Podkładki sprężyste są nieodłącznym elementem wielu konstrukcji mechanicznych i inżynieryjnych. Choć niewielkie, pełnią kluczową rolę w zapewnieniu bezpieczeństwa i trwałości połączeń śrubowych. W tym artykule przyjrzymy się bliżej podkładkom sprężystym – omówimy ich rodzaje, zastosowania, materiały, z których są wykonane, oraz zasady doboru i montażu.
Co to są podkładki sprężyste?
Podkładki sprężyste to elementy złączne o specjalnej konstrukcji, które są stosowane w połączeniach śrubowych w celu zwiększenia siły zacisku oraz zapobiegania samoczynnemu luzowaniu się połączeń. Działają na zasadzie sprężyny – pod wpływem siły zacisku ulegają odkształceniu sprężystemu, co generuje dodatkową siłę przeciwdziałającą odkręcaniu się śruby lub nakrętki.
Rodzaje podkładek sprężystych
Istnieje wiele rodzajów podkładek sprężystych, z których każdy ma specyficzne właściwości i zastosowania. Poniżej przedstawiamy najpopularniejsze z nich:
1. Podkładki sprężyste o przekroju prostokątnym (podkładki Growera)
Podkładki te mają kształt pękniętego pierścienia skręconego wzdłuż osi. Są one najczęściej stosowanym typem podkładek sprężystych i są powszechnie znane jako podkładki Growera.
Charakterystyka:
- Zapobiegają samoczynnemu odkręcaniu się połączeń.
- Działają poprzez zwiększenie tarcia między elementami połączenia.
- Stosowane w połączeniach statycznych i dynamicznych.
2. Podkładki sprężyste stożkowe (podkładki Belleville’a)
Mają kształt stożka i działają jak sprężyna talerzowa.
Charakterystyka:
- Mogą przenosić duże obciążenia osiowe.
- Stosowane w miejscach o ograniczonej przestrzeni montażowej.
- Używane do kompensacji luzów w połączeniach.
3. Podkładki faliste
Składają się z jednego lub kilku falistych zwojów, co nadaje im elastyczność.
Charakterystyka:
- Zapewniają równomierne rozłożenie obciążenia.
- Stosowane w połączeniach wymagających niewielkiego zakresu sprężystości.
- Używane w precyzyjnych mechanizmach, takich jak łożyska.
4. Podkładki zębate wewnętrzne i zewnętrzne
Posiadają zęby na wewnętrznej lub zewnętrznej krawędzi.
Charakterystyka:
- Zęby wbijają się w powierzchnie łączonych elementów, zwiększając tarcie.
- Stosowane w połączeniach narażonych na drgania.
- Używane w przemyśle motoryzacyjnym i maszynowym.
5. Podkładki sprężyste okrągłe z nacięciem
Są to podkładki z nacięciem, które umożliwia ich sprężyste odkształcenie.
Charakterystyka:
- Zapewniają stały nacisk w połączeniu.
- Stosowane w połączeniach śrubowych o zmiennych obciążeniach.
- Używane w konstrukcjach metalowych i drewnianych.
Materiały stosowane w podkładkach sprężystych
Podkładki sprężyste są wykonywane z różnych materiałów, w zależności od wymagań aplikacji:
1. Stal sprężynowa
- Zalety: Wysoka wytrzymałość, elastyczność, odporność na zmęczenie.
- Zastosowanie: Ogólne zastosowania mechaniczne, gdzie wymagana jest duża sprężystość.
2. Stal nierdzewna
- Zalety: Odporność na korozję, estetyczny wygląd.
- Zastosowanie: Środowiska korozyjne, przemysł spożywczy, farmaceutyczny.
3. Brąz i mosiądz
- Zalety: Odporność na korozję, właściwości antyiskrowe.
- Zastosowanie: Przemysł chemiczny, urządzenia elektryczne.
4. Tworzywa sztuczne
- Zalety: Odporność na chemikalia, niska masa.
- Zastosowanie: Aplikacje specjalistyczne, gdzie metalowe podkładki nie mogą być stosowane.
Zastosowania podkładek sprężystych
Podkładki sprężyste są stosowane w wielu gałęziach przemysłu:
- Motoryzacja: Zapobieganie luzowaniu się połączeń w silnikach i podwoziach.
- Budownictwo: Połączenia konstrukcyjne narażone na drgania i obciążenia dynamiczne.
- Przemysł maszynowy: Maszyny produkcyjne, gdzie występują zmienne obciążenia.
- Energetyka: Połączenia w turbinach, generatorach, gdzie występują wysokie temperatury i drgania.
- Elektronika: Zapewnienie stabilności połączeń w urządzeniach elektronicznych.
Dobór odpowiedniej podkładki sprężystej
Wybór odpowiedniej podkładki sprężystej jest kluczowy dla zapewnienia bezpieczeństwa i trwałości połączenia. Należy wziąć pod uwagę następujące czynniki:
1. Rodzaj obciążenia
- Statyczne: Obciążenie stałe w czasie.
- Dynamiczne: Obciążenie zmienne, wibracje, uderzenia.
2. Środowisko pracy
- Korozyjne: Wybór materiałów odpornych na korozję.
- Wysokie temperatury: Materiały zachowujące właściwości sprężyste w wysokich temperaturach.
3. Wymagania mechaniczne
- Siła zacisku: Wymagana siła sprężystości.
- Rozmiar i kształt: Dopasowanie do geometrii połączenia.
4. Standardy i normy
- DIN, ISO, ANSI: Wybór podkładek zgodnych z odpowiednimi normami.
Montaż i użytkowanie podkładek sprężystych
Prawidłowy montaż podkładek sprężystych jest kluczowy dla ich skuteczności:
1. Przygotowanie powierzchni
- Czystość: Usunięcie zanieczyszczeń, olejów, rdzy.
- Gładkość: Unikanie nierówności, które mogą wpływać na działanie podkładki.
2. Montaż
- Kierunek montażu: Niektóre podkładki, jak np. zębate, muszą być montowane w określonym kierunku.
- Siła dokręcania: Zastosowanie odpowiedniego momentu obrotowego.
3. Konserwacja
- Regularne kontrole: Sprawdzanie połączeń pod kątem luzów i zużycia podkładek.
- Wymiana: Podkładki sprężyste powinny być wymieniane w przypadku widocznego zużycia lub uszkodzeń.
Zalety i ograniczenia podkładek sprężystych
Zalety
- Zapobieganie luzowaniu się połączeń.
- Kompensacja rozszerzalności cieplnej.
- Rozłożenie obciążenia na większą powierzchnię.
- Łatwa instalacja i niskie koszty.
Ograniczenia
- Nie zawsze skuteczne w ekstremalnych warunkach drgań.
- Mogą powodować uszkodzenia powierzchni łączonych elementów.
- Wymagają odpowiedniego doboru i montażu.
Standardy i normy dotyczące podkładek sprężystych
Podkładki sprężyste są produkowane zgodnie z międzynarodowymi standardami:
- DIN 127, 128: Standardy niemieckie dotyczące podkładek sprężystych o przekroju prostokątnym i stożkowych.
- ISO 7090, 7091: Międzynarodowe standardy dotyczące wymiarów i tolerancji.
- ANSI B18.21.1: Standardy amerykańskie dotyczące podkładek sprężystych.
Podsumowanie
Podkładki sprężyste są kluczowym elementem w zapewnieniu trwałości i bezpieczeństwa połączeń śrubowych. Ich właściwy dobór i montaż pozwala na uniknięcie wielu problemów związanych z luzowaniem się połączeń, drganiami czy zmianami temperatury. W zależności od zastosowania, należy wybrać odpowiedni rodzaj podkładki, materiał oraz zwrócić uwagę na standardy i normy. Pamiętajmy, że choć podkładki sprężyste są niewielkimi elementami, ich rola w konstrukcjach mechanicznych jest nieoceniona.
