Izdržljivost zavrtnja i sklopa

Usled pritezanja pri sklapanju delova, zavrtanj je izložen istezanju a delovi pritisku. Tada linije unutrašnjih naprezanja kod zavrtnja i navrtke imaju svoj tok prema slici 166. Ako se tu označi i smer linija toka, tada strelice okrenute gore pokazuju istezanje, a strelice okrenute prema dole pirtisak. Pri tom naprezanja od pritiska nisu ograničena samo na materijal koji se nalazi neposredno ispod glave, odnosno ispod navrtke, već se rasprostiru prema sastavku u vidu »konusa naprezanja« sa uglom od 45° (ako su spojeni delovi podjednake debljine). 

Slika 166

U takvom sklopu navrtka je, dakle, izložena pritisku. Pri zatezanju zavrtnja njegovi zavojci će se međusobno aksijalno razvući, dok će se pritisnuti zavojci navrtke međusobno aksijalno skupiti. Kako se bokovi spoljašnjih (zavrtanj) i unutrašnjih navoja (navrtka) međusobno dodiruju, nastupa savijanje zavojaka usled opterećenja. Elastične deformacije, koje su sa tim u vezi, postupno se smanjuju prema vrhu navrtke, tako da se gornji zavojak najmanje savija, sl. 166. Pošto su naprezanja srazmerna deformaciji, prvi zavojci moraju primiti glavni deo opterećenja. Ako se površinski pritisak »p« koji opterećuje bočne površine zavojaka razloži na aksijalnu i radijalnu komponentu, izlazi da se navrtka pod opterećenjem radijalno proširuje, a zavrtanj se radijalno skuplja. Ove radijalne deformacije delimično izjednačuju pomenutu razliku u aksijalnim deformacijama. Merenjem je utvrđeno da je neravnomernost podele opterećenja utoliko veća ukoliko je veća visina navrtke i da se kod navrtki sa više od 6 zavojaka ne može više očekivati ravnomerna podela opterećenja.

Pri povećanju opterećenja podela naprezanja u navrtki će biti sve ravnomernija, pošto će tada najviše opterećeni zavojci biti plastično deformisani. Stoga pri statičkom opterećenju sve navrtke iste visine, ali inače različitog oblika, imaju istu izdržljivost (čvrstoću) pri lomu zavojaka. Kod dinamičkog opterećenja, naprotiv, ravnomernija podela opterećenja između zavojaka vodi većoj dinamičkoj izdržljivosti spoja. Kod navrtke sa prepustom, npr., linije unutrašnjih naprezanja imaju mnogo povoljniji tok, usled kojeg je i jedan deo navrtke izložen istezanju, sl. 166. Stoga su tu zavojci zavrtnja i navrtke međusobno bolje prilagodeni pa je i dinamička izdržljivost takvog sklopa veća.

Ako statičko opterećenje raste sve do loma, u vezi može nastupiti ili smicanje nareza ili prekid zavrtnja u jezgru. Prvo može nastupiti samo u slučaju nedovoljne visine navrtke, dakle kad ima malo hodova koji nose opterećenje. Da bi materijal u vezi bio podjednako iskorišćen, treba predvideti onoliko zavojaka da bi pre mogao nastupiti prekid zavrtnja u jezgru. Ovim uslovom je određena minimalna visina navrtke. Ova visina zavisi od moći nošenja pojedinih zavojaka, tj. od stepena finoće navoja d/h i od debljine zida navrtke. Šestougaona navrtka ima najmajnu debljinu zida između paralelnih bokova. Ovde će se navrtka najlakše proširiti usljed radijalne komponente pritiska. Time će se površine smicanja smanjiti i može nastupiti nepredviđeni raskid navoja. Iz slike 166 se vidi da navoji navrtke imaju, srazmerno odnosu d/d₁, veću površinu smicanja nego navoj zavrtnja. To znači da ako su zavrtanj i navrtka od istog materijala, pre će nastupiti smicanje navoja na zavrtnju. Po pravilu, navrtka mora biti od manje čvrstog materijala nego zavrtanj da bi se tako osigurao navoj na zavrtnju.

Slika 167

Neravnomerna podela opterećenja na pojedine zavojke vrlo nepovoljno utiče na stanje spoja, naročito onda ako su elementi zavrtnja i navrtke izloženi naizmeničnom opterećenju. Povećanje dinamičke izdržljivosti spoja, u cilju rasterećenja najviše napregnutih zavojaka postiže se:

1. primenom navrtke sa konično sastruganim vrhovima navoja, sl. 167a, čime se smanji visina donjih navoja, a time se smanji i njihovo učešće u prenosu opterećenja;

2. primenom Šoltove navrtke sa urezanim žljebom čija dubina postepeno raste, i to tako da se kod najviše opterećenih navoja postiže najveća dubina žljeba, sl. 167b.

3. izradom navrtke sa žljebom rasterećenja, sl. 168a, koji u znatnoj meri utiče na elastičnu popustljivost donjih zavoja;

4. primenom navrtke sa prepustima, sl. 168b, što će imati uticaj sličan prethodnom;

5. primenom navrtke od materijala manjeg modula elastičnosti nego kod zavrtnja; npr. navrtka od SL26 ako je zavrtanj od čelika.

Slika 168

Kod zavrtnja, vršna naprezanja se javljaju na mestu završetka navoja i na prelazu između stabla zavrtnja i glave. Radi popravljanja dinamičke izdržljivosti zavrtanja primjenjuju se različite mjere:

1. postepeni prelaz stabla zavrtnja k narezanom delu (izlaz »x«, sl. 91);

2. primena navoja izrađenih hladnim valjanjem;

3. primena zaobljenja pri dnu zavojnog profila koje se uglača valjanjem pod pritiskom; 

4. primena nitriranja na deo zavrtnja sa navojem;

5. konstruiše se zavrtanj sa smanjenim presekom stabla, sl. 169, gde je u tu svrhu utisnuto četiri uzdužna žljeba, ili se u stablu izradi uzdužna rupa od glave zavrtnja pa sve do početka navoja. Najčešće se, međutim, dinamički opterećeni zavrtnji izrađuju sa smanjenim prečnikom glatkog dela stabla, sl. 170.

Slike 169 i 170

Svi ovakvi zavrtnji su elastičniji od običnih i podesniji su za slučajeve promenljivih i udarnih opterećenja.