VZÁJOMNÉ PÔSOBENIE SÍL V SKRUTKOVOM SPOJI

Je prirodzene žiaduce, aby závitové spoje boli spoľahlivé a nehrozilo ich samovoľné uvoľnenie. Na dosiahnutie vysokej miery spoľahlivosti je mimoriadne dôležité porozumieť silám pôsobiacim v skrutkovom spoji, pretože každý prvok spoja ovplyvňuje konečný výsledok.

Obrázok 1	Obrázok 2

Zjednodušene povedané existujú v skrutkovom spoji dva možné typy statického zaťaženia:

Bez zvieracej sily — sila sa medzi doskami prenáša plošným tlakom a šmykovými silami v drieku skrutky alebo v závite. Spájané dosky sa voči sebe posúvajú, kým sa steny otvorov neopierajú o driek skrutky alebo o závit. V tomto prípade sú skrutky namáhané šmykom v dôsledku priečneho zaťaženia; pozrite si obrázok 1.
S vysokou zvieracou silou — zvieracia sila zabraňuje vzájomnému posunutiu zovretých dielov. Sila sa prenáša trením a skrutky sú namáhané v ťahu osovým zaťažením; pozrite si obrázok 2. Pri spojoch z nehrdzavejúcej ocele si prečítajte náš návod na predchádzanie zadieraniu spojovacích prvkov z nehrdzavejúcej ocele.

Vzájomné posunutie spájaných dielov je zvyčajne nežiaduce.

V skrutkovom spoji sa preto musí vytvoriť dostatočná zvieracia sila. Táto sila predstavuje predpätie, ktoré vznikne po utiahnutí matice alebo skrutky.

Veľkosť predpätia, ktorú možno bezpečne použiť, závisí okrem iného od pevnostnej triedy a skúšobného zaťaženia skrutky. Pevnosť skrutky určuje tepelné spracovanie — zistite viac o tepelnom spracovaní spojovacích prvkov.

Ak sily pôsobiace na konštrukciu pravidelne menia smer alebo nie sú konštantné, spoj je vystavený dynamickému zaťaženiu. Ako je vysvetlené nižšie, dynamické zaťaženie môže viesť k uvoľneniu skrutkového spoja alebo k zlomeniu skrutky.

Aby spoj správne plnil svoju funkciu, najmä pri dynamickom zaťažení, musí sa zvieracia sila zachovať.

PRUŽNÁ PODDAJNOSŤ ZÁVITOVÉHO SPOJA

Pri navrhovaní a vytváraní závitového spoja je veľmi dôležité porozumieť nasledujúcim bodom:

Skrutky a spájané diely fungujú ako jeden pružne poddajný celok. Zovreté diely sa pružne stláčajú, zatiaľ čo skrutka sa počas montáže predlžuje. Ak sa skrutka vplyvom vonkajšieho zaťaženia ďalej predĺži, zovreté diely sa o rovnakú hodnotu pružne odľahčia.
Ťahová sila v skrutke sa rovná tlakovej sile pôsobiacej na zovreté diely, ako je znázornené na obrázku 3.

Obrázok 3

Rovnováha síl v skrutkovom spoji — schéma znázorňujúca, že ťahová sila v skrutke sa rovná tlakovej sile pôsobiacej na zovreté diely

Vzájomný vzťah medzi silou a deformáciou znázorňuje takzvaný silovo-deformačný trojuholník, uvedený v grafe A nižšie. Čiara 1 v grafe znázorňuje deformáciu skrutky spôsobenú ťahovou silou. Čiara 2 sa vzťahuje na sústavu zovretých dielov, ktorá sa deformuje pôsobením tlakovej sily vytvorenej skrutkou.

Silovo-deformačný trojuholník (graf A) — znázorňuje krivku predĺženia skrutky a krivku stlačenia zovretých dielov pri zvieracej sile Fm

fsm = predĺženie skrutky v dôsledku zvieracej sily Fm

fpm = stlačenie zovretých dielov v dôsledku zvieracej sily Fm

Z uvedeného grafu vyplýva, že pri zvieracej sile Fm sa predĺženie skrutky rovná fsm a stlačenie zovretých dielov sa rovná fpm. Keďže materiály a konštrukcia skrutky a zovretých dielov sa líšia, hodnoty fsm a fpm zvyčajne nie sú rovnaké.

Na skrutkový spoj sa následne aplikuje vonkajšie zaťaženie Fa; pozrite si obrázok 4.

Obrázok 4

Vonkajšie osové zaťaženie Fa pôsobiace na skrutkový spoj — znázorňuje pôsobenie vonkajšej sily na predopnutý spoj

Aby bolo možné túto vonkajšiu ťahovú silu Fa zakresliť do grafu A, musí sa vložiť medzi obe deformačné charakteristiky. Ak sa skrutka pôsobením vonkajšej sily predĺži, zovretý materiál sa o rovnakú hodnotu pružne odľahčí; pozrite si graf B.

Silovo-deformačný diagram s vonkajším zaťažením (graf B) — znázorňuje zvýšenie zaťaženia skrutky Fsa, zníženie zvieracej sily Fpa a zvyškovú zvieraciu silu Fkr

Vplyv pružnejšej skrutky na rozloženie síl (graf C) — znázorňuje, že plochejšia deformačná krivka skrutky znižuje nárast zaťaženia skrutky vplyvom vonkajšej sily

Fm = pôvodná zvieracia sila v spoji

Fa = vonkajšie osové zaťaženie

Fpa = zníženie zvieracej sily v dôsledku Fa

Fsa = zvýšenie zaťaženia skrutky v dôsledku Fa

Fkr = zvyšková zvieracia sila v spoji

Fs = celkové zaťaženie skrutky

PRUŽNEJŠIA SKRUTKA SPÔSOBUJE MENŠÍ NÁRAST ZAŤAŽENIA SKRUTKY

Na jednej strane spôsobuje Fa zníženie zvieracej sily označované ako Fpa. Na druhej strane spôsobuje zvýšenie zaťaženia pôsobiaceho na skrutku označované ako Fsa.

Je žiaduce udržať nárast zaťaženia skrutky čo najnižší, a to nielen preto, aby nedošlo k preťaženiu skrutky. Ak je vonkajšie zaťaženie dynamické, skrutka je vystavená kolísaniu sily Fsa. Vysoká amplitúda Fsa môže rýchlo spôsobiť únavový lom. Zvyšková zvieracia sila Fkr navyše nikdy nesmie klesnúť na nulu. Ak k tomu dôjde, spoj sa otvorí a prestane správne fungovať.

Nárast zaťaženia skrutky Fsa možno obmedziť použitím pružnejšej skrutky. Deformačná krivka skrutky je potom menej strmá, takže väčšia časť vonkajšej sily sa absorbuje znížením zvieracej sily; pozrite si graf C.

Rovnaký účinok možno dosiahnuť použitím veľmi tuhých zovretých materiálov. Ich deformačná krivka sa stane strmšou a väčšina vonkajšej sily sa absorbuje znížením zvieracej sily; pozrite si graf D.

Vplyv tuhých zovretých materiálov na rozloženie síl (graf D) — znázorňuje, že strmšia krivka zovretého materiálu absorbuje vonkajšiu silu prostredníctvom zníženia zvieracej sily

Tuhšie zovreté materiály spôsobujú menší nárast zaťaženia skrutky.

STRUČNE

Najmä pri dynamickom zaťažení je mimoriadne dôležité udržať akékoľvek dodatočné zaťaženie skrutky čo najnižšie, pretože môže dôjsť k náhlemu únavovému lomu.

Pri pôsobení vonkajšieho zaťaženia možno dodatočnú silu pôsobiacu na skrutku obmedziť niekoľkými spôsobmi:

Konštrukčné diely by mali byť čo najtuhšie.
Zvieracia sila by mala byť čo najvyššia v rámci bezpečných medzí a mala by zostať vyššia ako vonkajšia oddeľujúca sila.
Možno použiť pružnejšie skrutky. Zvoľte vysoký pomer zvieracej dĺžky k priemeru, minimálne 5×D, podľa potreby zvoľte väčšiu dĺžku závitu a v prípade potreby použite skrutku so zúženým driekom. Pri dynamicky namáhaných spojoch si prečítajte náš návod na spôsoby zaisťovania spojovacích prvkov.

KONŠTRUKČNÉ PARAMETRE SKRUTKOVÝCH SPOJOV

Konštrukčný parameter	Vplyv na zaťaženie skrutky	Vplyv na zvieraciu silu	Odporúčanie
Pružnejšia skrutka s vyšším pomerom L/D	↓ Znižuje dodatočné zaťaženie skrutky Fsa	↓ Väčšie zníženie zvieracej sily Fpa	Použite zvieraciu dĺžku minimálne 5×D.
Tuhé zovreté materiály	↓ Znižujú dodatočné zaťaženie skrutky Fsa	↓ Väčšie zníženie zvieracej sily Fpa	Používajte tuhé materiály, ako je oceľ alebo liatina, a pokiaľ možno sa vyhnite mäkkým tesneniam.
Vyššie predpätie Fm	Pri rovnakej tuhosti spoja nemení amplitúdu Fsa	↑ Vyššia zvyšková zvieracia sila Fkr	Ak to konštrukcia spoja a spôsob uťahovania umožňujú, uťahujte približne na 90 % skúšobného zaťaženia skrutky.
Zmenšený priemer drieku	↓ Zvyšuje pružnosť skrutky	Pozrite si „pružnejšia skrutka“	Použite špeciálne navrhnuté skrutky so zúženým driekom. Ak je to vhodné, môže mať čiastočne závitovaná skrutka, napríklad DIN 931, dlhšiu hladkú časť drieku ako skrutka DIN 933.
Väčšia dĺžka závitu v rámci zvieracej dĺžky	↓ Zvyšuje pružnosť skrutky	Pozrite si „pružnejšia skrutka“	Zvoľte väčšiu dĺžku závitu, ak to konštrukcia spoja a požadovaná dĺžka záberu závitu umožňujú.
Mäkké tesnenia alebo podložky	↑ Zvyšujú kolísanie zaťaženia skrutky	↑ Väčšia strata predpätia v priebehu času	Mäkkým prvkom sa pokiaľ možno vyhnite. Ak sú nevyhnutné, zvážte použitie tanierových pružín a vhodného spôsobu zaistenia.
Dynamické zaťaženie alebo vibrácie	↑ Zvyšuje sa riziko únavového poškodenia	↓ Riziko úplnej straty zvieracej sily	Použite vhodné zaisťovacie riešenie, napríklad klinové poistné podložky Nord-Lock alebo závity Spiralock. Prečítajte si náš návod na spôsoby zaisťovania.

ČASTÉ OTÁZKY O SILÁCH V SKRUTKOVÝCH SPOJOCH

Čo je predpätie v skrutkovom spoji?

Predpätie označované ako Fm je počiatočná zvieracia sila vytvorená pri utiahnutí skrutky. Stláča zovreté diely a predlžuje skrutku, čím vytvára pružný systém odolávajúci vonkajšiemu zaťaženiu. Bez dostatočného predpätia pôsobia vonkajšie sily priamočiarejšie na skrutku, čo zvyšuje riziko únavového lomu. Nedostatočné alebo stratené predpätie sa spája približne s 80 % prevádzkových lomov skrutiek.

Prečo sa skrutkové spoje pri vibráciách uvoľňujú?

Vibrácie môžu spôsobovať mikroposuny medzi zovretými povrchmi, ktoré postupne znižujú zvieraciu silu alebo predpätie. S poklesom zvyškovej zvieracej sily Fkr sa väčšia časť každého zaťažovacieho cyklu prenáša priamo na skrutku vo forme premenlivého napätia. Keď Fkr klesne na nulu, spoj sa môže otvoriť. Zaisťovacie prvky, ako sú klinové poistné podložky Nord-Lock alebo závity Spiralock, pomáhajú udržiavať predpätie pri dynamickom zaťažení. Prečítajte si náš návod na spôsoby zaisťovania spojovacích prvkov.

Ako pružnosť skrutky ovplyvňuje jej únavovú životnosť?

Pružnejšiu skrutku možno dosiahnuť vyšším pomerom zvieracej dĺžky k priemeru, minimálne 5×D, dlhšou závitovou časťou v rámci zvieracej dĺžky alebo zúženým driekom. V silovo-deformačnom diagrame znamená plochejšia krivka skrutky, že sa menšia časť vonkajšej sily Fa premení na zvýšenie zaťaženia skrutky Fsa. Keďže kolísanie Fsa prispieva k únave materiálu, obmedzenie tohto nárastu môže predĺžiť únavovú životnosť skrutky.

Čo je pomer zvieracej dĺžky k priemeru skrutky a prečo je dôležitý?

Pomer zvieracej dĺžky k priemeru skrutky, označovaný aj ako pomer L/D, predstavuje celkovú hrúbku zovretých materiálov vydelenú menovitým priemerom skrutky. Odporúča sa pomer minimálne 5:1, pretože skrutka je vďaka nemu dostatočne pružná, aby dokázala prenášať vonkajšie zaťaženie bez nadmerného kolísania napätia. Krátke skrutky s nízkym pomerom L/D sú pomerne tuhé a prenášajú väčšiu časť dynamického zaťaženia priamo do skrutky.

Ako si vybrať medzi skrutkovým spojom namáhaným šmykom a spojom namáhaným v ťahu?

Pri spojoch namáhaných šmykom priečnym zaťažením sa sila prenáša kontaktom drieku skrutky alebo závitu so stenou otvoru. To môže vyžadovať lícované skrutky, otvory s malou vôľou alebo vystružené otvory. Pri spojoch namáhaných v ťahu osovým zaťažením vytvára zvieracia sila trenie, ktoré zabraňuje posunutiu dosiek. Vysoko predopnuté ťahové spoje sú vo všeobecnosti lepšie predvídateľné, jednoduchšie sa navrhujú s ohľadom na únavu a umožňujú použitie bežných priechodných otvorov. Pre korozívne prostredie si prečítajte náš návod na spojovacie prvky z nehrdzavejúcej ocele.

Posledná aktualizácia: 12. júla 2026

SÚVISIACE PRODUKTY A TECHNICKÉ PRÍRUČKY

Súvisiace produkty

Vysokopevnostné skrutky pevnostných tried 8.8, 10.9 a 12.9 — vhodná pevnosť skrutky a skúšobné zaťaženie sú nevyhnutné na vytvorenie vysokého predpätia. Pevnosť skrutky určuje tepelné spracovanie; prečítajte si náš návod na tepelné spracovanie.
Matice pre vysokopevnostné skrutkové spoje — vyberte maticu so zodpovedajúcou pevnostnou triedou a špecifikáciou závitu.
Klinové poistné podložky Nord-Lock — sú navrhnuté tak, aby pomáhali udržiavať predpätie v spojoch vystavených vibráciám a dynamickému zaťaženiu.
Vyhľadať skrutky so zúženým driekom — zúžený driek môže zvýšiť pružnosť skrutky a znížiť kolísanie jej zaťaženia.
Tanierové pružiny a Bellevilleove podložky — sú vhodné pre aplikácie vyžadujúce riadenú pružnú kompenzáciu.

Súvisiace technické príručky

Spôsoby zaisťovania spojovacích prvkov — porovnajte spôsoby zachovania predpätia a predchádzania uvoľneniu vplyvom vibrácií.
Predchádzanie zadieraniu spojovacích prvkov z nehrdzavejúcej ocele — zistite, ako trenie, mazanie a montážne podmienky ovplyvňujú spoje z nehrdzavejúcej ocele.
Tepelné spracovanie spojovacích prvkov — zistite, ako tepelné spracovanie ovplyvňuje pevnosť, tvrdosť a mechanické vlastnosti skrutiek.
Spojovacie prvky z nehrdzavejúcej ocele — vyberte vhodné spojovacie prvky z nehrdzavejúcej ocele pre korozívne prostredie.