Gwint

Gwint (z niem. Gewinde) – śrubowe nacięcie na powierzchni walcowej lub stożkowej, zewnętrznej lub wewnętrznej. Komplementarne gwinty wewnętrzny i zewnętrzny mają tak dobrany kształt, że pasują do siebie. Ruch obrotowy elementu z gwintem zewnętrznym powoduje przesuwanie się tego elementu względem elementu z gwintem wewnętrznym.

Gwint może być interpretowany jako równia pochyła nawinięta na powierzchnię walcową. W związku z tym mechanika gwintu jest identyczna jak równi pochyłej, dlatego też śrubę zalicza się wraz z równią pochyłą do maszyn prostych.

Klasyfikacja gwintów

Różne rodzaje gwintów

Istnieje wiele rodzajów i parametrów gwintów

• Ze względu na kierunek nacięcia – prawy i lewy.
• Ze względu na przeznaczenie:
  • gwint pociągowy – stosowany do zamiany ruchu obrotowego na postępowy,
  • gwint złączny – stosowany do połączeń gwintowych, zaliczanych do rozłącznych, kształtowych połączeń spoczynkowych elementów.
• Ze względu na stosowany system miar wyróżnia się:
  • gwint metryczny – parametry gwintu podawane są w milimetrach, szczególną klasą tych gwintów są znormalizowane gwinty zwane gwintami metrycznymi,
  • gwint calowy – parametry gwintu podawane są w calach, szczególną klasą tych gwintów są znormalizowane gwinty zwane gwintami calowymi,
• Ze względu na umiejscowienie: gwint zewnętrzny, gwint wewnętrzny.
• Ze względu na pochylenie płaszczyzny gwintu:
• gwint walcowy – nacięty na powierzchni bocznej walca,
• gwint stożkowy – nacięty na fragmencie powierzchni bocznej stożka.
• Ze względu na kształt zarysu gwintu:
  • trójkątne –
  • prostokątne –
  • trapezowe – wśród których wyróżnia się gwinty trapezowe symetryczne i trapezowe niesymetryczne
  • okrągłe.
• Ze względu na krotność zwojów: jednokrotne (pojedyncze) i wielokrotne (dwukrotne, trzykrotne itd.)
• Ze względu na skok, w znormalizowanych gwintach wyróżnia się: gwint normalny, gwint drobnozwojny, gwint grubozwojowy

Do nacinania gwintów zewnętrznych używa się narzynek, głowic gwinciarskich lub specjalnych frezów. Gwinty zewnętrzne wykonuje się również metodą walcowania. Do wykonywania gwintów wewnętrznych służą gwintowniki. Gwinty można także wykonywać metodami obróbki plastycznej i odlewniczymi. Gwinty zarówno wewnętrzne, jak i zewnętrzne o różnych średnicach nacina się również na tokarkach.

Szczególnym rodzajem gwintu jest gwint w lufie gwintowanej wykonywany by nadać pociskowi ruch obrotowy.

Parametry gwintu

Zarys gwintu metrycznego

Podstawowymi parametrami gwintu są

• średnica gwintu d: jest to średnica walca opisanego na zewnętrznych wierzchołkach gwintu. Średnica ta odpowiada średnicy wewnętrznej D nakrętki
• średnica podziałowa śruby d₂ i nakrętki D₂: jest to średnica walca podziałowego, którego oś pokrywa się z osią gwintu, a powierzchnia boczna przecina zarys gwintu w taki sposób, że szerokość występu i bruzdy są sobie równe
• podziałka gwintu: odległość pomiędzy wierzchołkami gwintu w przekroju wzdłużnym śruby lub nakrętki
• skok gwintu P: przesunięcie osiowe po jednym obrocie śruby (wielokrotność podziałki jeżeli gwint nie jest jednokrotny)
• zaokrąglenie szczytu i dna bruzdy gwintu R: w gwintach trójkątnych unika się pozostawiania ostrych krawędzi szczytu gwintu, jak i bruzdy gwintu, gdyż powoduje to spiętrzenie naprężeń w obszarze takiego karbu. Promień R typowo wynosi około jedną dziesiątą część skoku gwintu.

Gwinty są znormalizowane przez Polską Normę. Definiuje się w niej gwinty metryczne, to znaczy takie, których średnica gwintu w milimetrach jest typoszeregiem liczb naturalnych lub ich ułamków dziesiętnych w przypadku gwintów drobnych. Zgodnie z tym gwint metryczny koduje się Mn, gdzie n to średnica gwintu w milimetrach np. M5, M20. W gwintach, w których skok P jest inny niż by to wynikało z ogólnej zasady, dodatkowo specyfikuje się ten parametr w kodzie gwintu metrycznego, np. M20×2 (gwint metryczny o średnicy d = 20 mm i skoku P = 2 mm), M20×1.5, M20×1, M20×0.75. M20 posiada normalny skok P = 2,5 mm.

Oznaczenia rodzajów gwintów

Wybrane oznaczenia rodzajów gwintów

• M – gwint metryczny zwykły, o zarysie trójkątnym o kącie 60 stopni,
• MF – gwint metryczny drobnozwojny z kątem 60 stopni,
• UNC – gwint calowy, zunifikowany, zwykły,
• UNF – gwint calowy, zunifikowany, drobnozwojny, posiadający zarys trójkątny i kąt 60 stopni,
• UNEF – gwint calowy, zunifikowany,  drobnozwojny, stosowany przy krótkich gwintach oraz cienkiej ścianie rur,
• UN – gwinty zunifikowane o skoku uprzywilejowanym,
• UNS – gwinty zunifikowane posiadający specjalne średnice i podziałki gwintu,
• ACME – gwint amerykański trapezowy symetryczny o ogólnym zastosowaniu,
• G (lub BSPP) – gwint rurowy walcowy, posiada zarys trójkątny 55 stopni,
• Rp – gwint rurowy, walcowy wewnętrzny,
• Rc – gwint rurowy, stożkowy, wewnętrzny,
• NPT – gwint rurowy Briggsa, stożkowy, posiadający zbieżność 1:16,
• BSW – gwint calowy Whitwortha, zwykły o trójkątnym walcowym zarysie i kącie 55 stopni,
• BSF – gwint calowy Whitwortha, drobnozwojny,
• E – gwint Edisona, elektrotechniczny,
• Tr – gwint trapezowy symetryczny, przeznaczony do stosowania w połączeniach ruchomych, występujących w urządzeniach przenoszących duże obciążenia,
• NC – gwint specjalny elektroinstalacyjny stosowany w rurach stalowych i instalacjach elektrycznych,
• Pg – gwint specjalny instalacyjny (z j. niemieckiego „Panzergewinde”), pancerny, przeznaczony do instalacji elektrycznych,
• R (lub BSPT) – gwint rurowy, stożkowy, zewnętrzny,
• Rd – gwint okrągły, charakteryzuje się wysoką wytrzymałością statyczną oraz zmęczeniową,
• RW, FG – gwint rowerowy,
• S – gwint trapezowy metryczny, występują one np. w śrubach pociągowych, we wrzecionach zaworów oraz w śrubach urządzeń dźwigowych,
• Ven, Vg – gwint wentylowy, stosowane są w zaworach zwulkanizowanych,
• W – gwint stożkowy do zaworów gazowych,

Gwinty calowe

W Polsce i innych krajach stosujących system metryczny najczęściej stosowane są gwinty o średnicach będących całkowitą wielokrotnością milimetra. Są jednak dziedziny, w których dominują gwinty calowe. W hydraulice i instalatorstwie gazowym stosuje się gwinty calowe Whitwortha „W” oraz gazowe rurowe walcowe „G”. Oznaczenie tych gwintów najczęściej składa się ze średnicy w calach i liczby zwojów gwintu na cal np. W 1/2˝ × 14 lub W 1/2˝-14. Przy czym dla gwintów „W” jest to średnica zewnętrzna gwintu, natomiast dla gwintów „G” jest to średnica wewnętrzna rury (wymiary są analogiczne jak gwintów „R”). Gwinty calowe stosowano jeszcze do niedawna w produkcji licencyjnego ciągnika Massey-Fergusson. W wiertarkach elektrycznych ręcznych mocowanie uchwytu wiertarskiego gwintem UNF 1/2˝ × 20 (czyli średnica zewnętrzna 1/2˝ oraz 20 zwojów na cal) wyparło stosowane wcześniej osadzenie na stożku Morse’a. W fotografii, do mocowania stopki aparatu fotograficznego na statywie, stosuje się śruby o gwincie UNC 1/4˝-20.

Obliczenia gwintu

Sprawność gwintu

Przy zmianie ruchu obrotowego na postępowy: $\eta ={\frac {L_{u}}{L_{w}}}={\frac {Q\cdot P_{h}}{2\pi \cdot M_{s}}}={\frac {tg(\gamma )}{tg(\gamma +\rho ')}},$

przy zmianie ruchu postępowego na obrotowy: $\eta ={\frac {L_{u}}{L_{w}}}={\frac {2\pi \cdot M_{s}}{Q\cdot P_{h}}}={\frac {tg(\gamma -\rho ')}{tg(\gamma )}},$

gdzie: $\eta$ – sprawność $L_{u}$ – praca uzyskana $L_{w}$ – praca włożona $Q$ – siła osiowa $P_{h}$ – przesunięcie $M_{s}$ – moment skręcający

$\gamma =\arctan {\frac {P}{\pi \cdot d_{2}}}$ – kąt wzniosu gwintu $P$ – skok gwintu $d_{2}$ – średnica podziałowa gwintu $\rho '=\arctan {\frac {\mu }{\cos(\alpha /2)}}$ – pozorny kąt tarcia $\mu$ – współczynnik tarcia $\alpha /2$ – półkąt zarysu gwintu

Długość robocza gwintu

Minimalna długość gwintu przenosząca obciążenie siłą $F$ wynosi: $H={\frac {20F\cdot P}{\pi (d^{2}-D_{1}^{2})k_{c}}},$

gdzie:

• $H$ – długość robocza gwintu,
• $F$ – siła osiowa,
• $P$ – podziałka gwintu,
• $d$ – średnica śruby,
• $D_{1}$ – średnica otworu nakrętki,
• $k_{c}$ – naprężenie dopuszczalne na ściskanie.

Średnica rdzenia śruby

Minimalna średnica rdzenia śruby przenosząca obciążenie $F$ wynosi: $d_{3}=1{,}15\cdot {\sqrt {\frac {F}{k_{r}}}},$

gdzie:

• $d_{3}$ – średnica rdzenia śruby,
• $F$ – siła osiowa,
• $k_{r}$ – naprężenie dopuszczalne na rozciąganie.

Zobacz też

• gwintowanie

Linki zewnętrzne

• Wymiary i tolerancje gwintów (pol.)
• Jakie są rodzaje gwintów - Blog narzędziowy