Jak vybrat správný kolík pro vaši aplikaci

Christie Jones, viceprezidentka pro marketing

Spojovací prvky patří k nejdůležitějším součástem sestavy, protože drží celou sestavu pohromadě a usnadňují vzájemné spojení jednotlivých součástí. V ideálním případě se vybrané spojovací prvky snadno instalují, měly by zajistit kvalitu výrobku po celou zamýšlenou dobu životnosti sestavy a při zohlednění celého výrobního procesu by měly přinést co nejnižší celkové náklady na sestavu. Tento článek se zaměřuje na to, jak vybrat správný kolík pro danou aplikaci. Konkrétně se zde hovoří o lisovaných kolících, protože se jedná o nejběžnější typy kolíků používaných v moderní výrobě.

Typy kolíků pro zalisování

Mezi kolíky s lisovaným uložením existují dvě obecné kategorie: válcové kolíky a pružné kolíky. Válcové kolíky mohou mít hladký, nepřerušovaný povrch (například spojovací kolíky) nebo mohou být navrženy s prvky zajišťujícími uchycení, jako jsou rýhování a trny. Všechny válcové kolíky jsou upevněny vytlačováním/deformací materiálu, do kterého jsou zasazeny. Naproti tomu pružné kolíky se upevňují tak, že vyvíjejí po montáži radiální sílu (napětí) proti stěně otvoru. Existují dva různé typy pružných kolíků: pružné kolíky s drážkou a svinuté pružné kolíky. Pružné kolíky s drážkou jsou univerzální, nízkonákladové kolíky, které se obvykle doporučují pro nekritické sestavy. Pružné kolíky s drážkou se často používají v aplikacích, kde se ručně instalují do součástí z měkké až kalené oceli. Pružné kolíky mají mezeru navrženou tak, aby kolík při montáži pružil, což mu umožňuje přizpůsobit se kolísajícím tolerancím otvoru. Svinuté pružné kolíky jsou k dispozici v provedení pro nízké, standardní a vysoké zatížení, což umožňuje konstruktérovi zvolit optimální kombinaci pevnosti, pružnosti a průměru vhodnou pro různé materiály a vlastnosti konstrukce. Svinuté pružné kolíky mají 2 1/4 závitů materiálu, které umožňují kolíku deformaci jak v průběhu montáže, aby se přizpůsobil různým tolerancím otvorů, tak i po montáži, aby tlumil rázy a vibrace a zabránil poškození otvoru.

Svinutý pružný kolík, Pružný kolík s drážkou a Válcový kolík s trny (zleva doprava)

Posouzení aplikace

Prvním krokem při výběru kolíku je posouzení jeho použití. Zde je několik z mnoha faktorů, které je třeba zohlednit při určování vhodného kolíku pro konkrétní aplikaci:

Jaká je funkce kolíku?
Jaké jsou požadavky na pevnost kolíku?
Z jakého materiálu je vyrobena součást, ve které bude kolík použit?
Jakému prostředí bude kolík vystaven?
Jaká je předpokládaná životnost výrobku a počet cyklů?
Jakým způsobem bude kolík instalován?
Jaký je očekávaný objem výroby?

Konstruktéři by měli důkladně prozkoumat požadavky na použití a vlastnosti již v rané fázi návrhu. Tato příručka nejen usnadní rozhodování o návrhu hostitelských součástí, ale bude se také zabývat oblastmi, jako je výběr spojovacího prvku, jeho velikost, materiál, třída zatížení atd. Bohužel mnoho konstruktérů čeká s výběrem spojovacího prvku až na konec návrhu. To může ztížit možnosti výběru spojovacího prvku, zúžit vlastnosti a donutit dodavatele použít nákladné výrobní procesy ke splnění příliš složitých specifikací. Doporučujeme výrobcům konzultovat výběr spojovacích prvků se zkušenými aplikačními inženýry již v rané fázi návrhu. Díky tomu lze zvolit správný typ kolíku a určit vhodné specifikace spojovaných součástí pro danou aplikaci.

Běžné funkce kolíků

Ačkoli existuje mnoho různých způsobů použití kolíků, ty nejběžnější jsou uvedeny v tabulce 1. Tyto pokyny platí ve většině případů, ale pro konečné určení nejvhodnějšího typu kolíku by měla být vyhodnocena každá konkrétní aplikace.

TYPICKÉ FUNKCE KOLÍKŮ
	Svinutý pružný kolík	Pružný kolík s drážkou	Válcový kolík
Závěs (volné uložení)	•	•	•
Závěs (třecí uložení)	•
Náboj/hřídel	•	•	•
Souosost	•	•	•
Zarážka	•	•	•
Spojování	•	•	•
Servisovatelný	•	•

Tabulka 1

Závěs

Existují dva základní typy závěsů:

Volně uložený závěs má při otáčení západky nebo kliky nízké nebo žádné tření ani odpor. Součásti závěsu se mohou „volně“ otáčet nezávisle na sobě.
Závěs se třením vyžaduje uložení s přesahem, aby se zabránilo volnému otáčení součástí vůči sobě navzájem. V závislosti na konstrukčním záměru se odpor může pohybovat od nízkého odporu až po hodnotu dostatečnou k udržení pevné polohy součástí kdekoli v celém rozsahu jejich otáčení.

Při navrhování volně uloženého závěsu je třeba zvážit všechny typy lisovaných kolíků. Válcové kolíky se často upřednostňují, když musí kolík procházet více průchozími otvory nebo když je v hostitelské součásti omezená oblast záběru. Svinuté pružné kolíky se upřednostňují, když na kolík nepůsobí žádné axiální zatížení a upřednostňují se v případě aplikací vystaveným rázům a vibracím. Pružné kolíky s drážkou se obvykle volí v případech, kdy je hlavním kritériem cena a požadované technické parametry jsou pro danou aplikaci dostačující. Obecně se pro závěsy s třením upřednostňují svinuté pružné kolíky, protože poskytují rovnoměrné radiální napětí, které v závěsu působí určitým odporem. Svinuté pružné kolíky jsou navíc mnohem pružnější než pružné kolíky s drážkou nebo válcové kolíky, čímž se snižuje riziko poškození otvorů během montáže a při běžném používání výrobku.

Obrázku 1
Závěs s volným uložením (vlevo) a závěs s třením (vpravo)

Pružnost při zatížení

Náboj a hřídel

Jednou z hlavních výhod použití svinutého pružného kolíku k upevnění objímky nebo náboje na hřídel je schopnost svinutého pružného kolíku zabránit poškození otvoru. Díky své pružnosti a schopnosti účinně absorbovat síly, představuje svinutý pružný kolík ideální řešení pro většinu aplikací s náboji a hřídeli. Přestože lze k upevnění náboje nebo ozubeného kola na hřídel použít všechny tři typy kolíků, svinutý pružný kolík poskytuje v porovnání s ostatními kolíky vynikající vlastnosti a prodlužuje životnost sestavy.

Polohování / vyrovnání

Požadovaná úroveň přesnosti určuje, který kolík je vhodný. Svinuté pružné kolíky jsou preferovány pro drtivou většinu aplikací vyžadujících polohování, protože zůstávají pružné a dobře se přizpůsobují otvorům, do nichž jsou instalovány. Maximální přesnosti ustavení lze dosáhnout lehkým přitlačením, které zajistí usazení spojovaných součástí. Svinuté pružné kolíky pro třídu nízkého zatížení jsou obzvláště výhodné pro malé zaváděcí síly. Pro svinuté pružné kolíky lze použít širší tolerance otvorů, což snižuje celkové výrobní náklady výrobku. Čím vyšší je však požadovaná přesnost, tím větší je důraz na kontrolu tolerance otvorů v jednotlivých součástech i ve vzájemném vztahu.

Pro vysoce kritické polohovací aplikace se upřednostňují zarovnávací čepy. Na rozdíl od pružných kolíků se plné kolíky při lisovaném spojení spoléhají na posunutí materiálu mezi kolíkem a hostitelskými součástmi. To vyžaduje podstatně vyšší montážní sílu než u obou typů pružných kolíků a také přesnější obrobení otvorů, což prodlužuje dobu cyklu a zvyšuje výrobní náklady.

Pružný kolík pro třídu nízkého zatížení (vlevo) a plný zarovnávací čep (vpravo)

Zarážka

Svinuté pružné kolíky, pružné kolíky s drážkou a válcové kolíky se běžně používají k zamezení pohybu jedné součásti vůči druhé. Například svinuté pružné kolíky se často používají k zabránění nadměrného otáčení pohonu. Pokud se k tomuto účelu používají pružné kolíky s drážkou, doporučuje se, aby drážka kolíku byla orientována opačně než součást, která s kolíkem spolupracuje. Naopak svinuté pružné kolíky a válcové kolíky není nutné orientovat. Navíc, pokud se jako dorazové kolíky používají pružné kolíky, musí být alespoň 60 % délky kolíku uloženo ve statické součásti, aby byla zajištěno jeho upevnění, jak je znázorněno na obrázku 2.

Obrázku 2

Obrázku 3
Radiální napětí v pružném kolíku s drážkou (vlevo) a svinutém pružném kolíku (vpravo)

Spojování / Upevnění

Svinuté pružné kolíky, pružné kolíky s drážkou a válcové kolíky se také běžně používají ke spojování součástí. Svinuté pružné kolíky a pružné kolíky s drážkou udržují součásti pohromadě pomocí třecí síly vznikající v důsledku radiálního napětí kolíku. Svinuté pružné kolíky a pružné kolíky s drážkou lze použít ve stejném otvoru.

Válcové kolíky poskytují vynikající upevnění při působení axiálního zatížení a nelze je demontovat ani vyměnit. To je výhodné v případech, kdy konstruktéři nechtějí, aby uživatelé jejich výrobek rozebírali. Pro převážnou většinu aplikací vyžadujících upevnění se upřednostňují vnější prvky, jako jsou rýhování nebo trny, před zarovnávacími čepy, protože často přinášejí úsporu nákladů.

Obrázku 4
Trny zadržují tento válcový kolík v plastovém dílu

Vlastnosti, výhody a přínosy

Každý typ lisovaného kolíku slouží výrobcům k určitému účelu. Tabulka 2 porovnává společné vlastnosti, výhody a přínosy jednotlivých typů kolíků.

SPOLEČNÉ VLASTNOSTI, VÝHODY A PŘÍNOSY
	Svinutý pružný kolík	Pružný kolík s drážkou	Válcový kolík
Ohebnost zabraňuje poškození otvoru během montáže	•	•
Umožňuje široké tolerance otvorů	•	•
Vynikající kombinace pevnosti a pružnosti	•
Vynikající vlastnosti ve statických aplikacích	•	•	•
Vynikající vlastnosti v dynamických aplikacích (tlumí rázová zatížení)	•
Vynikající odolnost proti axiálnímu zatížení (vytlačení / vytažení)			•
Odolnost proti neoprávněné manipulaci			•
Vlastnosti v měkkých materiálech při statickém zatížení (hliník, plast atd.)	•		•
Zajišťuje jistý doraz / polohování	•	•	•
Nejnižší zaváděcí síla	•
Vhodné pro automatické podávání	•	•	•
Servisovatelné	•	•
Vhodné pro kritické aplikace	•		•

Tabulka 2

Obecné úvahy při výběru kolíků

Pružné kolíky se obvykle upřednostňují před válcovými kolíky kvůli jejich pružnosti, nižším zaváděcím silám a schopnosti přizpůsobit se širším tolerancím otvorů. Zde je několik běžných výjimek, kdy se upřednostňují válcové kolíky:

Když je zapotřebí hlava pro přesný doraz nebo k uchycení tenkého prvku k silnějšímu prvku sestavy.
Pokud je vyžadován hladký, nepřerušovaný povrch, například při použití ve spojení se západkou nebo jiným úhlovým prvkem.
Pokud dutý kolík není vhodný, například když konstruktér potřebuje uzavřít otvor (tj. zamezit průtoku kapalin).
Pokud je třeba ručně zarovnat několik průchozích otvorů s vůlí.
Pokud je vyžadována zvýšená pevnost v ohybu nebo ve smyku.
Pokud je třeba zachovat přesné polohy otvorů.

Svinuté pružné kolíky jsou nepochybně lepší volbou pro sestavy vystavené dynamickému zatížení. Svinuté pružné kolíky mají jedinečnou kombinaci pevnosti a pružnosti, které jim umožňují tlumit síly a vibrace, čímž zabraňují poškození otvorů a prodlužují životnost sestavy.

Zatímco pružné kolíky s drážkou se používají v podobných aplikacích jako svinuté pružné kolíky, pružné kolíky s drážkou se obvykle upřednostňují v nekritických, statických aplikacích, kde má prioritu cena před životností výrobku.

Testování

Pro výrobce je rozumné provést testování se spojovacími prvky, které určili pro danou aplikaci, aby se ujistili, že sestava je funkční podle očekávání i v těch nejextrémnějších podmínkách. Po dokončení testování mohou inženýři porovnat naměřené výsledky testů se stanovenými požadavky na vlastnosti. V konečném důsledku by správný kolík pro danou aplikaci měl splňovat cíle výrobce v oblasti kvality, vlastností, montáže a nákladů.

Přehodnocení konstrukce výrobku

Posledním krokem při výběru vhodného kolíku je přehodnocení celkového návrhu výrobku. Proces hodnocení kolíků často odhalí nové informace o sestavě. Mnoho výrobců vnímá významné výhody v tom, když si během finalizace spojovacího prvku zachovají určitou flexibilitu v návrhu svého výrobku. Zde je několik konkrétních příkladů konstrukčních změn, které byly provedeny po procesu hodnocení spojovacích prvků a které vedly ke zlepšení vlastností, úsporám nákladů a/nebo zvýšení kvality:

Nový materiál základního dílu
Příklad: Výrobce změnil materiál svého plastového pouzdra z polybutylentereftalátu (PBT) na polykarbonát (PC) poté, co zaznamenal lepší uchycení při použití válcových kolíků s trny.
Velikost otvoru
Příklad: Firma zvětšila velikost otvoru v náboji a hřídeli z 2,95 ± 0,05 mm na 3,05 ± 0,05 mm, aby mohla použít standardní, sériově vyráběný svinutý pružný kolík.
Tolerance otvoru
Příklad: Firmě se podařilo eliminovat časově náročnou operaci honování tím, že pro zarovnání použila svinutý pružný kolík místo zarovnávacího čepu.
Tloušťka nálitku
Příklad: Výrobce plastových výlisků zaznamenal během prototypových zkoušek praskání plastového závěsu. Na základě doporučení společnosti SPIROL zvětšil průměr nálitku obklopujícího válcový kolík z 1 mm na 3 mm, čímž se problém s praskáním vyřešil.
Změna konstrukce závěsu
Příklad: Výrobce plastových výlisků původně navrhl závěs s třecím uložením, ale s válcovým kolíkem nebyl schopen dlouhodobě dosáhnout požadovaného vysokého kroutícího momentu, protože plast by se časem uvolnil a způsobil zvětšení průměru otvoru. V důsledku zvětšeného otvoru by se potom kroutící moment snížil. Válcový kolík nahradili svinutým pružným kolíkem a provedli související konstrukční změny otvorů, aby dosáhli požadovaného kroutícího momentu. Díky této úpravě se podařilo udržet požadovaný kroutící moment i po uplynutí očekávané životnosti sestavy.

Závěr

Konstruktéři mohou optimalizovat vlastnosti a celkové výrobní náklady produktu výběrem vhodného kolíku pro daný výrobek. Aby toho bylo možné dosáhnout je zásadní zvážit možnosti spojovacích prvků již v raných fázích návrhu. Nejdůležitějším krokem při výběru vhodného kolíku je podrobné vyhodnocení aplikace a stanovení požadovaných vlastností. Konstrukční tým by měl před vydáním konečného schválení otestovat a ověřit spojovací prvky v prototypových sestavách.

MÁTE NĚJAKÝ DOTAZ? Jsme tady, abychom vám pomohli!

Máte nějaký výrobní problém, který vám nejde vyřešit? Naši technici takové výzvy milují. Doporučit vám to nejlepší řešení pro vaše aplikační požadavky je to, co umíme nejlépe. Zavolejte nám nebo vyplňte formulář a spojte se s námi!

+ 420 226 218 935

Celé jméno *

E-mail *

Telefonní číslo

Společnost

Země

Připojit soubor

Jak vám můžeme pomoci? *