MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA

DIPLOMOVÁ PRÁCE

BRNO 2011

Bc. JAN REIF

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy

Systémy jištění šroubových spojů Diplomová práce

Vedoucí práce: doc. Ing. Vlastimil Chrást, CSc.

Vypracoval: Bc. Jan Reif

Brno 2011

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, ţe jsem diplomovou práci na téma Systémy jištění šroubových spojů vypracoval samostatně a pouţil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloţeném seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a můţe být pouţita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana AF MZLU v Brně.

Dne 27. dubna 2011 Podpis ……………………….

Děkuji doc. Ing. Vlastimilu Chrástovi, CSc. za odborné vedení a cenné rady při řešení diplomové práce, které mi vţdy ochotně poskytl.

Abstrakt Tato práce se od začátku zabývá problematikou jištění šroubových spojů. V první části je nastíněna důleţitost oboru a jsou popsány systémy, kterými lze mnohonásobně zvýšit spolehlivost šroubového spoje v nepříznivém prostředí. Dále jsou zde provedeny zkoušky jištění šroubových spojů pomocí lepidel a systému Nord-Lock. Prováděny jsou jak v optimálních podmínkách, ale také v méně příznivém prostředí, které se však můţe v praxi vyskytnout.

Klíčová slova jištění; šroub; matice; lepidlo; zkouška pevnosti

Abstract This thesis deals with problems of bolt fastening protection from the beginning. In the first part of the thesis the importance of branch is foreshadowed and systems what are many times able to increase the reliability of bolt fastening in an adverse environment are described. In the thesis the tests of bolt fastening protection by means of adhesives and "Nord-Lock" system are realized as well. The tests are carried out both in optimum conditions and in less favourable environment what can occur in practice.

Key words fastening; bolt; matrix; adhesive; test strength

Obsah 1

ÚVOD ...................................................................................................................9

2

CÍL PRÁCE ........................................................................................................ 10

3

JIŠTĚNÍ ŠROUBOVÝCH SPOJŮ ZVÝŠENÍM TŘENÍ V ZÁVITU A POD

HLAVOU ŠROUBU ................................................................................................... 10

4

3.1

Pojištění matice přítuţnou maticí ................................................................... 10

3.2

Matice s nylonovým krouţkem ......................................................................11

3.3

Šroub s polyamidovou kapkou (TufLok) ....................................................... 11

3.4

Podloţka pruţná, pruţně vyklenutá a zvlněná ................................................ 11

3.5

Podloţky vějířové s ozubením ....................................................................... 12

3.6

Nord-Lock..................................................................................................... 12

3.6.1

Představení systému Nord-Lock ............................................................. 12

3.6.2

Prověření spolehlivosti podloţek Nord-Lock ..........................................14

JIŠTĚNÍ ŠROUBOVÝCH SPOJŮ ZA POMOCI MECHANICKÉ FIXACE

ŠROUBU, MATICE, PODLOŢKY ............................................................................. 15

5

6

4.1

Podloţka s nosem .......................................................................................... 15

4.2

Jištění kolíkem, závlačkou nebo drátem......................................................... 15

4.3

Korunová matice ........................................................................................... 16

4.4

Pojištění matice šroubem ............................................................................... 16

4.5

Roznýtování šroubu....................................................................................... 17

4.6

Bodový svar .................................................................................................. 17

JIŠTĚNÍ ŠROUBOVÝCH SPOJŮ POMOCÍ LEPIDEL ......................................17 5.1

Pevnosti lepidel ............................................................................................. 18

5.2

Pracovní postup při lepení ............................................................................. 20

5.2.1

Příprava povrchů .................................................................................... 20

5.2.2

Aplikace lepidla ..................................................................................... 21

5.2.3

Tuhnutí lepidla ....................................................................................... 23

5.2.4

Základní pojmy ...................................................................................... 25

ZKOUŠKY PROVĚŘUJÍCÍ SPOLEHLIVOST JIŠTĚNÍ .................................... 26 6.1

Junkerův vibrační test .................................................................................... 26

6.2

Statické testy lepidel...................................................................................... 30

6.2.1

Testovací přístroj s grafickým záznamem dle ČSN EN ISO 15865 ......... 31

6.2.2

Test s momentovým klíčem dle ČSN EN ISO 15865 .............................. 32

7

DEMONTÁŢ LEPENÝCH SPOJŮ ..................................................................... 33

8

METODIKA PRÁCE .......................................................................................... 35

9

8.1

Postup zkoušek lepidel .................................................................................. 36

8.2

Postup zkoušky systému Nord-Lock .............................................................. 36

8.3

Materiál pro experimenty .............................................................................. 37

8.4

Pouţitá zařízení ............................................................................................. 38

ZKOUŠKY LEPIDEL ......................................................................................... 38 9.1

9.1.1

Výchozí podmínky a stanovení cíle ........................................................ 38

9.1.2

Naměřená data ....................................................................................... 39

9.1.3

Grafické znázornění zkoušek .................................................................. 40

9.1.4

Dílčí závěr.............................................................................................. 42

9.2

Zkouška pevnosti za přítomnosti maziv ......................................................... 43

9.2.1


9.2.2

Naměřená data ....................................................................................... 43

9.2.3


9.2.4

Dílčí závěr.............................................................................................. 45

9.3

Zkouška pevnosti po opakovaném zalepení ................................................... 46

9.3.1


9.3.2

Naměřená data ....................................................................................... 46

9.3.3


9.3.4

Dílčí závěr.............................................................................................. 49

9.4

Zkouška pevnosti zakápnuté matice lepidlem ................................................ 49

9.4.1


9.4.2

Naměřená data ....................................................................................... 50

9.4.3


9.4.4

Dílčí závěr.............................................................................................. 52

9.5

10

Zkouška pevnosti za optimálních podmínek .................................................. 38

Zkouška tepelně namáhaného spoje ............................................................... 52

9.5.1


9.5.2

Naměřená data ....................................................................................... 53

9.5.3


9.5.4

Dílčí závěr.............................................................................................. 54

ZKOUŠKA PODLOŢEK NORD-LOCK ............................................................. 55

10.1

Výchozí podmínky a stanovení cíle ............................................................ 55

10.2

Naměřená data ........................................................................................... 55

10.3

Grafické znázornění zkoušek ..................................................................... 56

10.4

Dílčí závěr ................................................................................................. 57

11

ZÁVĚR ............................................................................................................... 58

12

SEZNAM POUŢITÉ LITERATURY .................................................................. 59

13

SEZNAM TABULEK ......................................................................................... 60

14

SEZNAM GRAFŮ .............................................................................................. 60

15

SEZNAM OBRÁZKŮ ......................................................................................... 61

1 ÚVOD V technické praxi patří šroubová spojení ke skupině nejpouţívanějších moţností, pomocí nichţ lze utvořit sjednocení dvou a více konstrukčních částí. Šroubové spoje patří mezi rozebíratelná spojení, jelikoţ při jejich demontáţi nepoškodíme spojovací ani spojovanou součást. Proto můţe následovat opětovná montáţ bez nahrazování a výměny všech elementů figurujících ve spoji. Tato skutečnost a výhoda, ţe při montáţi a demontáţi s sebou metoda spojování pomocí šroubu nepřináší potřebu speciálního nářadí, vytváří pro konstruktéry velice frekventovaný prvek ke spojování. Jako kaţdá metoda, která se zabývá spojováním, tak i tato nese určité nevýhody. Mezi nevýhody patří zejména zeslabení průřezu spojovaných částí, vyšší hmotnost spoje nebo také povolování v průběhu nasazení spoje. Šroub i jeho závit jsou navrţeny tak, aby k povolování nedocházelo. V praxi však bohuţel zkušenosti ukazují, ţe k povolování přesto dochází. Tento jev vzniká vlivem zatíţení, díky kterému dochází k úbytku předpětí a zároveň ke sníţení svěrných sil. Spojení musí být navrţeno tak, aby v dělicích plochách upnutých desek zůstal dostatek zbytkové svěrací síly pro dobrou funkci spoje. Někdy nastávají však případy, kdy samotné tření v závitu a pod hlavou šroubu nezabrání samovolnému pootáčení šroubu. V případě, ţe je šroubové spojení pouţito v rizikovém prostředí, např. prostředí s vibracemi, můţe dojít k selhání spoje. Tuto moţnost je nutno minimalizovat a zvýšit tak maximálně spolehlivost spoje. Způsobů je celá řada, ale ne všechny jsou vţdy aplikovatelné. Danou metodu je třeba vybrat tak, aby jistící prvek vyhovoval jak rozměrovým, tak výkonnostním poţadavkům. V dnešní době bychom také neměli zapomínat na ekonomickou stránku výběru, jelikoţ některé typy jištění mohou podniku významně zvýšit jejich náklady. V technické praxi se vyuţívá mnoha metod k jištění šroubových spojů. Protoţe je způsobů celá řada, můţeme je rozdělit do tří skupin.  Pojištění zvýšením tření v závitu a pod hlavou šroubu.  Jištění za pomoci mechanické fixace šroubu, matice, podloţky.  Pojištění za pomoci lepidel.

9

2 CÍL PRÁCE Cílem práce je:  Zpracovat přehled poţadavků na jištění šroubových spojů.  Zpracovat přehled metod jištění spojů mechanickým způsobem a formou lepidel a tmelů.  Ověřit vytipované způsoby jištění.  Na základě výsledků, ověření jednotlivých způsobů jištění, navrhnout moţnosti vyuţití v technické praxi.

3 JIŠTĚNÍ ŠROUBOVÝCH SPOJŮ ZVÝŠENÍM TŘENÍ V ZÁVITU A POD HLAVOU ŠROUBU 3.1

Pojištění matice přítuţnou maticí Matici zajišťujeme proti šroubu přítuţnou maticí nebo pojistnou maticí. Při

pojištění přítuţnou maticí našroubováváme druhou matici na stejný šroub a utahujeme ji proti první matici. Zpravidla pouţíváme jednu nízkou matici a druhou matici normální. Na šroub se našroubuje nejdříve nízká matice a na ni se utáhne matice normální (přítuţná). Tah ve šroubu nese horní matice, a proto volíme vţdy normální matici. Utaţením dosedne dolní matice na spodní bok závitu šroubu a stane se tak pojistnou maticí. Pak horní matice, která dosedá na vrchní bok závitu, nese břemeno. Výhodou tohoto pojištění je jeho jednoduchost, Obr. 1 Pojištění matice avšak spoj není dostatečně spolehlivý. přítužnou maticí (Němec, 1965)

10

3.2

Matice s nylonovým krouţkem Matice je konstrukčně podobná klasické, přičemţ v její

vrchní části je umístěn nylonový krouţek. Do krouţku se vlivem průchodu šroubu vytlačí závit. Jelikoţ je tato deformace z části pruţná, tak se krouţek snaţí vrátit zpět do původního tvaru a vyvozuje tlak na šroub, kterému pak jednoduše zabraňuje Obr. 2 Matice s

v otáčení.

nylonovým kroužkem

3.3

Šroub s polyamidovou kapkou (TufLok) Na závitové části šroubu je navařena polyamidová skvrna nebo polyamidový

krouţek. Tento systém je vhodný pro velké série a odolává teplotám, které se blíţí aţ k 120 ºC. Nanášení vrstvy v podobě krouţku současně plní těsnící funkci. U tohoto systému je moţná opakovaná demontáţ a montáţ, kde kaţdý výrobce udává počet cyklů a kolikrát je moţno tento systém opakovaně pouţít. Většina z nich se pohybuje kolem pěti cyklů, při kterých výrobce šroubu garantuje dostatečné jištění. Nanesení vrstvy je moţné od M1 do M68, pro všechny kovové materiály.

Obr. 3 Šroub s polyamidovou

(Bossard, 2008)

kapkou (Bossard, 2008)

3.4

Podloţka pruţná, pruţně vyklenutá a zvlněná Všechny tyto podloţky mají za úkol zvýšit axiální

sílu ve spoji a tím dosáhnout vyššího tření v závitu a pod hlavou šroubu. Zmíněné podloţky mají bohuţel nevýhodu v tom, ţe ve šroubu při dotaţení vzniká asi čtyřikrát větší axiální síla, neţ jsou schopny tyto podloţky vyvinout. Tohoto předpětí je moţno dosáhnout i bez pouţití pruţných podloţek, v důsledku čehoţ se jeví aplikace těchto elementů

11

Obr. 4 Podložka pružná

zbytečná. Při sníţení axiální síly se však pérové podloţky snaţí udrţet alespoň předpětí, které jsou schopny vyvinout. Pruţné podloţky se vyrábí z kalené pruţinové oceli. (Němec, 1965)

3.5

Podloţky vějířové s ozubením Skupina těchto podloţek vyuţívá svého ozubení

k tomu, aby se zaseklo jak do matice, tak do součásti. V praxi však tento systém není zcela spolehlivý, protoţe podloţky jsou vyrobeny z měkkého materiálu, který se není schopen zaseknout do součásti a matice. Často s sebou pouţití tohoto elementu přináší poţadavek na vyšší utahovací moment, který je spotřebováván na deformace podloţky. V neposlední řadě dochází k poškození matice, podloţky a tím i jejich antikorozní Obr. 5 Podložky

ochrany.

vějířové s ozubením (Bossard, 2008)

3.6

Nord-Lock

3.6.1 Představení systému Nord-Lock Nord-Lock je pár podloţek s účinkem závěrného klínu. Tato metoda vyuţívá k jištění šroubového spoje napětí namísto tření a je standardizována normou DIN 25201. Zdvih klínu mezi dvěma podloţkami Nord-Lock je větší neţ stoupání závitu α > β (Obr. 6). Navíc je protilehlá strana opatřena jemnými radiálními zuby pro zvýšení koeficientu tření na styčných plochách (Obr. 7 Detail ploch). Dojde-li vlivem vibrací k posunu ve směru povolování, umoţní podloţka Nord-Lock pohyb pouze mezi klínovými plochami, coţ má za následek zvýšení tloušťky sestavené podloţky a tím zvýšení předpětí ve spoji F1 < F2 (Obr. 6), šroub je tak spolehlivě zajištěn. (Nord-Lock, 2007)

12

Obr. 6 Princip jištění (http://www.killich.cz/nord---lock.htm) Podloţky Nord-Lock jsou ideálním způsobem jištění šroubového spoje namáhaného vibracemi, jeţ je zapotřebí opakovaně rozebírat a znovu sestavovat. Podloţky jsou vyráběny ve dvou typech a to pod šestihranné nebo imbusové šrouby. (Nord-Lock, 2007)

Obr. 7 Detail ploch (Nord-Lock, 2007) Příklady pouţití systému Nord-Lock Zde je pro představu uvedeno několik příkladů, kde je moţno tento systém aplikovat. a) Zajištění šroubu v průchozí díře se závitem. b) Pro zajištění šroubu v průchozí díře, výrobce doporučuje, pouţít podloţku jak pod matici, tak pod hlavu šroubu. c) Podloţky s označením NL mají podobný rozměr D (vnější průměr) jako pruţné podloţky se čtvercovým průřezem, a proto se dají pouţít do zápustných děr. d) Podloţky bezpečně jistí i závrtné šrouby bez pouţití lepidla na závrtné straně. e) Chybná montáţ podloţky u dráţkových děr nebo děr s velkou tolerancí. f) Správná montáţ podloţky NL v kombinaci se šroubem s přírubou pro dráţkové díry a díry s velkou tolerancí. (Nord-Lock, 2007)

13

Obr. 8 Použití systému Nord-Lock (Nord-Lock, 2007)

3.6.2 Prověření spolehlivosti podloţek Nord-Lock Firma produkující podloţky Nord-Lock poskytuje materiály, ve kterých je uveřejněn test spolehlivosti šroubových spojů. Zkouška se nazývá Junkerův vibrační test. Junkerův vibrační test je často pouţívaná metoda měření spolehlivosti zajištění šroubového spoje. Spolehlivost běţných způsobů zajištění šroubového spoje a zajištění podloţkami Nord-Lock je patrná z níţe uvedeného grafu.

Obr. 9 Graf spolehlivosti šroubových spojů (Nord-Lock, 2007) Podloţky Nord-Lock zajišťují spoj i při utaţení malým utahovacím momentem. Jedinečnou vlastností podloţek Nord-Lock je nepatrný nárůst předpětí ve spoji, ke kterému dochází při jeho rozebrání. Podloţky Nord-Lock jsou tak samy schopny zajistit spolehlivost jištění. 14

4 JIŠTĚNÍ ŠROUBOVÝCH SPOJŮ ZA POMOCI MECHANICKÉ FIXACE ŠROUBU, MATICE, PODLOŢKY 4.1

Podloţka s nosem Plechové podloţky, které ohnutím nosu vytvářejí tvarové spojení se šestihrannou

hlavou, jsou pouţitelné u šroubů s nízkou pevností za slabého dynamického namáhání. V případě šroubů s šestihrannou hlavou a matic od pevnosti 8.8 se mohou pouţívat jen jako „indikační prvek", pokud spojovací prvek uvolnil. Přitom by se přiléhající jazýček odklonil. (Bossard, 2008)

Obr. 10 Podložka s nosem (Bossard, 2008)

4.2

Jištění kolíkem, závlačkou nebo drátem

Matici lze také pojistit proti šroubu závlačkou, kolíkem nebo drátem. Nejrozšířenější je pojištění závlačkou, které lze provést třemi způsoby.  Při prvním způsobu provrtáme díru ve šroubu nad maticí a dírou prostrčíme závlačku. Tento způsob není příliš spolehlivý, protoţe závlačka nemusí vţdy dosednout na matici. Vzniknou-li při uvolnění matice větší síly, závlačka se ohne.  Spolehlivější je provrtat současně matici a šroub a dírou prostrčit závlačku. Těmito způsoby se pojišťují obyčejné matice. (Němec, 1965)  Poslední moţností je pouţití tzv. korunové matice.

Obr. 11 Jištění závlačkou

15

4.3

Korunová matice Jištění korunovou maticí provedeme tak, ţe vyvrtáme otvor

v části, kde bude korunka matice. Do tohoto otvoru potom vsuneme závlačku. Pouţití korunové matice patří mezi nejefektivnější způsoby průvleku šroubu jiným elementem, jelikoţ nedochází k zeslabení materiálu matice. Dále lze matici fixovat hned do 6 poloh připadající na jednu otáčku, coţ jsme u předchozích způsobů nemohli realizovat.

Obr. 12 Korunová matice

4.4

Pojištění matice šroubem Pojištění šroubem je také jednou z moţností zabránění uvolnění matice. Tento

způsob je však o něco komplikovanější, jelikoţ ve vrtaném otvoru pro šroub musí být zhotoven závit. U tohoto způsobu jištění mohou nastat dvě varianty.  U první varianty je otvor pro pojistný šroub veden kolmo k ose pojišťovaného šroubu do jedné z šesti ploch matice. Nevýhodou je potřeba dostatečně velké matice, aby šel do její boční strany vyvrtat otvor. Další podstatný nedostatek této metody Obr. 13 Pojištění matice spočívá v deformaci závitu pojišťovaného šroubu šroubem kolmo k ose šroubem jistícím, coţ můţe mít za následek ztíţenou demontáţ spojení.  Druhou moţností je umístění pojistného šroubu v ose jištěného šroubu. Mezi nimiţ figuruje matice. Bohuţel, jak u první varianty, tak i zde nastávají problémy se zhotovováním otvoru se závitem ve šroubu, jehoţ velikost musí být veliká natolik, aby šel otvor vytvořit. Obr. 14 Pojištění matice šroubem v ose 16

4.5

Roznýtování šroubu K moţnostem zajištění matice patří také roznýtování přečnívajícího šroubu. Na

jedné straně je tento způsob velice jednoduchý, a pokud se roznýtování provede kvalitně, tak i spolehlivý. Ale ze strany demontáţe a opětovné montáţe je tento druh jištění sloţitější a pracnější.

4.6

Bodový svar Jednou z dalších moţností je šroub a matici zajistit bodovým svarem.

Jednoznačné výhody jsou v trvanlivosti jištění, ale problémy nastávají při demontáţi. Kdybychom vlivem sesednutí spoje chtěli zvýšit předpětí, nebude naše situace jednoduchá. Mezi další nevýhody patří např. potřeba svařovacího agregátu v místě, kde budeme uplatňovat tuto metodu.

5 JIŠTĚNÍ ŠROUBOVÝCH SPOJŮ POMOCÍ LEPIDEL Tak jako jiné zpracovatelské metody, vyznačuje se lepení mnoha výhodami, ale i některými zápornými či limitujícími činiteli, např. vyššími nároky na čistotu a přesnost práce. Při rozhodování o typu jištění šroubového spoje je třeba uváţit výhody a nevýhody lepení ve srovnání s ostatními způsoby spojování. (Osten, 1996) Firmy vyvíjí tekutá jednosloţková lepidla, která vyplní volný prostor mezi závity, kde v kontaktu s kovem a za nepřítomnosti vzduchu probíhá vytvrzování. Lepidlo zde vytváří materiálový spoj a znemoţňuje pohyb v závitu. Problém je tedy řešen přesně v tom místě, kde vzniká, a to v závitu samém. Proto patří lepidla k nejefektivnějším metodám zajišťování kovových šroubů. Dokonce i lehce naolejované šrouby mohou být pomocí některých produktů spolehlivě zajištěny, a to bez předchozího odmaštění. (Fleischmann, 1997)

17

5.1

Pevnosti lepidel

Pevnost lepidla je zásadním ukazatelem pro jejich výběr. Kaţdý výrobce nabízí několik druhů lepidel s odlišnou pevností, aby se byl schopen co nejblíţe přiblíţit poţadavku zákazníka. Obecně výrobci nejčastěji dělí tyto lepidla do třech hlavních skupin.  Lepidla s nízkou pevností se pouţívají pro malé šrouby a malou vůli v závitu. Nízkopevnostní lepidla jsou snadno demontovatelná.  Lepidla se střední pevností se nejčastěji doporučuje pouţívat pro běţné jištění šroubů. Demontáţ je moţná normálním nástrojem.  Lepidla s vysokou pevností se uplatní pro šroubové a montáţní spoje, které se jiţ nedemontují. Pokud se nevyhneme demontáţi, tak musíme nejčastěji degradovat spoj teplotou. (Bossard, 2008) Pro příklad je zde uveden sortiment lepidel značky Loctite, spolu se základními informacemi, kde tato lepidla pouţít. Loctite 290  Doporučuje se pro předem smontované části, např. stavěcí šrouby, elektrické konektory a zajišťovací šrouby. Loctite 222  Doporučuje se pro málo pevné zajištění seřizovacích šroubů se zapuštěnou hlavou a zajišťovacích šroubů.  Pouţití na kovy s menší pevností, které by mohly při demontáţi prasknout, např. hliník nebo mosaz. Loctite 243  Hodí se pro všechny typy kovových závitových spojů.  Zabraňuje povolení u vibrujících částí, jako jsou čerpadla, upevňovací šrouby motorů, převodových skříní nebo lisů.  Doporučuje se tam, kde se při opravách pouţívá demontáţ ručním nářadím.  Vhodné pro součástky mírně znečištěné olejem.

18

Loctite 248  Nestéká, drţí na místě.  Vhodný zejména tam, kde je díky přístupu, aplikace produktu obtíţná (nad hlavou, pod nebo vedle stroje anebo na součástky, se kterými nelze manipulovat).  Hodí se pro všechny typy kovových závitových spojů.  Doporučuje se tam, kde se při opravách pouţívá demontáţ ručním nářadím. Loctite 2701 (vylepšený Loctite 270)  Pro všechny typy kovových závitových spojů včetně nerezových nebo pokovených, např. pozinkovaných.  Doporučuje se pro trvalé zajištění svorníků na bloku motoru a skříni čerpadla.  Pouţívá se v případě, kde není vyţadována opětovná demontáţ. Loctite 278  Tolerantní k zamaštění.  Teplotně odolný.  Doporučuje se pro aplikace, kde není poţadována pro údrţbu pravidelná demontáţ. Loctite 268  Nestéká, drţí na místě.  Hodí se v místech se špatným přístupem (nad hlavou, pod nebo vedle stroje anebo na součástky, se kterými nelze manipulovat).  Hodí se pro všechny typy kovových závitových spojů.  Doporučuje se tam, kde není zapotřebí pravidelné demontáţe při údrţbě, např. kotevní šrouby, převodové skříně, šrouby na víkách loţisek a svorníky. (Loctite, 2005)

19

5.2

Pracovní postup při lepení Dále je nastíněn sled událostí, které by po sobě měly následovat, pokud má být

dosaţeno maximální pevnosti lepeného spoje. U různých lepidel či technologií lepení se tento postup drobně liší, jádro však zůstává stejné. Zde jsou uvedeny základní operace.  Příprava povrchů  Aplikace lepidla  Fixace polohy součástí  Stlačení spoje  Tuhnutí lepidla

5.2.1 Příprava povrchů Pro dosaţení optimálních výsledků při lepení je potřebné správné ošetření ploch, protoţe pevnost spoje závisí nejen na kohezi lepidla, ale také na adhezi mezi plochami spoje a lepidlem. Jednoduše řečeno platí: lepený spoj bude o to pevnější, o co byl předtím důkladněji očištěn. Adhezní síly lze podstatně zlepšit těmito způsoby.  Všechny neţádoucí volné částice a vrstvy na povrchu budou odstraněny mechanickým opracováním a odmaštěním.  Na povrchu budou vytvořeny nové aktivní povrchové vrstvy s chemickým ošetřením. (Fleischmann, 1997)

Obr. 15 Kontaminovaný a čistý povrch (Loctite, 2005) 20

5.2.1.1 Odmaštění lepených ploch Předpokladem bezvadného lepeného spoje je zpravidla důkladné očištění lepených ploch od olejů, tuků, prachu a jiných nečistot. Pro mnohá pouţití je postačující předběţná příprava povrchu rychločistidlem. Mnoho výrobců má ve svém sortimentu kromě lepidel i rychločistidla, která odstraňují oleje, tuky, volné částice a jiná znečištění. Tím kvalitně připravují plochy pro slepení. Čistidla jsou nejčastěji k dostání ve spreji. (Fleischmann, 1997)

5.2.1.2 Chemická příprava Ve většině případů jsou jiţ popsané druhy očištění dostatečné. Klademe-li však ty nejvyšší nároky na pevnost nebo neumoţňuje-li pasivita povrchů slepení vůbec, pak je nutná chemická úprava povrchů leptáním nebo mořením. Je nanejvýš důleţité připravit příslušný roztok s co největší péčí, protoţe chybné namíchání vede k poklesu hodnot pevnosti spoje při následném lepení. (Fleischmann, 1997)

5.2.2 Aplikace lepidla Tekuté lepidlo můţe být nanášeno ručně nebo speciálními dávkovači. Není-li moţné v sériové výrobě ruční nanášení lepidel a nemohou-li být nasazeny ani speciální dávkovače, pak se nabízí pouţití předem povrstvených šroubů. V tomto případě je šroub potaţen vrstvou obsahující mikrokapsle, ve kterých je uzavřeno lepidlo. Našroubováním matice se kapsle rozpadnou a uvolní se lepidlo, které se podobně jako nanesená tekutá lepidla vytvrzuje v závitech a zabraňuje tak samovolnému uvolnění šroubu. S povrstvenými šrouby lze zacházet a skladovat je jako normální sypné zboţí, coţ je nesmírnou výhodou. (Fleischmann, 1997)

21

5.2.2.1 Tekutá lepidla Tyto lepidla se nejčastěji vytvrdí, kdyţ k nim nepřistoupí ţádný kyslík (anaerobní). Nanáší se při montáţi z lahvičky rukou nebo v případě větších sérií dávkovacím zařízením na jištěný spojovací prvek a zcela se vytvrdí během 3-12 hodin. Aplikace z lahvičky je asi nejběţnějším způsobem. (Bossard, 2008)

Obr. 16 Tekutá lepidla (Loctite, 2005)

5.2.2.2 Polotuhá lepidla Polotuhá lepidla se s výhodou pouţívají tam, kde by se tekutá lepidla vlivem své konzistence mohla stát problémem. Při nanášení tekutého lepidla není moţné dávkovat zcela přesné mnoţství. Lepidlo bývá aplikováno ve větších dávkách, abychom zabránili jeho částečné absenci v závitu, kde je ho zapotřebí k následnému jištění. Jeho přebytek je však vytlačován našroubováním šroubu do matice. Dále následuje stékání na místa, kde jeho

Obr. 17 Polotuhá lepidla (Loctite, 2005)

přítomnost není ţádána. Tento problém řeší polotuhá lepidla, která jsou jiţ při aplikaci v netekutém stavu, a tak nehrozí jeho stékání na sousedící plochy. Polotuhá lepidla jsou nejčastěji k dostání ve formě tyčinek.

5.2.2.3 Předem nanesené lepidlo na šroubu Tento druh jištění lze bez váhání označit jako nejmodernější jištění proti vytáčení vůbec. Drobné částice lepidla jsou uzavřeny v pouzdrech z plastické hmoty.

22

Mikropouzdra

jsou

uloţena

v

nosné

substanci, podobné laku. Touto směsí se šrouby opatřují

v

podobě

předběţné

vrstvy.

Při

zašroubovávání a předepínání v závitu matice se účinkem tlaku mezi boky závitu část pouzder zničí. Vyteklé lepidlo se spojí se soustavou pojiva a zcela zaplní mezery mezi maticí a závitem svorníku. Dále probíhá vytvrzení (3 - 6 hodin), které zabraňuje

Obr. 18 Předem nanesené lepidlo na šroubu

„vytočení" i za podmínek silných vibrací. (Bossard, 2008)

5.2.3 Tuhnutí lepidla Z fyzikálního hlediska při tomto procesu přechází lepidlo z fáze kapalné do fáze pevné. Rychlost tuhnutí lepidla je ovlivněna řadou vlivů, mezi které patří i teplota. Při lepení za normální teploty je třeba pečlivě sledovat spodní hranici teploty, protoţe při niţších neţ doporučených teplotách rozpouštědlová lepidla jen pomalu vysychají, reaktivní zpomalují, aţ zastavují reakce vedoucí k vytvrzení. Limitujícím činitelem pro určení horní hranice teploty je tepelná odolnost lepených materiálů i lepidla a rozdíl v jejich tepelné roztaţnosti. Při tom je třeba mít na zřeteli, ţe maximální vytvrzení lepidla neznamená vţdy maximální pevnost spoje. Maximální teplota, vhodná pro urychlení tuhnutí či vytvrzování, není zpravidla totoţná s maximální teplotou, kterou vytvrzený lepený spoj v provozu bez následků snáší. Nejdůleţitější vlastností tuhnutí je však vytvoření jednotlivých vazeb. Tuhnutí můţe nastat několika způsoby. (Pošta, 1998)

5.2.3.1 Lepidla tuhnoucí vlivem vsáknutí a odtékání rozpouštědel Tato lepidla obsahují 20 aţ 60 % přírodní nebo syntetické filmotvorné látky rozpuštěné nebo dispergované ve vodě či rozpuštěné v organických rozpouštědlech. Mohou být přímo aplikována jen tehdy, je-li jeden ze spojovaných materiálů propustný pro plyny (vodní páru nebo páry rozpouštědla). (Osten, 1996)

23

5.2.3.2 Lepidla reaktivní Tuhnou vlivem chemických změn v průběhu vytvrzování. Podle úpravy, v jaké se prodávají, rozlišujeme lepidla jednosloţková a vícesloţková. Jednosloţková reaktivní lepidla vytvrzují chemickou reakcí vyvolanou vnějšími vlivy (teplotou, vzdušnou vlhkostí, stykem s kovy aj.). U reaktivních vícesloţkových lepidel jsou jednotlivé sloţky lepidla dodávány odděleně a směšují se těsně před pouţitím. Spoje provedené reaktivními lepidly se obecně vyznačují dobrou tepelnou odolností, odolností vůči rozpouštědlům, vodě a povětrnostním podmínkám. (Osten, 1996)

5.2.3.3 Tavná lepidla Výchozí surovinou těchto lepidel jsou různě modifikované termoplasty, které se nanášejí na spojovaný materiál ve formě taveniny, vţdy jednostranné. Maximální pevnosti spoje se dosahuje na rozdíl od předchozích typů lepidel bezprostředně potom, kdy film lepidla ve spoji ztuhl ochlazením. Film lepidla se po ochlazení téměř nesmršťuje a dobře vyrovnává pnutí mezi spojovanými díly. (Osten, 1996)

5.2.3.4 Lepidla stále lepivá Ve spoji nemění svou konzistenci. Zůstávají stále vláčná a lepivá a jsou označována jako lepidla se samolepicím efektem. Jsou vţdy ve spojení s vhodným nosičem a spoj vzniká pouhým přitlačením lepicí vrstvy k podkladu. Jsou známá v podobě samolepicích pásků, štítků a tapet a slouţí k rychlému a na pevnost spoje nenáročnému spojování. Měkký přilnavý film umoţňuje dočasné spojování materiálů se špatnými adhezními vlastnostmi, např. polyolefinů. (Osten, 1996)

24

5.2.4 Základní pojmy 5.2.4.1 Lepidlo a lepený spoj Lepidlo je látka schopná navzájem spojit dva materiály pomocí povrchových sil. Tato schopnost však není vnitřní vlastností lepidla, ale vzniká jen za určitých podmínek a za podstatného přispění adherendu. Lepidlo vytváří spojovací můstek mezi povrchy součástí. Lepené díly mohou přitom být jak ze stejného materiálu, tak z materiálů různorodých. Mechanismus soudrţnosti závisí na adhezi a kohezi, které významně ovlivňují výslednou pevnost lepeného spoje. Pod pojmem pevnost lepeného spoje chápeme komplexní vlastnost závislou nejen na základních silách způsobujících adhezi, ale také na lepeném materiálu, na vlastnostech zvoleného lepidla, na pouţití vhodné technologie lepení a rovněţ procesech provázejících dokonalé vytvrzení lepidla, při kterých dochází ke vzniku potřebných vazeb. (Müller, 2006)

5.2.4.2 Adheze Pod pojmem adheze se rozumí síla přilnavosti, tedy absorpční síly na styčných plochách, které se společně označují jako síly Van der Waalsovy. Dosah těchto mezimolekulárních sil je podstatně niţší neţ hloubka drsnosti mechanicky opracovaných ploch. Proto musí lepidlo vniknout do těchto povrchových nerovností a smáčet tak celou plochu. Smáčenlivost pevného povrchu tekutým lepidlem závisí na krajovém úhlu k povrchu pevné látky a na povrchové energii obou látek. (Fleischmann, 1997)

5.2.4.3 Koheze Pod pojmem koheze se rozumí síly, které působí, mezi molekulami nějakého tělesa a drţí masu těchto částeček pohromadě. Tyto síly se skládají z mezimolekulárních sil přitaţlivosti (Van der Waalsovy síly) a ze vzájemné vazby molekul polymerů. Podle pravidla „řetěz je jen tak pevný, jak pevný je jeho nejslabší článek“, by měly být adhezní a kohezní síly přibliţně stejně velké.

25

Uţ při konstrukci výrobků by měly být vzaty do úvahy vlastnosti a moţnosti lepidel. Pro dosaţení optimálních výsledků v technice lepení, by měly, pokud moţno na spoj působit pouze střihové nebo tlakové síly. Síly namáhající spoj loupáním působí nepříznivě, ale dá se jim zabránit konstrukčními opatřeními. Chceme-li přenášet velké síly, je nutno zvětšit plochy lepených spojů. (Fleischmann, 1997)

6 ZKOUŠKY PROVĚŘUJÍCÍ SPOLEHLIVOST JIŠTĚNÍ Abychom mohli stanovit spolehlivost jištění šroubového spoje, musí být provedeny zkoušky, na základě kterých je moţno prohlásit ten či onen druh jištění za spolehlivý.

6.1

Junkerův vibrační test Pomocí zkušebního stroje typu „Junker" je moţné testovat chování šroubového

spoje pod dynamickým zatíţením. Zkušebním šroubem a speciální maticí se navzájem sešroubují 2 desky. Pomocí výstředníku se nuceně pohybuje horní deskou vůči spodní. Vedle amplitudy je nastavitelný také zkušební kmitočet. Délka sevření šroubových spojů se můţe měnit prostřednictvím spolu sešroubovaných distančních pouzder. Síla předpětí FM se měří prostřednictvím tenzometrických pásků v dolní desce a zapisuje se (osa Y ve zkušebním diagramu). Počet zatěţovacích cyklů - normálně 1000 - se zapisuje ve směru X. (Bossard, 2008)

26

Srovnávací základ pro následující příklady:  Šrouby s šestihrannou hlavou DIN 933, třída pevnosti 8.8, M 10x35, předpjaté na 90 % meze průtaţnosti.  Materiál desek: zušlechtěná ocel 900 - 1050 N/mm2.  Amplituda běhu naprázdno t = 0,5 mm.  Zkušební kmitočet 15 Hz.  Šroub mírně potřený olejem.

Obr. 19 Schéma Junkerova vibračního testu (Bossard, 2008)

Obr. 20 Stroj pro Junkerův vibrační test (Bossard, 2008)

27

Nepojištěný šroub Jako základ pro následující pokusy

slouţí

chování

při

uvolňování nepojištěného šroubu při délce sevření I K = 20 mm (IK / d = 2). Jiţ po 200 cyklech střídavého zatíţení se šroub zcela uvolnil, síla předpětí

FM

totálně

poklesla.

Klouzáním hlavy šroubu na horní oscilující

desce

mikroposunů

sem

a

účinkem a

tam

kmitajícího závitu byl třecí záběr Obr. 21 Nepojištěný šroub (Bossard, 2008)

odstraněn. (Bossard, 2008) Pruţné podloţky, DIN 137 A/B upínací podloţka, DIN 6796 pruţné krouţky, DIN 127 A/B, DIN 128 A/B ozubená podloţka, DIN 6797 A vějířovitá podloţka, DIN 6798 A. Hladké

podloţky

nebo

krouţky tření na dosedací ploše nezvyšují. Ozubené a vějířovité podloţky jsou u šroubů 8.8 a výše jiţ neúčinné, šrouby se uvolňují. (Bossard, 2008) Obr. 22 Pružné podložky (Bossard, 2008)

28

Šroub s polyamidovou kapkou (TufLok) Šrouby se poněkud uvolnily a síly předpětí klesly na hlubokou hodnotu. Nicméně nebyly nulové, poněvadţ svěrací pojistka proti ztrátě nadále bránila prvkům ve vyšroubování. (Bossard, 2008)

Obr. 23 Šroub s polyamidovou kapkou (Bossard, 2008) Šrouby s profilovanou dosedací plochou (např. ozubení pod hlavou) Ţebrovaná podloţka pod hlavou šroubu Chemicky jištěné šrouby (Precote, Threebond, Delo) Velmi dobrý pojišťovací účinek, poněvadţ profilování se vtisklo proti materiálu, popř. se pak vytvrdilo lepidlo. (Bossard, 2008) Obr. 24 Šrouby s profilovanou dosedací plochou (Bossard, 2008)

29

Nepojištěné šrouby dlouhé Pomocí pruţného pouzdra byla délka sevření zvětšena na IK = 5d průměru závitu. Dlouhé šrouby jiţ nebyly tuhé, nýbrţ pruţné a zajišťovaly spoj proti vibracím. (Bossard, 2008)

Obr. 25 Nepojištěné šrouby dlouhé (Bossard, 2008)

6.2

Statické testy lepidel Statické zkoušky prověřují jistící schopnost lepidla pomocí postupného

zvyšování napětí v lepeném spoji. Tato prověření mají dle normy ČSN EN ISO 15865 stanovená specifika. Výrobci na základě těchto specifik předkládají spotřebitelům informace o pevnosti lepidel. V těchto normách jsou uvedeny některé informace, které mají pro měření pevnosti velký význam. Některé z těchto důleţitých parametrů jsou zde uvedeny.  Utahovací moment před zalepením  Drsnost ploch  Axiální síla, která působí na šroub  Tvrdost šroubu a dosedacích ploch  Protikorozní úpravy  Mastnota a celková čistota ploch a závitu  Stoupání závitu Ve výše uvedené normě je dle zkušeností uveden poznatek, ze kterého vyplývá, ţe není ţádný významný rozdíl mezi převládajícím točivým momentem měřeným při 180 ° a převaţujícím momentem stanoveným jako průměr ze čtyř hodnot točivého momentu stanoveným na 90°, 180°, 270° a 360°. 30

6.2.1 Testovací přístroj s grafickým záznamem dle ČSN EN ISO 15865 Princip tohoto testu spočívá v povolování pojištěného šroubu a v zjištění odporu, který je třeba klást na lepidlo, aby byl spoj povolen. Výhoda této metody tkví v záznamu celého průběhu povolování do grafu. Tím je myšleno, ţe známe přesný povolovací moment, kterého je třeba dosáhnout, aby došlo k pootočení šroubu v závitu. Naměřenému momentu přesně odpovídá úhel natočení vřetene. Testovací zařízení se vzdáleně podobá soustruhu. Skládá se z poháněného vřetene, které zde plní funkci povolovacího klíče. Nespornou výhodou je, ţe vřeteno můţe nejen šroub povolovat, ale také provádět jeho dotahování předem daným utahovacím momentem. Vřeteno je také vybaveno snímačem úhlu natočení, abychom měli přehled o jeho poloze a mohli vyhodnocovat aktuální a výchozí pozici natočení. Do vřetene je vloţen trn, přes který je přenášen povolovací moment na upínací přípravek a na šroubu. Tato násada je podobna nástrčné hlavici pro Gola nářadí. Díky jednoduché výměně lze testovat během několika málo okamţiků rozdílné velikosti šestihranných hlav šroubů, a tím pádem i rozdílné průměry závitu šroubů. Tento systém je natolik variabilní, ţe jde v podstatě testovat jakékoliv šrouby. Dále je do systému zařazen vlastní šroub s maticí. Upínací přípravek pro šroub je stejný jako pro matici, aţ na detail, ţe na něj navazuje trn, který je spojen s měřičem povolovacího momentu. Systém měření bývá v dnešní době uskutečněn tenzometrem. Jelikoţ máme z celého přístroje dvě informace, které je za pomoci převodníku signálu a počítačového softwaru moţno zpracovat, pak následné počínání jiţ není sloţité. Dostáváme hodnoty, které po vloţení do grafu a po proloţení křivkou demonstrují celý povolovací průběh. Tedy úhel natočení vřetene, kterému připadá určitý povolovací moment. Způsob měření touto metodou je velice precizní. Naopak nevýhoda tkví v potřebě speciálního stroje, který je bohuţel jednoúčelový.

31

Obr. 26 Testovací přístroj s grafickým záznamem dle ČSN EN ISO 15865 (ČSN EN ISO 15865)

Popis: 1. Poháněné vřeteno 2. Upínací trn 3. Upínací přípravek pro šroub 4. Zkušební šroub a matice 5. Upínací přípravek pro matici 6. Upínací trn 7. Měřič povolovacího momentu

6.2.2 Test s momentovým klíčem dle ČSN EN ISO 15865 Tato zkouška je poněkud méně přesná neţ předchozí, ale dostačující. Lze v ní pouţít běţné dílenské nářadí, a proto zde nepotřebujeme nákladný měřící stroj, coţ je nesmírná výhoda tohoto testu. Průběh zkoušky spočívá v upnutí zkoušeného šroubu do zajišťovacího zařízení. Zařízení má za úkol fixovat šroub, aby bylo moţné provést test. Na fixovaném šroubu je našroubována matice, která je jištěna pomocí lepidla. Na matici je nasunuta zajišťovací 32

hlavice, na kterou je dále upevněn momentový klíč. Klíč musí být opatřen ciferníkem, ze kterého je moţno odečítat povolovací moment, který je právě vyvozován na rukojeť. Momentový klíč musí mít dle normy přesnost ± 5 %. Jelikoţ se tyto momentové klíče vyrábí s různými rozsahy, je potřeba zvolit ten, který bude odpovídat pevnosti lepidla. Proto nemůţe nastat situace, při které by cejchování na klíči neodpovídalo pevnostním parametrům lepidla.

Obr. 27 Test s momentovým klíčem dle ČSN EN ISO 15865 (ČSN EN ISO 15865)

Popis: 1. Momentový klíč 2. Zajišťovací zařízení pro matici 3. Zkušební vzorek 4. Zajišťovací zařízení pro šroub

7 DEMONTÁŢ LEPENÝCH SPOJŮ Lepené spoje obecně řadíme mezi nerozebíratelné spojení. Tím se samozřejmě nemyslí, ţe by snad lepený spoj nešel rozebrat, ale jde o skutečnost, ţe za rozebíratelný spoj povaţujeme ten, při jehoţ demontáţi nepoškodíme spojované ani spojovací 33

součásti. Při demontáţi dochází k porušení spojovací části, tj. lepidla, coţ je obecně bráno za jednu z velkých nevýhod lepeného spoje. Rozebrání spoje můţeme docílit mnoha metodami:  Působením větší síly na spoj, neţ je schopen přenést. Nejčastěji se pouţívají metody jako vylisování nebo staţení součásti.  Zahřáním spoje na teplotu, při které lepidlo ztrácí svou pevnost. U vysoce pevných spojů teplota zahřátí dosahuje 300 aţ 400 ˚C.  Pokud jde o spoj lepený epoxidy, musíme jej ponořit na čas do chloroformu, lepidlo nabobtná a ztratí pevnost.  Lze pouţít odstraňovačů lepidel, které doporučuje sám výrobce a tak docílit degradace spoje. Tento přípravek se pouţívá i po demontáţi jinou metodou, z důvodu zbavení spojovaného materiálu od zbytku lepidla.  Pro zefektivnění demontáţe se často vyuţívá spojení více metod, např. zahřívání a následné vylisování. V praxi se často vyţaduje, aby se šroubová spojení dala demontovat normálním nářadím. Proto firmy nabízejí různé produkty, které jsou podle poţadavku nízkopevnostní, středněpevnostní nebo vysokopevnostní. Tato označení platí pro normalizované matice s poměrem závitu M10.  Nízkopevnostní spoje: lehce uvolnitelné obvyklým nářadím.  Středněpevnostní spoje: ještě uvolnitelné obvyklým nářadím.  Vysokopevnostní spoje: neuvolnitelné obvyklým nářadím. (Fleischmann, 1997) Dalším faktorem, který obrovskou vahou ovlivňuje moţnost jednoduché demontáţe, je velikost předpětí. Můţe totiţ nastat situace, kdy v případě pouţití středněpevnostního lepidla a zároveň utahovacího momentu, který je z pohledu nářadí a fyzických sil maximální. Po vytvrzení lepidla nebude moţno šroub uvolnit, jelikoţ se k momentu potřebnému pro povolení přidá i moment pro povolení lepidla.

34

8 METODIKA PRÁCE Níţe bude rozveden test čtyř lepidel od dvou různých výrobců, která nám byla poskytnuta prostřednictvím obchodních zástupců. To znamená, ţe od kaţdé firmy byly testovány 2 typy lepidel, z nichţ jedno nízkopevnostní a druhé vysokopevnostní. Lepidla byla aplikována v tekutém stavu a nanášena kapátkem přímo z lahvičky. Všechna lepidla jsou dle výrobce určena k zajišťování závitů. Zkouška byla prováděna obdobně, jak se uvádí v normě ČSN EN ISO 15865. V této normě je popsán průběh testu pomocí momentového klíče, který byl dle potřeb drobně upraven. Test je uveden v kapitole 6.2.2 Test s momentovým klíčem dle ČSN EN ISO 15865. Rozdíl oproti normě není zásadní, jedná se o upnutí

šroubu,

které

není

provedeno

prostřednictvím speciálního zajišťovacího zařízení, jako je uvedeno v normě. Fixace šroubu proběhla v dílenském svěráku, který nám plně nahradil speciální zajišťovací zařízení. V čelistech byla pevně sevřena šestihranná hlava šroubu, v jehoţ dříku byla zašroubována matice jištěná lepidlem Obr. 28 Zkouška momentovým nebo systémem Nord-Lock. Upnutí do čelistí klíčem muselo být provedeno přes hlavu šroubu a nikoliv přes matici, abychom do měření nevnášeli chybu způsobenou tlakem čelistí, které by deformovaly tvar matice, a tím i její závit. Při vlastním zkoušení byl vyvinutý povolovací moment odečítán ze stupnice a následně zapisován. Při měření jednoho šroubu byly zapisovány dvě hodnoty:  Bod odtrţení, znamenající prvotní povolovací moment, který byl zapotřebí k prvnímu pootočení matice v závitu, byť o minimální úhel. V textu je dále uváděno jen jako odtrţení, nebo odt.  Další hodnota byla odečtena v průběhu natočení matice vůči šroubu o 180°. Číslo nese maximální hodnotu povolovací momentu, dosaţenou v průběhu natočení. Dále uváděno jen jako 180°.

35

8.1

Postup zkoušek lepidel Zkoušky jištění byly prováděny podle níţe popsané osnovy. V některých

případech se kroky drobně lišily, a to proto, aby bylo moţné zjistit další skutečnosti při nasazení lepidel. Drobné úpravy, k nimţ docházelo, jsou vţdy uvedeny na začátku kaţdého testu. Pro provedení jedné zkoušky bylo pouţito šesti šroubů, coţ je, dle normy ČSN EN ISO 15865, plně dostačující. Následuje základní osnova, podle které bylo postupováno.  Odmaštění zkušebních vzorků za pomoci štětce a perchlorethylenu  Sušení v laboratorních podmínkách  Nanesení lepidla na závit šroubu  Volné našroubování matice na šroub, bez následného dotaţení  Vytvrzení spoje po dobu 24 hod. za teploty cca 22 °C  Grafické zpracování výsledků s následným komentářem

Obr. 29 Délka nánosu lepidla (ČSN EN ISO 15865); 1. Vzdálenost nánosu lepidla od kraje matice je stanovena minimálně na dvě rozteče závitu šroubu. 2. Délka naneseného lepidla.

8.2

Postup zkoušky systému Nord-Lock Zkouška jištění systému Nord-Lock byla prováděna podobně jako testy lepidel s

tím rozdílem, ţe před povolováním muselo nastat utaţení celého systému. Postup zkoušky: 36

 Vloţení šroubu s podloţkami Nord-Lock a maticí do dílenského svěráku, bez předchozího odmaštění  Utaţení na tabulkovou hodnotu  Povolování se zjištěním maximálního povolovacího momentu  Opakování celé zkoušky při namazaném systému

8.3

Materiál pro experimenty

 Šroub se šestihrannou hlavou M 10; černý bez povrchové úpravy  Šestihranná matice M 10; černá bez povrchové úpravy  Šroub se šestihrannou hlavou M 10; zinková povrchová úprava  Šestihranná matice M 10; zinková povrchová úprava  Šroub se šestihrannou hlavou M 10 × 1,25; černý bez povrchové úpravy  Šestihranná matice M 10 × 1,25; černá bez povrchové úpravy  Podloţky Nord-Lock M 10  Perchlorethylen  Lepidla Tab. 1 Použitá lepidla LEPIDLO ZNAČKY X Pevnost Nízká Vysoká Skupenství Kapalina Kapalina Rozměr závitu Aţ do M25 Funkční pevnost (60 %) za 1 hod. 1 - 3 hod. Povolovací moment pro šrouby M10 10 Nm 38 aţ 65 Nm Provozní teplota -55 °C aţ +150 °C -55 °C aţ +200 °C LEPIDLO ZNAČKY Y Pevnost Nízká Vysoká Skupenství Kapalina Kapalina Rozměr závitu AŢ do M36 Aţ do M20 Funkční pevnost 6 hod. 6 hod. Povolovací moment pro šrouby M10 6 Nm 38 Nm Provozní teplota -55 °C aţ +150 °C -55 °C aţ +150 °C

37

8.4

Pouţitá zařízení

Dílenský svěrák:  Značka York Momentový klíč s číselníkovým úchylkoměrem:  Značka Tohnichi  Rozsah 5 – 50 Nm  SN: 314207A

Redukce:  Vnitřní čtyřhran 3/8  Vnější čtyřhran 1/2  Značka Tona Nástrčná hlavice:  Velikost 17mm  Značka Tona

9 ZKOUŠKY LEPIDEL 9.1

Zkouška pevnosti za optimálních podmínek

9.1.1 Výchozí podmínky a stanovení cíle Při této zkoušce byl plně dodrţen postup uvedený v bodě 8.1 Postup zkoušek lepidel. Testu byla podrobena čtyři dostupná lepidla, která se postupně nanášela na šrouby černé s černými maticemi, pozinkované s pozinkovanými maticemi a v poslední řadě na šrouby s jemným stoupáním, kterých však byla testovaná jen polovina z důvodu vyšších pořizovacích nákladů neţ u šroubů s běţným stoupáním. Zkouška měla za úkol zjistit, jak jsou hodnoty uvedené výrobcem pravdivé a nakolik se na ně lze v praxi spolehnout. Dále bylo potřeba zjistit pevnost těchto lepidel z důvodů určení dalších postupů, např. zvolení zkoušky, výběru lepidel. První měření

38

mělo dále poskytnout data, která budou slouţit pro další porovnávání mezi následnými testy. Naměřená data

9.1.2

Číslo měření

Tab. 2 Naměřená data ze zkoušky pevnosti za optimálních podmínek

Číslo měření

1. 2. 3. 4. 5. 6. Ø %

1. 2. 3. 4. 5. 6. Ø %

LEPIDLO ZNAČKY X NÍZKOPEVNOSTNÍ VYSOKOPEVNOSTNÍ Moment odtrţení 10 [Nm] * Moment odtrţení 38 aţ 65 [Nm] * M10×1,25 Pozink. Pozink. Černé Černé M10×1,25 odt. 180° odt. 180° odt. 180° odt. 180° odt. 180° odt. 180° 5,5 3,5 5,5 3 5 3 19 41 17 30 32 45 7 3,5 5 2 6 3,5 21 27 16 29 26 30 6 3 5 2 5,5 2,5 23 45 14 34 35 47 7 3,5 4,5 3 20 40 15 37 7 3 4,5 2 22 34 15,5 30 6,5 3,5 5 2 21 37,5 16 32 6,5 3,3 4,9 2,3 5,5 3 21 37,4 15,6 32 31 40,7 65 33,3 49,2 23,3 55 30 55,3 98,5 41 84,2 81,6 107 LEPIDLO ZNAČKY Y NÍZKOPEVNOSTNÍ VYSOKOPEVNOSTNÍ Povolovací moment 6 [Nm] * Povolovací moment 38 [Nm] * Pozink. Černé M10×1,25 Pozink. Černé M10×1,25 odt. 180° odt. 180° odt. 180° odt. 180° odt. 180° odt. 180° 3,5 2 2,5 2 2,5 3 14 27 16 27 24 46 4 2 4,5 3 3 3,5 16 28 12 20 24 48 4 2 4 2,5 3,5 4,5 18 31 12 27 22 46 3 2,5 2,5 2 16 29 12 23 3,5 2 3,5 2 17 24 16 20 3,5 1,5 3,5 2,5 15 28 12 23,5 3,6 2 2,5 3 3 3,7 16,0 27,8 13,3 23,4 23,3 46,7 59,7 33,3 50,0 41,7 50 61,1 42,1 73,2 35,1 61,6 61,4 122,8

Popis: Ø

Aritmetický průměr z naměřených hodnot

%

Procentuální vyjádření naměřeného povolovacího momentu vzhledem ke

katalogovým hodnotám. V případě značky X u vysokopevnostního lepidla byla brána pevnost lepidla z rozmezí 38 aţ 65 Nm, přičemţ příznivější hodnota pro výrobce je tedy 38 Nm. *

Výrobcem udávaný povolovací moment. 39

9.1.3 Grafické znázornění zkoušek

NÍZKOPEVNOSTNÍ LEPIDLO X 10 Povolovací moment [Nm]

9 8 7 6 5 4 3 2 1 1

2

3

4

5

6

Číslo měření Zn, odtrţení

Zn, 180

Černé, odtrţení

Černé, 180

M10x1,2; odtrţení

M10x1,2; 180

Katalogová hodnota

Graf 1 Nízkopevnostní lepidlo X za optimálních podmínek

NÍZKOPEVNOSTNÍ LEPIDLO Y 6 Povolovací moment [Nm]

5,5 5

4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 1

2

3

4

5


Zn, 180

Černé, odtrţení

Černé, 180

M10x1,2; odtrţení

M10x1,2; 180

Katalogová hodnota

Graf 2 Nízkopevnostní lepidlo Y za optimálních podmínek 40

6

VYSOKOPEVNOSTNÍ LEPIDLO X

Povolovací moment [Nm]

70 60 50 40 30 20 10 0 1

2

3

4

5

6


Zn, 180

Černé, odtrţení

Černé, 180

M10x1,2; odtrţení

M10x1,2; 180

Katalogová hodnota

Graf 3 Vysokopevnostní lepidlo X za optimálních podmínek

VYSOKOPEVNOSTNÍ LEPIDLO Y


50 45 40 35 30 25 20 15 10 1

2

3

4

5


Zn, 180

Černé, odtrţení

Černé, 180

M10x1,2; odtrţení

M10x1,2; 180

Katalogová hodnota

Graf 4 Vysokopevnostní lepidlo Y za optimálních podmínek

41

6

9.1.4 Dílčí závěr Po provedení zkoušky je moţno říci, ţe všechna čtyři lepidla nedosahovala takové pevnosti, jako měla uvedeno v materiálovém listu. V kaţdé tabulce je v procentech uvedena dosahovaná pevnost a tučně zvýrazněna maximální hodnota. Kaţdému lepidlu náleţí jeden graf, ve kterém je vţdy červenou čarou znázorněn povolovací moment, kterého by lepidlo mělo dle výrobce dosáhnout. Jinými barvami jsou znázorněny různé povrchové úpravy šroubů. Zatímco totoţnou barvou, ale v čárkovaném provedení, je znázorněn bod odtrţení lepidla. Z grafu lze vyčíst, ţe aţ na lepidlo značky Y nízkopevnostní jsou všechna zbylá lepidla schopna odolávat vyššímu momentu s pozinkovanými šrouby a maticemi neţ je tomu u černých šroubů. Tento akt mohly zapříčinit dvě skutečnosti:  Zinková vrstva na šroubu a matici sniţuje vůli v závitu, tím pádem i vrstvu lepidla. To můţe pozitivně působit na pevnost spoje.  Zinková vrstva tvoří pro lepidlo adhezivnější povrch neţ-li je povrch bez této korozní ochrany. Zajímavostí je nasazení šroubů s jemným závitem. Ač neměly pozinkovaný povrch, v některých případech dokázaly lepidlu napomoci k vyšší pevnosti, neţ dosahovaly pozinkované šrouby. Jejich pevnost se však v průměru pohybovala mezi pozinkovanými a černými šrouby. Dále lze z grafů pozorovat nápadný rozdíl nikoliv mezi značkami, ale mezi nízkopevnostními a vysokopevnostními lepidly.  U lepidel nízkopevnostních je nejvyšší povolovací moment vyvozen do bodu odtrţení. Následné pootočení o 180° jiţ nevykazuje vyšší povolovací moment, neţ jakého bylo dosaţeno.  Zatímco u lepidel vysokopevnostních je tento jev zcela opačný. Po bodu odtrţení povolovací moment dále narůstá, aby dosáhl maxima okolo 90° natočení vůči zalepené poloze. Po dosaţení úhlu 90° povolovací moment pozvolna klesá. Tento jev je zřejmě způsoben odtrţenými částmi lepidla v závitu, které se kupí na jednom místě a tvoří tak velké napětí proti pootočení. Tato situace nenastává u nízkopevnostních lepidel z důvodu slabé pevnosti odtrţených částí lepidla.

42

9.2

Zkouška pevnosti za přítomnosti maziv

9.2.1 Výchozí podmínky a stanovení cíle Do této zkoušky byla nasazena dvě vysokopevnostní lepidla, kaţdé od jiné značky. Nízkopevnostní lepidla nebyla součástí tohoto testu, jelikoţ námi pouţívaný momentový klíč neměl dostatečný rozsah pro pouţití lepidel za ideálních podmínek. Pokud bychom navíc sníţili jejich účinnost mazivy, stal by se pro momentový klíč našeho rozsahu neměřitelný. Snahou bylo zjistit, na kolik jsou vysokopevnostní lepidla schopna zajistit šroub v prostředí kontaminovaném mazivem. Všechny šrouby a matice v tomto testu byly pozinkované. Příprava proběhla, aţ na jednu výjimku, totoţně jako je uvedeno v bodě 8.1 Postup zkoušek lepidel. Šrouby, namísto odmašťování v perchlorethylenu, byly namazány motorovým olejem a následně otřeny papírovým ubrouskem. Dále se postup neměnil a probíhalo tedy nanášení lepidla.

9.2.2 Naměřená data

Číslo měření

Tab. 3 Naměřená data ze zkoušky pevnosti za přítomnosti maziv ZNAČKA X

ZNAČKA Y

Vysokopevnostní

Vysokopevnostní

Odmaštěné

Mastné

Odmaštěné

Mastné

38 aţ 65 [Nm] *

Neudáno [Nm] *

38 [Nm] *

Neudáno [Nm] *

odt.

180°

odt.

180°

odt.

180°

odt.

180°

1.

19

41

15

5

14

27

1

0

2.

21

27

16

3

16

28

1

0

3.

23

45

11,5

0

18

31

0

0

4.

20

40

15

3

16

29

1

0

5.

22

34

14

2

17

24

0

0

6.

21

38

15

4

15

28

1

0

Ø

21

37,4

14,4

2,8

16

27,8

0,7

0

%

55

98,5

37,9

7,5

42

73,2

1,8

0

43

Popis: Ø


%


katalogovým hodnotám. V případě značky X u vysokopevnostního lepidla byla brána pevnost lepidla z rozmezí 38 aţ 65 Nm, přičemţ příznivější hodnota pro výrobce je tedy 38 Nm. Výrobcem udávaný povolovací moment.

*


VYSOKOPEVNOSTNÍ LEPIDLO X 50


45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1

2

3

4 Číslo měření

Odtrţení, odmaštěné

180 , odmaštěné

Odtrţení, mastné

180 , mastné

Graf 5 Vysokopevnostní lepidlo X za přítomnosti maziv

44

5

6

VYSOKOPEVNOSTNÍ LEPIDLO Y 35


30 25 20 15 10 5 0 1

2

3

4

5

6

Číslo měření Odtrţení, odmaštěné

180 , odmaštěné

Odtrţení, mastné

180 , mastné

Graf 6 Vysokopevnostní lepidlo Y za přítomnosti maziv

9.2.4 Dílčí závěr Zkouška za účelem zjištění odolnosti lepidla proti mazivu dopadla pro značku X lépe neţ pro Y. Zároveň je však nutno zdůraznit, ţe tato lepidla nejsou určena do podmínek, kde je přítomno mazivo.  Vysokopevnostní lepidlo značky X vykazovalo cca o 5 Nm niţší pevnost proti odtrţení, neţ jak tomu bylo při zcela odmaštěných površích. Následné otočení v úhlu 180° vykazovalo jiţ malý odpor. Tuto skutečnost lze zdůvodnit tím, ţe po odtrţení a přerušení vazeb začalo plnit svou funkci mazivo, které napomáhalo k snadnému protočení. Nejvyšší hodnota byla tedy zaznamenána při odtrţení a nikoliv při otáčení o 180°, jako tomu je za nepřítomnosti maziv.  Vysokopevnostnímu lepidlu značky Y se nepodařilo vytvořit kvalitní vazby vůbec. Sice zde byl patrný nárůst pevnosti k bodu odtrţení, ale vzhledem k tomu, jak si lepidlo počínalo za nepřítomnosti maziva, je pevnost za kontaminované situace zanedbatelná. O lepidlu lze konstatovat, ţe se nehodí do podmínek, kde je přítomno mazivo. 45

9.3

Zkouška pevnosti po opakovaném zalepení

9.3.1 Výchozí podmínky a stanovení cíle V některých případech, kdy dochází k rozebrání šroubového spoje jištěného lepidly, potřebujeme spoj opětovně uvést do provozu. Do zkoušky se zapojily šrouby s maticemi, které byly jiţ jednou zalepeny. Po demontáţi matice ze šroubu, bylo opět naneseno lepidlo, po kterém následovala montáţ matice a vytvrzení spoje. Na nový nános bylo pouţito stejného lepidla jako při prvním zalepení. Šrouby ani matice nebyly čištěny mechanicky ani chemickými rozpouštědly, nový nános byl tedy aplikován na částečné zbytky starého lepidla. Cílem této zkoušky bylo zjistit, jak je schopen nános nového lepidla, bez předchozího očištění starého, utvořit kvalitní vazby a jestli je takto zalepený spoj dostatečně spolehlivý.

9.3.2 Naměřená data Tab. 4 Naměřená data ze zkoušky pevnosti po opakovaném zalepení

Nízkopevnostní

Vysokopevnostní

10 [Nm]

38 aţ 65 [Nm]

2. zalepení

1. zalepení

2. zalepení

odt.

180°

odt.

180°

odt.

180°

odt.

180°

1.

5,5

3,5

3,5

3

19

41

33

48

2.

7

3,5

4,5

3

21

27

11

13

3.

6

3

3

1,5

23

45

26

34

4.

5,5

3

4

2,5

17

30

32

35

5.

5

2

2

2

16

29

29

24

6.

5

2

1,5

1

14

34

27

22

Ø

5,7

2,8

3,1

2,2

18,3

34,3

26,3

29,3

46

Zn

1. zalepení

Černé

Číslo měření

ZNAČKA X

Nízkopevnostní

Vysokopevnostní

6 [Nm]

38 [Nm]

2. zalepení

1. zalepení

2. zalepení

odt.

180°

odt.

180°

odt.

180°

odt.

180°

1.

3,5

2

2

1

14

27

18

24

2.

4

2

1

0,5

16

28

17

23

3.

4

2

2

1

18

31

15

23

4.

2,5

2

2,5

1,5

16

27

25

20

5.

4,5

3

3

2

12

20

9

6

6.

4

2,5

2

1

12

27

22

18

Ø

3,8

2,3

2,1

1,2

14,7

26,7

17,7

19

Zn

1. zalepení

Černé

Číslo měření

ZNAČKA Y


NÍZKOPEVNOSTNÍ LEPIDLO X 10


9 8 7 6 5 4 3

2 1 1

2

3

4

5

Číslo měření

1. zalepení, odtrţení

1. zalepení, 180

2. zalepení, 180

Katalogová hodnota

Graf 7 Nízkopevnostní lepidlo X po opakovaném zalepení

47


6

NÍZKOPEVNOSTNÍ LEPIDLO Y


6 5 4 3 2 1 0 1

2

3

4

5

6

Číslo měření 1. zalepení, odtrţení

1. zalepení, 180


2. zalepení, 180

Katalogová hodnota

Graf 8 Nízkopevnostní lepidlo Y po opakovaném zalepení

VYSOKOPEVNOSTNÍ LEPIDLO X


70 60 50 40 30 20 10 1

2

3

4

5


1. zalepení, 180

2. zalepení, 180

Katalogová hodnota

Graf 9 Vysokopevnostní lepidlo X po opakovaném zalepení 48


6

VYSOKOPEVNOSTNÍ LEPIDLO Y 40


35 30 25 20 15 10 5 1

2

3

4

5

6


1. zalepení, 180

2. zalepení, 180

Katalogová hodnota


Graf 10 Vysokopevnostní lepidlo Y po opakovaném zalepení

9.3.4 Dílčí závěr Z uvedených grafů vyplývá, ţe povolovací moment naměřený při prvním zalepení spoje je vţdy vyšší, neţ kdyţ lepidlo nanášíme na jiţ pouţitou vrstvu lepidla. Další skutečností je, ţe pevnost lepidel není tak vyrovnaná, jako při aplikaci na čisté šrouby. Při měření tedy docházelo k větším rozptylům, neţ u prvně zalepených šroubů. V některých případech spoj selhal natolik, ţe aplikace ztrácela smysl. Abychom předešli moţné nespolehlivosti jištění spoje, je třeba šroub i matici před opětovným zalepením důkladně očistit od starého lepidla.

9.4

Zkouška pevnosti zakápnuté matice lepidlem

9.4.1 Výchozí podmínky a stanovení cíle V technické praxi se lze často dostat do situace, kdy potřebujeme součásti spojit, jak se říká „na nečisto“ a zjistit, zda vše funguje, jak má. Je-li výsledek vyhovující, můţeme součásti nechat spojeny, bohuţel však musíme postupně demontovat kaţdý 49

šroub, který má být jištěný za pomoci lepidla, nanést lepidlo a opětovně provést montáţ. Existuje však ještě jedna moţnost a tou je zakápnutí lepidlem matici spolu se šroubem, který je jiţ utaţen. Pracovní postup se tedy lišil od standardního pouze způsobem nánosu lepidla. Ten se provede zakápnutím šroubu a matice po celém obvodu závitu. Je nutno zdůraznit, ţe šroub byl při zalepení v poloze, ve které lepidlo mohlo stékat do závitu. V testu byly pouţity pozinkované šrouby a matice. Cílem této zkoušky bylo stanovit, o kolik je pevnost

nánosu

lepidla

touto

metodou

niţší,

kdybychom lepidlo nanášeli klasickým způsobem.

neţ Obr. 30 Zakápnuté matice lepidlem


Číslo měření

Tab. 5 Naměřená data ze zkoušky pevnosti zakápnuté matice lepidlem

1. 2. 3. 4. 5. 6. Ø %

ZNAČKA X Vysokopevnostní Celý závit Zakápnutá matice 38 aţ 65 [Nm] * Neudáno [Nm] * odt. 180° odt. 180° 19 41 12 22 21 27 8 15 23 45 17 30 20 40 15 18 22 34 13 26 21 37,5 9 23 21 37,4 12,3 22,3 55,3 98,5 32,5 58,8

ZNAČKA Y Vysokopevnostní Celý závit Zakápnutá matice 38 [Nm] * Neudáno [Nm] * odt. 180° odt. 180° 14 27 12 23 16 28 11,5 27,5 18 31 14 21 16 29 13 22 17 24 12 25 15 28 12,5 24,5 16 27,8 12,5 23,8 42,1 73,2 32,9 62,7

Popis: Ø


%


katalogovým hodnotám. V případě značky X u vyskopevnostního lepidla byla brána pevnost lepidla z rozmezí 38 aţ 65 Nm, přičemţ příznivější hodnota pro výrobce je tedy 38 Nm. *

Výrobcem udávaný povolovací moment. 50


VYSOKOPEVNOSTNÍ LEPIDLO X 50


45 40 35 30 25 20 15 10 5 1

2

3

4

5

6

Číslo měření Odtrţení, standartní nanesení

180 , standartní nanesení

Odtrţení, zakápnuto

180 , zakápnuto

Graf 11 Vysokopevnostní lepidlo X po zakápnutí matice lepidlem

VYSOKOPEVNOSTNÍ LEPIDLO Y


35

30

25

20

15

10 1

2

3

4

5

Číslo měření Odtrţení, standartní nanesení

180 , standartní nanesení

Odtrţení, zakápnuto

180 , zakápnuto

Graf 12 Vysokopevnostní lepidlo Y po zakápnutí matice lepidlem 51

6

9.4.4 Dílčí závěr Odhadovaná pevnost lepidla, které bylo nanášeno zakápnutím, by se mohla zdát malá. Ovšem po zkoušce je moţno konstatovat, ţe pevnost spoje není niţší natolik, aby se v praxi tento způsob nemohl provádět. Z grafů lze vyčíst, ţe u lepidla X byl zaznamenán vyšší propad, cca o 15 Nm, neţ u lepidla Y. U lepidla Y se pohyboval rozdíl oproti klasickému nanášení cca o 6 Nm. Z uvedeného tedy vyplývá, ţe pevnost spoje při aplikaci lepidla zakápnutím závisí citelně na pouţitém lepidlu.

9.5

Zkouška tepelně namáhaného spoje

9.5.1 Výchozí podmínky a stanovení cíle Pro zkoušku s cílem stanovení teplotní degradace lepidla byly pouţity šrouby a matice

bez povrchové ochrany,

tedy černé.

Testu byla podrobena pouze

vysokopevnostní lepidla. Postup zkoušky byl shodný, jak ve výše uvedené kapitole 8.1 Postup zkoušek lepidel. Lišil se pouze v tom, ţe po vytvrzení lepidla byly šrouby vloţeny do pece. Ta byla předem vyhřátá na příslušnou teplotu a teprve potom se do ní vkládaly šrouby, které strávily 30 min. vystavené účinku vyšších teplot. Po vytaţení z pece následovalo vyrovnání teploty šroubu s teplotou v laboratoři. Zjištění teplotní degradace vedlo nejen k tomu, abychom zjistili do jakých teplot je tento druh jištění spolehlivý, ale také ke stanovení teploty, která nám umoţní povolení spoje bez vyvození povolovacího momentu, který nejsme schopni obyčejným dílenským nářadím vyvinout.

52


TEPLOTA [°C]

Číslo měření

Tab. 6 Naměřená data ze zkoušky tepelně namáhaného spoje ZNAČKA X

ZNAČKA Y

Vysokopevnostní

Vysokopevnostní

odt. [Nm]

180° [Nm]

odt. [Nm]

180° [Nm]

7

37

8

30

2.

150

7

51

6,5

50

3.

150

7

45

9

46

4.

250

7

36

10

29

5.

250

8

37

9

37

6.

250

6

38

10

30

7.

300

8

20

10

14,5

8.

300

9

14

11

14,5

9.

300

10

15,5

14

15

10.

325

7

9

8

10

11.

325

5

9,5

11

12

12.

325

6

9

9,5

11

13.

350

1,5

1

3

5

14.

350

1

1,5

5

4

15.

350

1

0,5

2

3

TEPLOTA [°C]

150

Číslo měření

1.

PRŮMĚRNÉ HODNOTY ZNAČKA X

ZNAČKA Y

Vysokopevnostní

Vysokopevnostní

odt. [Nm]

180° [Nm]

odt. [Nm]

180° [Nm]

1.

22

21

37,4

16

27,8

2.

150

7

44

8,5

41,7

3.

250

7,3

31,7

9,7

27,2

4.

300

8,7

12,8

11

13,2

5.

325

4,2

6,5

7,8

9,3

6.

350

1

1

3,5

3,5

53


TEPLOTNÍ ODOLNOST LEPIDEL 45


40 35 30 25 20 15 10 5 0 0

25

50

75

100

125

150

175

200

225

250

275

300

325

350

Teplotní zatíţení [ C] X, Odtrţení

X, max 180

Y, max 180

MAX provozní teplota

Y, Odtrţení

Graf 13 Teplotní odolnost lepidel

Popis: MAX. provozní teplota je teplota, která je dle výrobců maximální pro nasazení lepidel.

9.5.4 Dílčí závěr Ze zkoušky lze konstatovat, ţe teplota udávaná výrobcem jako limitní, v sobě nese jisté rezervy. Tudíţ je zcela zbytečné se obávat, ţe by tento údaj byl nadhodnocen. Bod odtrţení se ze zvyšující teplotou lehce sniţoval. Jelikoţ tato pevnost není u vysokopevnostních lepidel maximální, je třeba se zaměřit na maximální povolovací moment, kterého dosáhneme při natočení vůči zalepené poloze o 180°. Zajímavostí je skutečnost, ţe pevnost lepidel po vystavení teploty 150 °C ještě stoupala. Razantní pokles pevnosti byl zaznamenán okolo 250 °C. Sniţování pevnosti nadále pokračovalo aţ do 350 °C, kde jiţ lepidlo zcela ztratilo svou pevnost. Z grafu lze tedy vyčíst, ţe pro povolení jištěného spoje vysokopevnostním lepidlem, musíme spoj vystavit alespoň 300 °C, abychom si ušetřili námahu s překonáváním lepidla. 54

10 ZKOUŠKA PODLOŢEK NORD-LOCK 10.1 Výchozí podmínky a stanovení cíle Do testu byly nasazeny tři podloţky Nord-Lock, které prošly stejnou zkouškou. Nejprve testem bez přítomnosti maziva a následně stejným testem za přítomnosti mazacího oleje. Výrobce udává, ţe by systém za namazaného stavu měl fungovat ještě lépe, neţli je tomu bez přítomnosti maziva. Cílem bylo ověření schopnosti podloţek Nord-Lock jistit šroubový spoj, jak v prostředí bez maziv, tak s nimi. Výrobce uvádí, ţe podloţky při povolování navýší povolovací moment a tak zabraní povolení v prostředí, které zvyšuje moţnost selhání šroubového spoje. Vyhodnocoval se tedy rozdíl mezi utahovacím a povolovacím momentem. Povolovací moment měl být tedy vyšší neţ utahovací.

10.2 Naměřená data

Číslo měření

Utaţení [Nm]

Tab. 7 Naměřená data ze zkoušky podložek Nord-Lock

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

5 10 15 20 25 30 35 40

Podloţka č. 1

Podloţka č. 2 Podloţka č. 3 Povolovací moment [Nm] Odmaštěné Mastné Odmaštěné Mastné Odmaštěné Mastné 9 12 12 10 7 7 22 15 20 14 25 13 20 18 27 20 27 18 32 22 34,5 23,5 29 22 37 25,5 32,5 24 33 23 44 27 33 30 33 25 27 29 28 31 31 30

55

Utaţení [Nm]

Číslo měření 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

5 10 15 20 25 30 35 40

Všechny podloţky Povolovací moment Ø [Nm] Odmaštěné Mastné 9,3 9,7 22,3 14,0 24,7 18,7 31,8 22,5 34,2 24,2 36,7 27,3 28,0 30,7

10.3 Grafické znázornění zkoušek POVOLOVACÍ MOMENT PRO PODLOŢKY Nord-Lock 45

Kroutící moment [Nm]

40 35 30 25 20

15 10 5 1

2

3

4

5

6

Číslo měření Utahovací moment [Nm] Povolovací moment [Nm] Povolovací moment pro naolejovaný systém [Nm]

Graf 14 Povolovací moment pro podložky Nord-Lock

56

7

8

10.4 Dílčí závěr Zkouška proběhla úspěšně a v grafu lze pozorovat její výsledek. Co v grafu ale nenajdeme, je skutečnost, ţe tento systém potřebuje prvotní utaţení alespoň 15 Nm. Kdyţ se při zkoušce začalo utahovat momentem 5 a 10 Nm, podloţky se nebyly schopny zaříznout do pozinkovaných šroubů a matic, tím pádem docházelo při povolování k pohybu mezi jednou z podloţek a šroubem a maticí. Nikoliv tedy mezi dvojicí na sobě leţících podloţek s klínovými plochami. Tento nepříznivý jev byl odstraněn tak, ţe před zkouškou niţším utahovacím momentem předcházel test s momentem alespoň 15 Nm, kdy se vytvořily dráţky na dosedacích plochách matice a šroubu, čímţ byl problém vyřešen. Nutno dodat, ţe šrouby M10 se předepínají daleko větším momentem neţ je 10 Nm, a proto z velké části tento problém v praxi nenastane. Výsledky měření dále vyvrátilo tvrzení, ţe při namazání systému dochází k lepšímu jištění neţ v prostředí, kde nejsou přítomna maziva. U niţších utahovacích momentů systém vyvozoval vyšší sílu povolení. Jakmile jsme ale překročili utahovací moment 25 Nm, povolovací síla namazaného systému byla niţší. Lze konstatovat, ţe systém přestal fungovat. Z výše uvedeného vyplývá, ţe nenamazaný Nord-Lock jistí lépe neţ namazaný. Při testu nenamazaného systému nebylo moţno pokračovat nad utahovací moment 30 Nm, jelikoţ námi pouţívaný momentový klíč měl rozsah pouze 50 Nm a povolovací momenty se pohybovaly nad touto hranicí.

57

11 ZÁVĚR V diplomové práci je uvedeno několik testů lepidel, které byly nasazovány v různých prostředích. Při počátečním srovnávání testů s katalogovými hodnotami výrobce, docházelo k drobným rozdílům, které se týkaly niţší pevnosti. Některé ze zkoušek dopadly, ne zcela podle očekávání a jejich výsledek byl překvapivý. Do těchto testů můţeme zařadit zkoušku za přítomnosti maziv, kde dvě lepidla různé značky reagovala zcela odlišně. Lze tedy konstatovat, ţe před pouţitím lepidel v těţkých podmínkách, by měl předcházet test lepidel v tomto prostředí. Tím předejdeme zbytečným poruchám a problémům v průběhu ţivota výrobku, zapříčiněným nespolehlivostí jištění šroubových spojů. Vyvozovat závěr na základě znalosti chování jednoho lepidla či lepidel jednoho výrobce tedy nelze a v prováděných zkouškách se tato skutečnost jen potvrdila. Pokud se v praxi rozhodneme pouţít jakýkoliv systém jištění, je potřeba ho nepovaţovat za aplikovatelný v kaţdé situaci. Obzvláště u lepidel by nemusel náš poţadavek na jištění korespondovat s realitou. Je totiţ moţné, ţe systém jištění není vhodný do prostředí, kam se ho chystáme nasadit. Proto je nutné provést zkoušky, na základě kterých je moţné prohlásit, zda je, či není zvolené jištění spolehlivé, pro námi poţadované podmínky. Následně tedy odpadá obava z moţné degradace spoje při provozním nasazení. Moderní řešení v oblasti jištění šroubových spojů lze v dnešní době uskutečňovat jednoduše, rychle a přesto spolehlivě. V budoucnu umoţní konstruktérům moderní systémy jištění, vytvářet šroubová spojení s menším rizikem selhání spoje. Novější technologie jiţ dnes zkracují dobu, která je potřebná na vytvoření takového spoje.

58

12 SEZNAM POUŢITÉ LITERATURY OSTEN M., 1996: Práce s lepidly a tmely. Grada Publishing, 3. vydání, Praha, 136 s., ISBN 80-7169-338-3. POŠTA J., HAVLÍČEK J., ČERNOVOL M. I., 1998: Renovace strojních součástí. Česká zemědělská univerzita v Praze, 2. vydání, Praha, 160 s., ISBN 80-902015-6-3. POŠTA J., 1998: Operativní opravy strojů a zařízení. Metodiky pro zemědělskou praxi, ÚPZI Praha, 45 s., ISBN 80-86153-79-7. NĚMEC K., 1965: Spojování součástí šrouby. Státní nakladatelství technické literatury, 1. vydání, Praha 1, 92 s. MÜLLER M., 2006: Lepení kovových a nekovových materiálů. Disertační práce (nepubl.), Česká zemědělská univerzita v Praze, Praha, 221 s.

FLEISCHMANN W., 1997: et all: Loctite Worldwide Design Handbook. Loctite Corporation, Hartford, 463 s., ISBN 0-96445590-0-5. BOSSARD, 2008: Thema B. Firemní literatura, prospekt, 43 s. LOCTITE, 2005: Firemní literatura, prospekt, 52 s. NORD-LOCK, 2007: Firemní literatura, prospekt, 6 s. ČSN EN ISO 15865, Norma. NORD-LOCK, online [cit. 2010-11-21]. Dostupné na:

59

13 SEZNAM TABULEK Tab. 1 Pouţitá lepidla .................................................................................................. 37 Tab. 2 Naměřená data ze zkoušky pevnosti za optimálních podmínek .......................... 39 Tab. 3 Naměřená data ze zkoušky pevnosti za přítomnosti maziv ................................ 43 Tab. 4 Naměřená data ze zkoušky pevnosti po opakovaném zalepení .......................... 46 Tab. 5 Naměřená data ze zkoušky pevnosti zakápnuté matice lepidlem ....................... 50 Tab. 6 Naměřená data ze zkoušky tepelně namáhaného spoje ......................................53 Tab. 7 Naměřená data ze zkoušky podloţek Nord-Lock .............................................. 55

14 SEZNAM GRAFŮ Graf 1 Nízkopevnostní lepidlo X za optimálních podmínek ......................................... 40 Graf 2 Nízkopevnostní lepidlo Y za optimálních podmínek ......................................... 40 Graf 3 Vysokopevnostní lepidlo X za optimálních podmínek ......................................41 Graf 4 Vysokopevnostní lepidlo Y za optimálních podmínek ......................................41 Graf 5 Vysokopevnostní lepidlo X za přítomnosti maziv ............................................. 44 Graf 6 Vysokopevnostní lepidlo Y za přítomnosti maziv ............................................. 45 Graf 7 Nízkopevnostní lepidlo X po opakovaném zalepení ..........................................47 Graf 8 Nízkopevnostní lepidlo Y po opakovaném zalepení ..........................................48 Graf 9 Vysokopevnostní lepidlo X po opakovaném zalepení ....................................... 48 Graf 10 Vysokopevnostní lepidlo Y po opakovaném zalepení ..................................... 49 Graf 11 Vysokopevnostní lepidlo X po zakápnutí matice lepidlem .............................. 51 Graf 12 Vysokopevnostní lepidlo Y po zakápnutí matice lepidlem .............................. 51 Graf 13 Teplotní odolnost lepidel ................................................................................ 54 Graf 14 Povolovací moment pro podloţky Nord-Lock................................................. 56

60

15 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1 Pojištění matice přítuţnou maticí ......................................................................10 Obr. 2 Matice s nylonovým krouţkem ......................................................................... 11 Obr. 3 Šroub s polyamidovou kapkou (Bossard, 2008) ................................................ 11 Obr. 4 Podloţka pruţná ............................................................................................... 11 Obr. 5 Podloţky vějířové s ozubením (Bossard, 2008) ................................................. 12 Obr. 6 Princip jištění (http://www.killich.cz/nord---lock.htm) ......................................13 Obr. 7 Detail ploch (Nord-Lock, 2007) ........................................................................ 13 Obr. 8 Pouţití systému Nord-Lock (Nord-Lock, 2007) ................................................ 14 Obr. 9 Graf spolehlivosti šroubových spojů (Nord-Lock, 2007) ................................... 14 Obr. 10 Podloţka s nosem (Bossard, 2008).................................................................. 15 Obr. 11 Jištění závlačkou ............................................................................................. 15 Obr. 12 Korunová matice ............................................................................................ 16 Obr. 13 Pojištění matice šroubem kolmo k ose ............................................................ 16 Obr. 14 Pojištění matice šroubem v ose ....................................................................... 16 Obr. 15 Kontaminovaný a čistý povrch (Loctite, 2005) ................................................ 20 Obr. 16 Tekutá lepidla (Loctite, 2005) ........................................................................ 22 Obr. 17 Polotuhá lepidla (Loctite, 2005) ......................................................................22 Obr. 18 Předem nanesené lepidlo na šroubu................................................................. 23 Obr. 20 Stroj pro Junkerův vibrační test (Bossard, 2008) ............................................. 27 Obr. 19 Schéma Junkerova vibračního testu (Bossard, 2008) ....................................... 27 Obr. 21 Nepojištěný šroub (Bossard, 2008) ................................................................. 28 Obr. 22 Pruţné podloţky (Bossard, 2008).................................................................... 28 Obr. 23 Šroub s polyamidovou kapkou (Bossard, 2008) .............................................. 29 Obr. 24 Šrouby s profilovanou dosedací plochou (Bossard, 2008) ............................... 29 Obr. 25 Nepojištěné šrouby dlouhé (Bossard, 2008) .................................................... 30 Obr. 26 Testovací přístroj s grafickým záznamem dle ČSN EN ISO 15865 (ČSN EN ISO 15865).................................................................................................................. 32 Obr. 27 Test s momentovým klíčem dle ČSN EN ISO 15865 (ČSN EN ISO 15865) ... 33 Obr. 28 Zkouška momentovým klíčem ........................................................................ 35 Obr. 29 Délka nánosu lepidla (ČSN EN ISO 15865). ................................................... 36 Obr. 30 Zakápnuté matice lepidlem ............................................................................. 50

61

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE

Recommend Documents