja svih vijaka u sklopu (ili

čak više sklopova),

- moguća djelomična ili potpuna automatizacija postupaka

zatezanja i mjerenja,

- kompatibilnost sa velikim brojem materijala za izradu vijaka

(nehrđajući čelik, titan, spojevi materijala …),

Uz sve to, SKF HXDROCAM zatezala omogućuju vam:

- upotrebu velikog raspona dimenzija vijaka: 5 do 500mm,

- laku prilagodbu zbog modularnog dizajna,

- veću homogenost zbog izvrsne učinkovitosti (vrlo važno za

istovremeno zatezanje),

- laka primjena jednostavnih mjernih metoda, kao što je to

"pametna podloška", koja izravno mjeri konačno opterećenje

zatezanja.

Hidraulička zatezala vijaka u pravilu se mogu koristiti na

sklopovima koji nisu izravno projektirani za upotrebu zatezala, pod

uvjetom da se mogu koristiti vijci čija dužina je dovoljna da iznad

matice ostaje dio vijka. No bez obzira na tu mogućnost i dalje ostaje

preporuka da se od početka projektiranja sklopa odlučimo za neku

vrstu zatezala vijaka: u tim uvjetima se mogu ostvariti sve prednosti

ove metode.

Sklopovi sa vijcima posebno su dizajnirani kako bi bili zategnuti

nekim od zatezala vijaka, posebice su pogodni za neumoljive

zahtjeve u onim primjenama gdje se traži visoka kvaliteta i

sigurnost, a pri tome su optimalni za dimenzije i težinu.

U glavnom katalogu SKF HYDROCAM predstavljeni su:

- proizvodi i usluge,

- primjene,

- kriterij odabira zatezala,

- opće upute i mjere opreza pri rukovanju.

Pregled svih ovih usluga i proizvoda se nalazi na sljedećoj stranici.

Bibliografija:

- Francuski Standardi: "Norme AFNOR NF E 25-030" (1984).

- Vodič CETIM "Upute za sklapanje - Koncept i montaža".

- "Mehanički sustavi: Teorija i dimenzioniranje". Dunod edicija (1992).