Vreteno u strojarstvu i napretku tehnologije

Danas smo čuli za strojeve, razne alate za obradu materijala i mnoge dijelove od kojih su ti strojevi i alati sastavljeni. Vijak je “ključ” svega, i doslovno, vijak čuva sve na okupu. Ipak, koliko god ovisili o vijku, jedan drugi izum je dao poleta preciznim strojevima i strojarstvu kao tehnološkoj grani u današnjem svijetu. Strug, glodalica, stolna bušilica i mnogi drugi strojevi, koriste jedan dio koji daje preciznost koju tražimo. Riječ je o vretenu. Vreteno je zapravo jednostavan strojni dio, ali pametno osmišljen i odlično iskorišten.

U daljnjem tekstu, tek toliko da razjasnimo, pišemo o navojnom vretenu.

Što je navojno vreteno?

Navojno vreteno se u strojarstvu naziva vreteno. To je posebno izrađen strojni dio, koji najviše podsjeća na nekakav dobro izduženi vijak. Zapravo i radi na principu vijka, s nekim manjim ali značajnim razlikama. Primarna uloga ovog dijela je da svoju vrtnju (rotacijsko gibanje) pretvori u pravocrtno gibanje nekog drugog strojnog dijela koji naliježe na vreteno. Takvo zajedničko “ponašanje” ta dva dijela u strojarstvu zovemo translacija.

Dok radi, navojno vreteno se rotira oko svog kružnog presjeka, da bi se rotacijsko kretanje pretvorilo u pravocrtno na tijelo koje naliježe na vreteno s unutarnjim navojem.

Gore opisani spoj može dati precizne kretnje, odnosno mali pomak koji lako na stroju kontroliramo. Pored toga, dobro uklopljena dva navoja (vanjski navoj vretena i unutarnji navoj drugog strojnog dijela) daju minimalni zazor i pogrešku prilikom upravljanja strojnim dijelovima. Snaga koja se prenosi pomoću vretena je daleko veća, nego što je to moguće sa recimo klinastim remenom, ili nekim drugim prijenosnim mehanizmom. Dok će prijenos pomoću zupčanika dati veću mogućnost pogreške u hodu, radi većeg broja zupčanika u mehanizmu, kod navojnog vretena to nije slučaj.

Navojno vreteno se najviše koristi kod tokarilice, preše, moguće kod stupne bušilice, glodalice i kod preciznih strojeva za lasersku obradu materijala. Vretena su donedavno bila nezaobilazan dio preciznih CNC strojeva. I danas se vreteno koristi kod projektiranja preciznih strojeva ali i u 3D printerima.

Glavna razlika između navojnog vretena i vijka (osim u prividno beskonačno dugom tijelu vretena) jeste oblik navoja koji se koristi kod vretena. Vreteno najčešće može biti sa trapeznim, pilastim ili pravokutnim profilom navoja.

Vreteno po konstrukciji jako dobro pretvara kružno gibanje u pravocrtno, dok će u drugom smjeru doslovno zaustaviti pretvorbu ta dva gibanja. To je osobina koju tražimo prilikom izrade radnih strojeva, posebno kod strojeva od kojih očekujemo preciznost.

Zanimljiva usporedba

Kao i vreteno, jedan dio današnjih automobila obavlja sličnu funkciju. Puž spoj u upravljačkom mehanizmu ima sličnu ulogu. Dakle, navojni dio spojen je na upravljač na jednoj strani i kotače na drugoj strani. Vozač će s lakoćom raditi kružne kretnje na upravljaču, što će pravocrtnim gibanjem stići do upravljačkog mehanizma na kotačima. Sa druge strane, kotači neće s lakoćom pretvoriti pravocrtno gibanje upravljanja, na kružno koje se primijeti na upravljaču. Da budemo točni do kraja, dok se vozilo kreće, upravljački mehanizam će se poravnati da bi se vozilo kretalo ravno, ali samo zato što su navoji na upravljačkom spoju urađeni tako da propuštaju jednim dijelom pretvorbu gibanja i na suprotnu stranu.

Trajnost vretena i sile koje na njega djeluju

Vratimo se malo na vreteno, onaj dio u strojarstvu. Dakle, sila koja djeluje na vreteno (koja radi kružno gibanje), s lakoćom će pravocrtno gibati dio spojen na navoj vretena. Pomak ovisi o nagibu navoja, tako i preciznost. Sila kojom drugo tijelo djeluje na navoj vretena (suport tokarilice) ne može pravocrtno kretanje pretvoriti u kružno. Nagib navoja na vretenu je toliko mali, da takve sile djeluju gotovo okomito na dodirnu površinu. To znači da će prije popustiti materijal (čelik), i da će doći do uništenja samog spoja, nego što će se pravocrtno gibanje uspješno pretvoriti u kružno gibanje vretena.

Vreteno je daleko trajniji dio nego što su kaiš spojevi, zupčasti prijenosi isl… Ipak, navojno vreteno s vremenom pokaže znakove istrošenosti, što će se dalje osjetiti na preciznosti stroja i dijelova koji su na njemu izrađeni. Navojno vreteno treba redovno mijenjati, kada se uoče tragovi propadanja, ili prema tehničkim specifikacijama proizvedenog dijela.