ERŐK KÖLCSÖNHATÁSA CSAVARKÖTÉSBEN
Természetesen kívánatos, hogy a menetes kötések megbízhatóak legyenek és hogy ne álljon fenn a kilazulásuk kockázata. A nagyfokú megbízhatósághoz rendkívül fontos, hogy megértsük, milyen erők lépnek föl egy csavarkötésben. Ez azért is fontos, mert egy kötés minden eleme kihatással van a végeredményre.
| 1. ábra | 2. ábra |
 |  |
Egyszerűen fogalmazva, egy csavarkötésben kétféle statikus terhelés léphet fel:
- Szorítóerő nélkül – az erő a lemezek között adódik át a zömítési és nyíróerők révén a csavar vagy a menet belsejében. Az összekötendő lemezek egymáshoz képest elmozdulnak, amíg a furatok a csavar törzshöz vagy a menethez nem kerülnek. Ebben az esetben a csavarokat nyíróterhelés éri (keresztirányú terhelés), lásd 1. ábra.
- Nagy szorítóerővel – ez a szorítóerő meggátolja, hogy az összekötött elemek elmozduljanak. Ezt az erőt a súrlódás közvetíti. A csavarok hosszanti irányban vannak terhelve (tengelyirányú terhelés), lásd 2. ábra.
Rendszerint nem kívánatos, hogy az összekötendő elemek elmozduljanak.
Ezért a csavarkötésben elegendő szorítóerőt kell alkalmaznunk. Ez az előterhelés, amit a csavar vagy anya meghúzása után érünk el.
Ha a szerkezetre ható erők rendszeresen irányt változtatnak vagy nem állandóak, akkor dinamikus terhelésről beszélünk. Alább be fogjuk mutatni, hogy a dinamikus terhelés lehet a csavarkötések kilazulásának vagy akár a csavarok eltörésének egyik oka.
Ahhoz, hogy egy kötés ellássa a feladatát – különösen ha dinamikus terhelés is hat rá – fenn kell tartani a szorítóerőt.
A MENETES KÖTÉS EGY ELASZTIKUS, RUGALMAS EGYSÉG
Egy menetes kötés megtervezésekor és kivitelezésekor nagyon fontos megérteni, hogy:
- Az összekötendő elemek és a csavarok egy elasztikus, rugalmas egységet alkotnak: az összeszorított elemeket elasztikusan összenyomják, míg a csavar az összeszerelés során megnyúlik. Ha a külső terhelés következtében a csavar tovább nyúlik, az összefogott részek visszaugranak.
- A szakító erő a csavarokban egyenlő az összefogott elemekre gyakorolt nyomóerővel. Ezt a 3. ábrával tudjuk szemléltetni.
3. ábra
Az erők kölcsönhatását és a deformálódást egy úgynevezett erő/deformáció háromszöggel ábrázoljuk, lásd az A grafikont (lent). Az (1) görbe a grafikonon azt a deformálódást mutatja, ami egy csavaron végbemegy a szakítóerő hatására. A (2) görbe az összefogott elemekre vonatkozik, amelyek eldeformálódnak a csavar által kifejtett nyomóerő hatására.
fsm= csavar megnyúlása a szorítóerő következtében Fm
fpm= a rögzített elemek összenyomódása a szorítóerő következtében Fm
A fenti grafikonon látható, hogy Fm szorítóerő mellett a csavar megnyúlása egyenlő fsm-el, a rögzített elemek összenyomódása pedig fpm. Minthogy a csavar és a rögzített elemek anyaga és design-ja eltérő, az fsm és az fpm rendszerint nem egyenlő.
Erre a csavarkötésre egy Fa külső erővel hatunk, lásd 4. ábra
4. ábra
Ha ezt az Fa külső szakító erőt ábrázoljuk az A grafikonon, akkor annak a a két deformációs jellemző közé kell esnie. Ha a csavar a külső erő hatására megnyúlik, a rögzített anyag ugyanannyira visszaugrik, lásd B grafikon.
 |  |
Fm = az eredeti szorítóerő a kötésben
Fa = külső tengelyirányú terhelés
Fpa = a szorítóerőnek az Fa miatti csökkenése
Fsa = a csavar terhelésének Fa miatti növekedése
Fkr = maradék szorítóerő a kötésben
Fs = a csavar teljes terhelése
ELASZTIKUSABB CSAVARNÁL KEVÉSBÉ NŐ A CSAVAR TERHELÉSE.
Egyrészt az Fa az (Fpa) szorítóerő csökkenését idézi elő, másrészről pedig növeli a csavarra nehezedő terhelést (Fsa).
Elérendő cél, hogy a terhelés a lehető legkisebb mértékben növekedjék, nem csak azért, hogy meggátoljuk a csavar túlterhelését, hanem mert ha a külső terhelés dinamikus, a csavar csak az Fsa erőhatás fluktuációját fogja érzékelni. Ha az Fsa erő amplitúdója nagy, akkor az hamarosan fáradásból eredő töréshez vezet. Ezen felül az Fkr maradék szorítóerő soha nem lehet nulla! Ha ez bekövetkezik, a kötés szétjön.
A csavar Fsa terhelésének növekedése lehetőleg be kell korlátoznunk egy nagyon elasztikus csavar használatával. Ennek eredményeként a csavar deformációs görbéje kevésbé meredek. Azt tapasztaljuk, hogy a külső erő sokkal jobban elnyelődik, ha csökkentjük a szorítóerőt, lásd C grafikon.
Ugyanezt a hatást érjük el, ha nagyon rideg elemeket rögzítünk: ekkor a rögzített elemek deformációs görbéje nagyon meredek lesz, a külső erőhatás pedig majdnem teljesen elnyelődik a szorítóerő csökkenésével, lásd D grafikon.
Ridegebb rögzítendő elemek esetén kevésbé nő a csavar terhelése.
RÖVIDEN
Különösen a dinamikus terhelésnél nagyon fontos, hogy a csavarra nehezedő többi terhelést a lehető legalacsonyabban tartsuk: a fáradás miatt előfordulhat hirtelen törés.
Külső terhelés mellett, azért, hogy a csavarra nehezedő további terheléseket a lehető legalacsonyabban tartsuk:
- A szerkezeti elemeknek a lehető legridegebbnek kell lenniük.
- Használhatunk elasztikus csavarokat:
- Válasszunk nagy átfogási táv/átmérő arányt (≥ 5xD)
- Válasszunk nagyobb menethosszt
- Ha szükséges használjunk csökkentett átmérőjű szárat (csökkentett szárú csavarok)
- A szorítóerő legyen a lehető legnagyobb, mindenképpen nagyobb, mint a külső terhelés.