Kolíky a čepy

Kolíky se využívají pro vytvoření pevných rozebiratelných nebo nerozebiratelných spojů, pro zajištění vzájemné polohy dvou součástí, k zamezení posunu nebo otáčení součástí a ke spojení dvou součástí nehybně.

Spojovacím členem je kolík. Kolíky dělíme podle na válcové nebo kuželové (kuželovitost 1:50). Podle vnějšího tvaru je můžeme rozdělit na hladké rýhované.

Válcové a kuželové kolíky bývají z oceli 11 500. Pokud se konec kolíku roznýtovává, používají se jako materiál oceli 11 341 nebo slitiny hliníku.

Rozměry kolíků jsou normalizované. Hladké válcové a kuželové kolíky se vyrábějí od průměru 0,6 až 50 mm. Rýhované kolíky mohou mít rozměry od průměru 1,6 do 16 mm. Díry pro kuželové kolíky je třeba vrtat a vystružovat ve spojovaných součástech společně. Do průměru 5 mm je průměr díry o 0,1 mm menší, než je průměr kolíku. Pro větší průměry kolíků se díry vytvářejí menší o 0,2 mm.

Po zaražení kolíku dojde k pružné deformaci, která vznikne mezi kolíkem a spojovanými součástmi, tím je spoj v pružné napjatosti. Díky trvalému napětí dochází ve stykových plochách ke vzniku otlačení a velikost pružné deformace klesá. Z toho důvodu může dojít k uvolnění kolíku, a proto je kolík potřeba časem dorazit. Konec kolíku o menším průměru by neměl ze spoje vyčnívat, aby nemohlo dojít k náhodnému vyražení kolíku. Z důvodu bezpečnosti se konce kolíků zakrývají. Pokud chceme spoj uvolnit, je třeba zapůsobit silou na jeho konec menšího průměru. V případě, že by byl tento konec nepřístupný, můžeme pro spojení využít kolík s krčkem, hlavou, čtyřhranem, vnějším nebo vnitřním závitem.  Dále můžeme vyvrtat díru v místě, kde kolík končí.

Válcové kolíky

Vyrábějí se v několika provedeních:

  1. S rovnými konci pro roznýtování– kolík mívá toleranci h11, díra H11.
  2. Smykové kolíky– pro běžné zakolíkování. Kolík má toleranci h8. V jedné součásti je kolík uložen s přesahem a v druhé s vůlí.
  3. Lícovaný– kolík s tolerancí n6 zarážíme do díry s tolerancí H7.
  4. S navrtávanými konci určenými k roznýtování – po upevnění ve spoji se konce kolíku roznýtují. Vznikne nerozebiratelný spoj.
  5. Pružný dutý kolík – jeho průměr je vždy větší než průměr díry. Díru nemusí být vystružovaná. Kolík se může použít i po demontáži. Spoje, ve kterých je použitý, mohou být vystavené i častým otřesům.
Rýhované kolíky

Jsou to součásti válcového tvaru, které mají na povrchu tři podélné rýhy. Tyto rýhy mohou být buď po celé délce kolíku, nebo jen v části (uprostřed nebo na koncích). Břity, které vzniknout po stranách při vytvoření rýh, se zalisováním kolíku do spoje částečně deformují a dojde k vytvoření radiálního tlaku. Tento kolík má větší odolnost proti uvolnění. Tato součást se nehodí pro často rozebiratelné spoje, protože částečně odírá povrch díry, čímž klesá spolehlivost spojení. Tyto kolíky se vyrábějí z tažené oceli a dále se nemusí upravovat.

K rýhovaným kolíkům můžeme přiřadit rýhované hřeby, které mají na rozdíl od kolíků půlkulovou nebo zápustnou hlavu, případně krček. Jsou normalizované. Vyrábějí se o průměrech 2 až 4 mm. Jejich materiálem je ocel 11 341. Můžeme je zinkovat, niklovat, chromovat nebo kadmiovat, abychom je ochránili proti korozi. Hřeby mohou být často náhradou nýtů nebo šroubů. Využívají se například pro upevňování štítků a plechů. Využíváme je hlavně z důvodu nízké ceny.

Výpočet kolíků

Podle průřezu volíme průměr kolíku (normalizovaný, vždy větší než vypočtený rozměr). Následně je třeba překontrolovat otlačení mezi kolíkem a spojovanými součástmi.

Kolíkový spoj může být použit i pro spojení součástí, které přenášejí kroutící moment. I v tomto případě je kolík namáhán na střih ve dvou průřezech. Následně je kolík opět potřeba zkontrolovat na otlačení. Moment, který spoj přenáší, musí být v rovnováze s momentem dvojice sil, která způsobuje otlačení kolíku. Působiště sil je v těžišti tlakové plochy a velikost síly se určuje ze středního tlaku.

Dovolený tlak a napětí se volí s ohledem na předpětí, které vznikne zaražením kolíku do spoje a nerovnoměrnému rozložení síly na průřezy tak, aby nepřekročili směrné hodnoty.

Spojovací čepy

Čepy slouží ke kloubovému rozebiratelnému spojení součástí. Čepy mají větší průměr než kolíky. Protože umožňují propojeným součástem vzájemný pohyb (otáčení o malý úhel), bývají uložené s vůlí. Čepy jsou namáhány na tlak a tah. Mohou také nahrazovat krátké nosné hřídele (např. u kladek), pak jsou namáhány na ohyb.

Většina čepů je normalizována.

Čepy mohou být bez hlavys válcovou hlavou nebo se zápustnou hlavou.

Z důvodu pohyblivosti spoje musí být čep mazán. K tomu jsou v čepu vytvořené mazací kanálky, které jsou zakončené závitem u vnějšího otvoru a do závitu je zašroubovaná maznice na plastické mazivo. Pokud je čep většího průměru, může být z důvodu snížení hmotnosti dutý. U kloubových spojů, které přenášejí nárazové nebo střídavé namáhání, často používáme pružné čepy, které mají na jedné straně podélnou spáru (je přímá nebo lomená).

Čepy vyrábíme z ocelí, které jsou dobře obrobitelné (11 370, 11 420, 11 500 a 11 600). Čepy, které jsou velmi namáhané se povrchově kalí a brousí. Používáme na ně cementační oceli (12 020 a 14 220). Pružné čepy vyrábíme svinutím pérové oceli a následně jsou povrchově kaleny a broušeny.

Čepy jsou uloženy s vůlí D11/h11, B11/h11, D9/h8 nebo H8/h8 a H8/8.

Proti axiálnímu posunu je třeba čepy ve spoji zajistit. Toho dosáhneme například pomocí závlačky, matice, pružných kroužků nebo pojistných kroužků. Pootočení čepu brání kolíky, pojistné šrouby a přišroubovatelné přídržky. Čep bez hlavy je možné zajistit stavěcím šroubem, kuželovým kolíkem nebo rýhovaným kolíkem v jedné ze spojovaných součástí. Čepy malých průměrů mohou být zajištěny pouze na jednom konci. Bez zajištění může zůstat čep, který má svislou polohu a není nebezpečí, že by se ze spoje mohl nechtěně vyrazit, nebo který je často vyjímán.

Výpočet čepů

Čepy jsou namáhané na ohyb, a proto při určování jejich průměru vycházíme z pevnostní rovnice v ohybu. Pokud u spojovaných součástí nevzniká ohybová deformace, nebo jsou-li spojované součásti z materiálu, které je pevnější než materiál čepu, je třeba kontrolovat čep na střih.