2.4 Mekaniske sammenføyninger

Forbindelsen du kan skru opp igjen

Sveising og lodding gir deg en permanent forbindelse -- men hva om du faktisk vil kunne ta delene fra hverandre igjen? Da bruker du en mekanisk sammenføyning, og den vanligste av dem alle er boltforbindelsen. Grunnen er nettopp at den er demonterbar og kan justeres.

En boltforbindelse består av en bolt eller skrue med gjenger, en mutter med innvendige gjenger som holder bolten, og en skive som fordeler lasten og beskytter overflaten. Gjengene finnes i flere standarder: metrisk grovgjenge (M) er standard, metrisk fingjenge (MF) har tettere stigning, og UNC/UNF er den amerikanske standarden.

Det smarteste med stålbolter er at styrken står stemplet på dem som en fasthetsklasse, for eksempel 8.8. Tallene er en kode du må kunne lese: det første tallet ganget med 100 gir strekkfastheten i MPa, og det andre tallet delt på 10 gir forholdet mellom flytegrense og strekkfasthet. For en 8.8-bolt blir strekkfastheten $8 \cdot 100 = 800 \text{ MPa}$, og flytegrensen $0{,}8 \cdot 800 = 640 \text{ MPa}$. Vanlige klasser er 4.6 for byggbolter, 8.8 for maskinbolter, 10.9 for bilindustri og 12.9 for de høyeste kravene. Like viktig er tiltrekningsmomentet, for spennes bolten for lite løsner forbindelsen, og spennes den for mye kan bolten ryke. Et grovt overslag er $M = 0{,}2 \cdot d \cdot F$, og for en M10-bolt i klasse 8.8 lander du på rundt 40 Nm -- som du setter nøyaktig med en momentnøkkel.

Bolter som ikke vil løsne

En bolt er ingenting verdt hvis den vibrerer seg løs. Vibrasjoner, temperaturendringer og vekslende belastning kan alle få en bolt til å løsne over tid, og derfor er sikring ofte helt nødvendig -- noen ganger livsviktig.

Du har flere verktøy i kassa. Låsemuttere finnes som nylock-muttere med et plastinnlegg som griper i gjengene, som heldekkende metallåsemuttere med deformert topp, eller som slissede muttere med splint for de mest kritiske oppgavene. Sikringsskiver kan være fjærskiver som holder spenning, tannskiver som biter seg fast i overflaten, eller de svært effektive Nord-Lock-kileskivene. Gjengesikring med anaerobt lim som Loctite herder rett i gjengene -- den blå varianten gir medium styrke og kan demonteres, mens den røde gir høy styrke og krever oppvarming for å løsne. For flyindustrien og det aller mest kritiske brukes låsewire, en tråd som fysisk hindrer rotasjon.

Valget styres av forholdene. Ved vibrasjon velger du nylock eller Nord-Lock. Ved høy temperatur går du for heldekkende metallåsemutter eller låsewire. Trenger du enkel demontering, holder en fjærskive eller blå gjengesikring. Skal det være permanent, bruker du rød gjengesikring eller låsewire. Et hverdagslig eksempel er hjulboltene på en bil: det koniske anlegget gir selvsikring, du trekker til riktig moment på typisk 100-120 Nm, du strammer i kryss for jevn spenning, og du ettertrekker etter de første 50 kilometerne.

Nagler, presspasninger og kiler

Boltforbindelsen er ikke den eneste mekaniske metoden. Der du vil ha en permanent forbindelse uten varme, kommer naglingen inn. Ved nagling deformeres en nagle slik at den holder delene sammen. Massive nagler var historisk avgjørende for broer og skip, men er i dag stort sett erstattet av sveising. Den moderne arbeidshesten er blindnaglen -- popnaglen -- som bare krever tilgang fra én side og settes med et nagleverktøy, mye brukt i tynnplatekonstruksjoner. Strukturnagler er blindnagler med høy styrke som kan erstatte bolter i fly og bilindustri. En blindnagling er enkel: du borer et hull cirka 0,1 mm større enn naglediameteren, setter inn naglen, aktiverer verktøyet, og trekktappen brekker av samtidig som naglen ekspanderer og låser.

En annen permanent metode er pressing og krymping. Ved en presspasning presser du en aksel inn i et hull som er litt mindre enn akselen, og friksjonen alene holder delene -- nyttig for lagre, busser og tapper. Ved en krympeforbindelse varmer du ytterdelen så den utvider seg, monterer, og lar den krympe rundt innerdelen til en meget stram passning. Disse forbindelsene trenger ingen ekstra komponenter, gir symmetrisk belastning og kan overføre store momenter.

Til slutt har du forbindelser som overfører rotasjon. En kile og not overfører dreiemoment fra en aksel til et nav -- en parallellkile har rektangulært tverrsnitt, en Woodruff-kile er halvmåneformet. Splineforbindelser har flere tenner rundt akselen, overfører enda større moment og tillater aksiell bevegelse. Og i plastverdenen klikker snap-fit-forbindelser delene sammen uten verktøy, mye brukt i elektronikk og forbrukerprodukter -- men de krever nøye beregning for å holde. Monterer du et tannhjul på en aksel med kile, maskinerer du kilespor i både aksel og nav, setter inn kilen med lett presspasning, og sikrer hjulet med en stillskrue eller låsemutter.

Oppsummering

Mekaniske sammenføyninger lar deg forbinde deler uten varme, og mange av dem kan demonteres igjen. Boltforbindelsen er den vanligste fordi den er justerbar; fasthetsklassen (som 8.8) forteller styrken, og riktig tiltrekningsmoment er avgjørende -- for lite løsner, for mye ryker. Mot vibrasjoner og temperatur sikrer du med låsemuttere, sikringsskiver, gjengesikring eller låsewire, tilpasset forholdene.

For permanente forbindelser uten varme bruker du nagling (særlig blindnagler fra én side) eller presspasninger og krympeforbindelser som holder med friksjon. Rotasjon overføres med kile og not eller splines, og plastdeler klikkes sammen med snap-fit. Å velge riktig forbindelse handler om styrke, demonterbarhet og hva forbindelsen skal tåle av krefter og bevegelse.