Menu Zamknij

Historia śruby

Na pierwszy rzut oka, śruba może wydawać się bardzo prostym elementem, który trzyma rzeczy razem. Ale zagłębiając się nieco głębiej, zdasz sobie sprawę, że za pozornie nieistotnymi śrubami i wkrętami kryje się coś więcej niż na pierwszy rzut oka. Bez nich wszystkie nasze gadżety i maszyny rozpadłyby się na kawałki.

Śruby są jednym z najczęstszych elementów używanych w budownictwie i projektowaniu maszyn. Trzymają wszystko razem – od śrub w elektrycznych szczoteczkach do zębów i zawiasach drzwi do masywnych śrub, które zabezpieczają betonowe filary w budynkach. Jednak czy kiedykolwiek zastanawialiście się, skąd się wzięły?

Historia gwintów sięga 400 r. p.n.e., jednak najbardziej znaczące postępy we współczesnym procesie produkcji śrub i wkrętów miały miejsce w ciągu ostatnich 150 lat. Eksperci różnią się co do pochodzenia skromnej nakrętki i śruby. W swoim artykule „Nuts and Bolts” Frederick E. Graves twierdzi, że gwintowana śruba i pasująca do niej nakrętka służą jako łącznik dopiero od XV wieku. Opiera ten wniosek na pierwszym drukowanym zapisie o śrubach pojawiającym się w książce na początku XV wieku.

Jednakże Graves przyznaje również, że nawet jeśli gwintowana śruba pochodzi z XV wieku, niegwintowana śruba sięga czasów rzymskich, kiedy była używana do „ryglowania drzwi, jako czopy do otwierania i zamykania drzwi oraz jako śruby klinowe: pręt lub pręt ze szczeliną, w którą wkładano klin, aby śruba nie mogła się poruszyć.” Sugeruje on również, że Rzymianie opracowali pierwszą śrubę, która była wykonana z brązu, a nawet srebra. Gwinty były spiłowywane ręcznie lub składały się z drutu nawiniętego wokół pręta i przylutowanego.

Zgodnie z badaniami eksperta od śrub, Billa Ecclesa, historia gwintu śruby sięga znacznie dalej. Archimedes (287 p.n.e.-212 p.n.e.) opracował zasadę działania śruby i wykorzystał ją do skonstruowania urządzeń do podnoszenia wody. Istnieją jednak oznaki, że śruba wodna mogła powstać w Egipcie przed czasami Archimedesa. Była ona zbudowana z drewna i służyła do nawadniania gruntów i usuwania wody zęzowej ze statków. „Ale wielu uważa, że gwint śruby został wynaleziony około 400 r. p.n.e. przez Archytasa z Tarentum, który często był nazywany założycielem mechaniki i uważany za współczesnego Platona” – pisze Eccles na swojej stronie internetowej.

Historię można podzielić na dwie części: same nici, które pochodzą z około 400 r. p.n.e., kiedy były używane w takich przedmiotach jak spirala do podnoszenia wody, prasy do winogron do produkcji wina, oraz same łączniki, które są w użyciu od około 400 lat.

Przenosząc się do XV wieku, Johann Gutenberg używał śrub w mocowaniach swoich pras drukarskich. Tendencja do używania śrub nabrała rozpędu, a ich zastosowanie rozszerzyło się na takie przedmioty jak zegary i zbroje. Według Gravesa, notatniki Leonarda da Vinci z końca XV i początku XVI wieku zawierają kilka projektów maszyn do cięcia śrub.

Co do tego zgadza się większość badaczy tego tematu, to fakt, że to Rewolucja Przemysłowa przyspieszyła rozwój nakrętek i śrub i umieściła je mocno na mapie jako ważny komponent w świecie inżynierii i budownictwa.

W „History of the Nut and Bolt Industry in America” autorstwa W.R. Wilbur’a z 1905 roku przyznaje, że pierwsza maszyna do produkcji śrub i wkrętów została wykonana przez Besson’a we Francji w 1568 roku, który później wprowadził przymiar lub płytę do cięcia śrub do stosowania w tokarkach. W 1641 roku angielska firma Hindley of York ulepszyła to urządzenie i stało się ono powszechnie stosowane.

Po drugiej stronie Atlantyku, w USA, niektóre z udokumentowanych historii śruby można znaleźć w Carriage Museum of America. Nakrętki w pojazdach zbudowanych na początku XIX wieku były bardziej płaskie i kwadratowe niż w późniejszych pojazdach, które miały fazowane rogi na nakrętkach, a spłaszczenie zostało przycięte na śrubach. Wykonywanie śrub w tym czasie było uciążliwym i żmudnym procesem.

Początkowo gwinty śrub do elementów złącznych były wykonywane ręcznie, ale wkrótce, ze względu na znaczny wzrost popytu, konieczne było przyspieszenie procesu produkcji.

W Wielkiej Brytanii w 1760 roku J i W Wyatt wprowadzili proces fabryczny do masowej produkcji gwintów śrubowych. Jednak ten kamień milowy doprowadził do kolejnego wyzwania: każda firma produkowała swoje własne gwinty, nakrętki i śruby, więc na rynku istniał ogromny wybór gwintów śrub o różnych rozmiarach, co powodowało problemy dla producentów maszyn.

Dopiero w 1841 roku Joseph Whitworth znalazł rozwiązanie. Po latach badań, zbierając próbki śrub z wielu brytyjskich warsztatów, zaproponował standaryzację rozmiaru gwintu śruby w Wielkiej Brytanii, tak aby, na przykład, ktoś mógł zrobić śrubę w Anglii, a ktoś w Glasgow mógł zrobić nakrętkę i obie pasowałyby do siebie. Jego propozycja polegała na tym, że kąt boku gwintu został ustandaryzowany na 55 stopni, a liczba gwintów na cal powinna być określona dla różnych średnic.
Podczas gdy w Wielkiej Brytanii zajmowano się tą kwestią, Amerykanie próbowali zrobić to samo i początkowo zaczęli używać gwintu Whitwortha.

W 1864 roku William Sellers zaproponował 60-stopniową formę gwintu i różne skoki gwintu dla różnych średnic. To rozwinęło się w American Standard Coarse Series i Fine Series. Jedną z przewag Amerykanów nad Brytyjczykami było to, że ich forma gwintu miała płaskie korzenie i grzbiety. Dzięki temu był on łatwiejszy w produkcji niż standard Whitwortha, który miał zaokrąglone korzenie i wierzchołki. Stwierdzono jednak, że gwint Whitwortha lepiej sprawdzał się w zastosowaniach dynamicznych, a zaokrąglony korzeń gwintu Whitwortha poprawiał wydajność zmęczeniową.

Podczas I wojny światowej brak spójności pomiędzy gwintami śrub w różnych krajach stał się ogromną przeszkodą dla wysiłku wojennego; podczas II wojny światowej stał się jeszcze większym problemem dla sił alianckich. W 1948 roku Wielka Brytania, USA i Kanada uzgodniły gwint zunifikowany jako standard dla wszystkich krajów, które używały miar imperialnych. Wykorzystuje on podobny profil jak gwint metryczny DIN opracowany wcześniej w Niemczech w 1919 roku. Było to połączenie tego, co najlepsze w formie gwintu Whitwortha (zaokrąglony korzeń w celu poprawy wydajności zmęczeniowej) i gwintu Sellersa (kąt boku 60 stopni i płaskie grzebienie). Jednak większy promień wierzchołka gwintu zunifikowanego okazał się korzystniejszy niż profil metryczny DIN. Doprowadziło to do powstania gwintu metrycznego ISO, który jest dziś używany we wszystkich krajach uprzemysłowionych.

Pracujący w przemyśle byli świadkami wielu dostrojeń śrub w ostatnich dziesięcioleciach. „Kiedy zaczynałem pracę w branży 35 lat temu, wytrzymałość śrub nie była tak w pełni zdefiniowana jak dzisiaj”, wspomina Eccles. „Wraz z wprowadzeniem nowoczesnych metrycznych klas właściwości i ostatnich aktualizacji odpowiednich norm ISO, opis wytrzymałości śruby i metody testowe stosowane do ustalenia ich właściwości są teraz znacznie lepiej zdefiniowane.”

Ponieważ przemysł surowcowy stał się bardziej wyrafinowany, DNA śrub zmieniło się ze stali na inne, bardziej egzotyczne materiały, aby sprostać zmieniającym się potrzebom przemysłu.

W ciągu ostatnich 20 lat nastąpił rozwój stopów na bazie niklu, które mogą pracować w środowiskach o wysokiej temperaturze, takich jak turbosprężarki i silniki, w których stal nie radzi sobie tak dobrze. Ostatnie badania koncentrują się na śrubach z metali lekkich, takich jak aluminium, magnez i tytan.

Dzisiejsza technologia śrub przeszła długą drogę od czasów, gdy śruby i wkręty były wykonywane ręcznie, a klienci mogli wybierać jedynie pomiędzy podstawowymi stalowymi nakrętkami i śrubami. Obecnie, dzięki rozwiązaniom takim jak Nord-Lock, wprowadzono znaczące ulepszenia w technologii połączeń śrubowych, w tym systemy klinowe. Klienci mogą wybrać wstępnie zmontowane podkładki z płatków cynku lub stali nierdzewnej, nakrętki do kół przeznaczone do płaskich obręczy stalowych lub śruby kombi, które są dostosowane do różnych zastosowań. Superbolt dodaje produkty śrubowe stosowane w przemyśle ciężkim, takim jak przemysł morski, energetyczny i wydobywczy, robiąc ogromny krok w kierunku stania się światowym liderem w zabezpieczaniu śrub.

Obecnie kładzie się również dużo większy nacisk na analizowanie połączeń. „W przeszłości ludzie decydowali się na określony rozmiar łącznika wyłącznie w oparciu o swoje doświadczenie. I, trzymając kciuki, to by działało” – wyjaśnia Eccles. „Obecnie ludzie bardziej skupiają się na analizie i upewnianiu się, że wszystko działa, zanim produkty zostaną zbudowane i wysłane na rynek.”

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *