Połączenia nitowane w pigułce!

Charakterystyka połączeń nitowych

Połączenia nitowe są połączeniami nierozłącznymi, co oznacza, że raz zmontowane, nie mogą być łatwo rozdzielone bez uszkodzenia elementów łączonych. Nitowanie polega na łączeniu co najmniej dwóch elementów za pomocą nitu, który przechodzi przez otwory w elementach i jest rozklepywany z obu stron, tworząc trwałe połączenie mechaniczne.

Proces nitowania

1. Przygotowanie elementów - w elementach, które mają być połączone, wykonuje się otwory o odpowiedniej średnicy, przez które przechodzić będą nity.

2. Włożenie nitu - nit wprowadza się przez otwory w łączonych elementach. Nity mogą mieć różne formy, ale najczęściej są to pręty o cylindrycznym trzonie i główce z jednej strony.

3. Rozklepywanie - drugi koniec nitu jest następnie rozklepywany (rozszerzany), aby utworzyć tzw. zakuwkę, która uniemożliwia wyciągnięcie nitu. Proces ten jest realizowany mechanicznie lub ręcznie, w zależności od technologii i wielkości nitu.

4. Zacisk - po rozszerzeniu nitu, zaciska on łączone elementy, tworząc trwałe połączenie. W niektórych przypadkach połączenia są dodatkowo uszczelniane (np. w przypadku zastosowań w konstrukcjach statków lub zbiorników).

Zalety połączeń nitowych

1. Wytrzymałość - połączenia nitowe są bardzo wytrzymałe, co sprawia, że idealnie nadają się do łączenia elementów poddawanych dużym obciążeniom.

2. Odporność na korozję - w porównaniu do spawania, gdzie materiał łączony jest poddawany działaniu wysokiej temperatury, połączenia nitowe nie powodują zmian strukturalnych w materiałach, co może wpłynąć na ich odporność na korozję.

3. Prostota montażu - nitowanie jest prostym procesem technologicznym, szczególnie w przypadku małych i średnich konstrukcji.

4. Brak wpływu ciepła - nitowanie nie wymaga podgrzewania materiałów, co pozwala na łączenie materiałów wrażliwych na wysokie temperatury, np. niektórych stopów metali.

Wady połączeń nitowych

1. Ciężar - nitowanie dodaje wagi do konstrukcji, co może być problematyczne w niektórych zastosowaniach, takich jak przemysł lotniczy czy motoryzacyjny, gdzie ważne jest zmniejszenie masy.

2. Trudności w demontażu - połączenia nitowe są nierozłączne, co oznacza, że ich demontaż wymaga uszkodzenia nitów.

3. Czasochłonność - proces nitowania jest bardziej czasochłonny niż np. skręcanie śrubami.

4. Złożoność w automatyzacji - nitowanie jest trudniejsze do zautomatyzowania niż inne metody łączenia, takie jak spawanie czy złącza śrubowe.

Rodzaje połączeń nitowych

Połączenia nitowe można podzielić na różne rodzaje, w zależności od funkcji, konstrukcji oraz technologii montażu. Poniżej przedstawiamy najważniejsze klasyfikacje.

1. Ze względu na funkcję:

• połączenia nierozłączne - nity są nierozłączne bez zniszczenia nitu. Stanowią większość połączeń nitowych

• połączenia półrozłączne - zastosowanie nitów rozłącznych (np. nitów zrywalnych), które mogą być usunięte bez niszczenia łączonych elementów, stosujemy do nich dedykowane narzędzia jakimi są nitownice do nitów zrywalnych

2. Ze względu na sposób obciążenia:

• Połączenia ścinane - w tym rodzaju połączeń siła obciążająca działa wzdłuż przekroju poprzecznego nitu, a nit pracuje na ścinanie. Jest to najczęstszy sposób pracy nitów w konstrukcjach.

• Połączenia rozciągane - nit jest obciążony siłą rozciągającą działającą wzdłuż osi nitu. Tego rodzaju połączenia są mniej wytrzymałe niż połączenia ścinane.

3. Ze względu na technologię wykonania:

• Nity pełne - najbardziej klasyczny typ nitu, który jest rozklepywany z obu stron, tworząc trwałe połączenie. Wymaga dostępu do obu stron łączonych elementów.

• Nity zrywalne - nity te są łatwiejsze do montażu, ponieważ nie wymagają dostępu do obu stron elementów. Używane głównie w zastosowaniach montażowych, gdzie kluczowa jest szybkość.

• Nity rurkowe i półrurkowe - nity te mają otwór w trzonie, co zmniejsza ich wagę i ułatwia deformację w procesie nitowania. Stosowane w lekkich konstrukcjach.

• Nity rozprężne - specjalne nity, które po włożeniu do otworu ulegają rozprężeniu, tworząc trwałe połączenie. Używane są w miejscach, gdzie nie można rozklepać nitu tradycyjnie.

4. Ze względu na kształt główki nitu:

• Nity z główką kulistą - najczęściej spotykany typ nitów, stosowany w konstrukcjach stalowych i budowlanych.

• Nity z główką stożkową - stosowane tam, gdzie wymagane jest uzyskanie płaskiej powierzchni po zanitowaniu (np. w konstrukcjach lotniczych).

• Nity z główką płaską - używane w konstrukcjach wymagających estetycznego wykończenia i niskiego profilu główki nitu.

Obliczenia wytrzymałościowe połączeń nitowych

Przy projektowaniu połączeń nitowych kluczowe jest przeprowadzenie obliczeń wytrzymałościowych, które pozwalają określić nośność i bezpieczeństwo konstrukcji. Obliczenia te opierają się na kilku kluczowych parametrach, takich jak: siły działające na połączenie, wytrzymałość materiału nitu i łączonych elementów oraz liczba i rozmieszczenie nitów.

1. Nośność nitu w ścinaniu

W połączeniach ścinanych siła obciążająca nit działa w poprzek jego osi, powodując ścinanie nitu. Nośność nitu w ścinaniu można obliczyć za pomocą wzoru:

Rsc = Asc ⋅ fsc

gdzie:

• Rsc - nośność nitu w ścinaniu,

• Asc - pole przekroju poprzecznego nitu

  

  (dla nitu pełnego,gdzie d to średnica nitu)

• fsc - wytrzymałość materiału nitu na ścinanie.

2. Nośność nitu w rozciąganiu

W połączeniach obciążonych na rozciąganie siła działa wzdłuż osi nitu, powodując rozciąganie elementu. Nośność nitu w rozciąganiu można wyznaczyć za pomocą wzoru:

Rt = At ⋅ ft

gdzie:

• Rt - nośność nitu w rozciąganiu,

• At - pole przekroju poprzecznego nitu,

• ft - wytrzymałość materiału nitu na rozciąganie.

3. Nośność nitu w docisku

W połączeniach nitowych również ważnym czynnikiem jest wytrzymałość nitu w docisku, czyli siła, z jaką nit naciska na łączone elementy. Nośność w docisku można obliczyć na podstawie wzoru:

Rb = d ⋅ t ⋅ fb

gdzie:

• Rb - nośność w docisku,

• d - średnica nitu,

• t - grubość łączonych elementów,

• fb - wytrzymałość materiału łączonych elementów na docisk.

4. Sprawdzanie wytrzymałości połączeń nitowych

Dla zapewnienia bezpieczeństwa połączenia, konieczne jest sprawdzenie, czy połączenie wytrzyma zadane obciążenia. Należy porównać obliczone siły ścinania, rozciągania i docisku z dopuszczalnymi wartościami wytrzymałości materiałów nitu i łączonych elementów.

Zastosowania połączeń nitowych

Połączenia nitowe realizowane przez nitownice znajdują szerokie zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu. Najważniejsze obszary to:

1. Budownictwo - nitowanie stosuje się w konstrukcjach stalowych, takich jak mosty, hale przemysłowe czy wieże transmisyjne. W tych przypadkach wytrzymałość połączeń jest kluczowa.

2. Przemysł motoryzacyjny - nity są używane do łączenia paneli karoserii oraz elementów konstrukcji nośnych samochodów i motocykli, gdzie liczy się wytrzymałość, ale również niska masa połączenia.

3. Przemysł lotniczy i kosmiczny - w konstrukcjach lotniczych i kosmicznych połączenia nitowe są preferowane ze względu na ich niezawodność, a także odporność na zmienne warunki środowiskowe i wibracje.

4. Przemysł okrętowy - w budowie statków połączenia nitowe stosuje się głównie tam, gdzie wymagana jest szczelność i odporność na korozję, np. w kadłubach, pokładach czy zbiornikach paliwa.

Autor:
Dawid Lizun
Product Manager

Autor:
Dawid Lizun
Product Manager