20 listopada 2017


Śruba, jaka jest – każdy widzi, a zwłaszcza inżynier mechanik. I nie mówimy tu o śrubach złącznych, które są czymś absolutnie podstawowym, ale o mechanizmie śruba–nakrętka, zwanym też przekładnią śrubową, a niekiedy mechanizmem przemieszczania. Mechanizm przemieszczania śruba–nakrętka jest jednym z najstarszych i najpopularniejszych mechanizmów w technice. Używany w obrabiarkach, np. tokarkach i szlifierkach, jako śruba pociągowa, we frezarkach bramowych do przemieszczania wrzecienników, jako siłownik elektromechaniczny do zamykania i otwierania zasuw, czy w dźwignicach do przemieszczania różnych zespołów technicznych lub towarów. Znany od zarania dziejów przeszedł wielką ewolucję.

Aleksander Łukomski

Pierwowzorem śruby była tzw. śruba Archimedesa, nie będąca elementem złącznym, a urządzeniem do podnoszenia poziomu wody. Najprawdopodobniej Archimedes (ok. 287-212 r. p.n.e.) nie wymyślił jej sam, ale opisał istniejący już przyrząd, który mógł być skonstruowany przez starożytnych Egipcjan i służył do nawadniania gruntów położonych w pobliżu Nilu. Później wspominał o niej Archytas z Tarentu (ok. 428-350 r. p.n.e), filozof i matematyk, a Pliniusz (ok. 61-113 r. n.e.) opisał drewnianą śrubę używaną w procesie produkcji wina i tłoczenia oliwy z oliwek.
Pierwsze niedrewniane śruby wykonywano przez nawijanie drutu na okrągły pręt. Nakrętki wykonywano z miękkich metali np. miedzi, zakuwając je na tak przygotowanym pręcie. Były to bardzo prymitywne i niepowtarzalne detale. Jednak dopiero Anglik Whitworth, który był mechanikiem i inżynierem, około 1852 roku zainteresował się masową produkcją broni gwintowanej i to dzięki temu mamy znormalizowane gwinty, a i prawdopodobnie wszelką inną unifikację i normalizację. Od tego czasu, nawet w tak prostej zdawałoby się maszynie, jak śruba, nastąpił niebywały rozwój, zarówno w konstrukcji, jak i technologii wykonania.

pozycjoner spawalniczy s
Rys. 1    Pozycjoner spawalniczy wraz ze spawanym korpusem

Śruba będąca maszyną prostą jest równią pochyłą nawiniętą na walec. Stosowane są różne kształty i rodzaje gwintów. Poza gwintem Whitworth`a, gwinty metryczne, drobnozwojne, samohamowne, bezluzowe, trapezowe symetryczne i niesymetryczne, walcowe, stożkowe, rurowe i okrągłe (kulowe). Gwinty mogą być prawe, lewe, jednokrotne i wielokrotne. Pod względem wykonania mogą być śruby toczone, frezowane, szlifowane i walcowane. Są też różne modyfikacje gwintów i inne jeszcze specjalne metody ich wykonania. Warto tu wspomnieć o śrubie rzymskiej, która nie tylko wykorzystywana jest w budownictwie do napinania różnego rodzaju stężeń, ale też w mechanice w mechanizmach samocentrujących. W śrubie rzymskiej zastosowany jest mechanizm gwintowy sumowy. Może być też mechanizm różnicowy, który stosuje się np. przy precyzyjnych lub bardzo precyzyjnych przesuwach osiowych. Są też śruby toczne tworzące mechanizmy śrubowo-toczne lub śrubowo-planetarne, ale w dźwignicach raczej niestosowane, gdyż nie są samohamowne.
Śruby pociągowe (dźwigowe) stalowe przeważnie wykonywane są z gwintem trapezowym i często są szlifowane na specjalnych szlifierkach do gwintów np. Matrix. Nakrętka wykonywana jest wtedy najczęściej z brązu, gdyż szybciej się zużywa od śruby, ale jest łatwiejsza i tańsza do wykonania, a także do wymiany. Szlifowanie gwintów przedłuża czas pracy nakrętki, a jeszcze lepsze rezultaty można uzyskać przy śrubach walcowanych. Gwint w dźwignicach powinien spełniać warunek samohamowności, ze względów bezpieczeństwa. Gdy kąt wzniosu gwintu śruby jest mniejszy od kąta tarcia przekładnia śrubowa staje się samohamowna, co jest pożądane w niektórych konstrukcjach np. podnośnikach. Nie wymaga wtedy dodatkowych hamulców.
Z długoletnich doświadczeń stosowania przekładni śrubowej w pozycjonerach spawalniczych wynika, że ten mechanizm niezbyt nadawał się do tych celów. Stosowano śruby o różnych gwintach trapezowych i też metrycznych, i o dużych średnicach np. M120 przy klasycznym montowaniu śruby na obu końcach.


cały artykuł dostępny jest w wydaniu 11 (110) listopad 2016