Jak vybírat a používat nylonové spojovací prvky

Elektronická zařízení vyžadují montážní prvky pro zajištění desek plošných spojů, instalaci dceřiných desek, uzavíracích panelů a další použití. Existuje mnoho typů šroubů, matic a nýtů vyrobených z různých materiálů. Výběr spojovacích prvků musí zohledňovat jedinečné potřeby elektronických aplikací, včetně elektrické izolace, odolnosti proti korozi a vibracím, nízké hmotnosti, nemagnetických vlastností a slepých instalací.

Tento článek pojednává o různých nylonových spojovacích prvcích, jejich výběru a použití. Pro ilustrativní účely jsou použity příklady od společnosti Essentra Components včetně šroubů, matic, zacvakávacích nýtů, ostnatých spojovacích prvků a trhacích nýtů.

Proč nylon na spojovací materiál?

Nylon je skupina vysoce kvalitních, technických termoplastických lineárních polyamidů s vysokou mechanickou pevností, dobrou odolností proti únavě, nárazu a korozi a vynikajícími elektrickými izolačními vlastnostmi. Má také nízkou hmotnost ve srovnání s kovy, jako je hliník, a nabízí vyšší odolnost proti opotřebení. Díky těmto vlastnostem je ideální pro elektronické aplikace. Se zmenšováním elektronických zařízení je snížení hmotnosti hlavním konstrukčním cílem. Z hlediska spolehlivosti a uživatelského komfortu může být uvolněný kovový spojovací prvek v aktivním elektronickém zařízení katastrofou; uvolněný nevodivý nylonový spojovací prvek je pouze nepříjemný.

Nejběžnější typy nylonu používané v spojovacích prvcích pro technické aplikace jsou nylon 6 a nylon 6/6. Nylon 6 je polymer odvozený z více monomerů, každý se šesti atomy uhlíku. Chemický vzorec nylonu je (C6H11NO)n. Nylon 6/6 je vyroben ze dvou monomerů, každý se šesti atomy uhlíku: odtud plyne název nylon 6/6.

Nylon 6/6 je častěji používaným materiálem pro spojovací prvky díky nižší ceně a mírně vyššímu teplotnímu rozsahu.

Typy spojovacích prvků

Spojovací prvek je montážní součást, která dočasně nebo trvale mechanicky vzájemně spojuje dva nebo více předmětů. Oblíbené mechanické spojovací prvky jsou šrouby, matice a nýty.

Šroub je spojovací prvek používající spirálovou drážku (závit) vyříznutou do vnější strany válcového tělesa. Spojuje se s obrácenou šroubovicovou drážkou vyříznutou do vnitřní části spojovacího otvoru. Šroubu se otáčením do otvoru se závitem posouvá do protilehlé plochy. Šroub je primárně definován hlavním průměrem, stoupáním závitu, délkou, typem hlavy a způsobem ovládání (obrázek 1).

Obrázek 1: šrouby jsou specifikovány podle typu hlavy, způsobu ovládání, hlavního průměru, stoupání závitu a délky. (Zdroj obrázku: autor, s použitím materiálu od společnosti Essentra Components)

Stoupání závitu je vzdálenost, o kterou se šroub posune při jedné otáčce, nebo vzdálenost mezi vrcholy sousedních závitů. V USA se stoupání běžně určuje počtem závitů na jednotku délky. Norma Unified Thread Standard (UTS) používá v Severní Americe jako jednotku délky palce (in.). Šrouby UTS jsou specifikovány svým jmenovitým průměrem a počtem závitů; například ¼-20 je šroub o průměru ¼ palce s 20 závity na palec.

Šrouby s průměrem menším než ¼ palce jsou specifikovány celočíselným údajem 0 až 16, které se nazývá kalibr. Čím vyšší je kalibr, tím větší je průměr.

Hlavní průměr šroubu lze určit vynásobením kalibru číslem 0,013 a přičtením součinu k hodnotě 0,060 palců. Šroub #6 má tedy průměr (6 x 0,013) + 0,060 nebo 0,138 palce (3,5 mm).

Existuje také metrický standard, kde jsou šrouby označeny písmenem M, za kterým následuje hlavní průměr šroubu v mm a poté stoupání závitu v mm.

Jako příklad nylonového šroubu UTS lze uvést model 011024H100 #10-24 od společnosti Essentra Components o délce1 palce (25,4 mm) s nylonovou krytkou a šestihrannou hlavou. Protilehlou nylonovou šestihrannou maticí #10-24 je model 0401024HN od společnosti Essentra Components. Spojovací prvky #10 mají hlavní průměr 0,19 palce (4,826 mm).

Výběr typů hlav závisí na aplikaci. Ploché a oválné hlavy se zapuštěnými otvory se vyznačují povrchy bez okrajů, které nezachycují oblečení nebo předměty. Šrouby se šestihranným otvorem a čočkovou hlavou mají obecně vyšší výšku hlavy a často se používají v otvorech s válcovým zahloubením. Šrouby s plochým koncem, jako jsou spojovací, zaoblené válcové a knoflíkové hlavy, se používají k přidržování vodičů ve svorkových lištách. Šestihranné a nástrčné hlavy jsou určeny pro aplikace vyžadující utahování vysokým kroutícím momentem.

Drážkové hlavy představují nejzákladnější způsob ovládání a nejlépe se otáčejí ručně. Křížové, šestihranné a nástrčné hlavy se často používají s elektrickými šroubováky, aby se zabránilo sklouznutí hlavy šroubováku ze šroubu.

Nýty

Nýt je mechanický spojovací prvek bez závitu, který drží součásti pohromadě. Existuje mnoho typů nylonových nýtů, včetně zacvakávacích, ostnatých, jedlových nebo nástrčných nýtů, montážních knoflíků a slepých nebo trhacích nýtů. Z hlediska instalačních vlastností lze nýty rozdělit na trvalé, odnímatelné a slepé. Bez ohledu na typ vyžadují všechny nýty předvrtaný otvor skrz spojovací prvky. Různá provedení nýtů používají různé mechanismy ukotvení. Například zacvakávací nýt SR-3075W od společnosti Essentra Components používá rozšiřující průchodku (obrázek 2).

Obrázek 2: zacvakávací nýt, například model SR-3075W, používá k ukotvení rozšiřující průchodku. (Zdroj obrázku: autor, s použitím materiálu od společnosti Essentra Components)

Po vložení zacvakávacího nýtu do otvoru dojde k zasunutí hlavy a k roztažení průchodky, která zajistí ukotvení. Nýt je definován průměrem hlavy, délkou a průměrem nýtu a rozsahem uchopení. Rozsah uchopení je tloušťka upevněných součástí, přes kterou bude nýt správně plnit svou funkci. Nýt SR-3075W od společnosti Essentra Components má průměr hlavy 0,253 palce (6,4 mm), délku 0,295 palce (7,5 mm), průměr 0,118 palce (3 mm) a rozsah uchopení 0,197 až 0,236 palce (5 až 5,99 mm). Tento typ nylonového nýtu lze vyjmout vytažením hlavy.

Ostnatý neboli jedlový nýt, například model 27XT1250250 od společnosti Essentra Components, používá k zajištění součástí žebrovaný dřík (obrázek 3).

Obrázek 3: žebra ostnatých nýtů, jaká používá model 27XT1250250, jsou šikmá, aby se snadno zasunula do otvoru a zároveň zabraňovala vytažení nýtu. (Zdroj obrázku: autor, s použitím materiálu od společnosti Essentra Components)

Žebra ostnatého nýtu jsou šikmá, aby se při vkládání stlačila a zároveň fixovala do bočních stěn otvoru a zabraňovala tak vytažení nýtu. Tyto nýty lze používat s kovovými, pěnovými, pryžovými, plastovými a dokonce i s dřevěnými součástmi.

Nýt 27XT1250250 od společnosti Essentra Components je určen do otvoru o průměru 0,125 palce (3,18 mm). Nýt je dlouhý 0,321 palce (8,15 mm) a používá rozsah uchopení 0,062 až 0,250 palce (1,58 až 6,35 mm).

Dalším typem ostnatého nýtu je dvoudílný ráčnový nýt, např. model BR1-226-01 od společnosti Essentra Components. Tento typ spojovacího prvku je vhodný pro spojování tenkých součástí. Jeho funkce je založena na vzájemném spojení dvou polovin ráčnového nýtu do jediného spojovacího prvku (obrázek 4).

Obrázek 4: dva díly ráčnového nýtu BR1-226-01 do sebe zapadají svými uchopovacími zuby a vytvářejí tak pevný spoj. (Zdroj obrázku: autor, s použitím materiálu od společnosti Essentra Components)

Nýt BR1-226-01 od společnosti Essentra Components vyžaduje průměr otvoru 0,281 palce (7,14 mm). Je dlouhý 0,226 palce (5,74 mm) a má rozsah uchopení 0,235 až 0,297 palce (5,97 až 7,54 mm).

Tlačné nýty, například model 61PR400600 od společnosti Essentra Components (obrázek 5), poskytují rychlé, spolehlivé a trvalé připevnění. Tyto slepé nýty nevyžadují přístup k zadní straně spojovaných součástí.

Obrázek 5: tlakem na předmontovaný píst 61PR400600 dojde k roztažení nýtu, čímž vznikne pevné a trvalé spojení. (Zdroj obrázku: autor, s použitím materiálu od společnosti Essentra Components)

Nástrčné nýty se instalují vložením těla nýtu do otvoru v panelu a zatlačením připojeného pístu do sestavy pomocí instalačního nástroje, čimž dojde k roztažení nýtu. Předmontovaný píst 61PR400600 od společnosti Essentra Components je dlouhý 0,445 palce (11,3 mm) a montuje se do otvoru o průměru 0,187 palce (4,75 mm). Píst má rozsah uchopení 0,078 až 0,375 palce (1,98 až 9,53 mm).

Montážní knoflík neboli canoe-clipl 27AC0011 od společnosti Essentra Components je snadno instalovatelný montážní prvek pro zajištění plechových dílů nebo lehkých součástí bez nářadí (obrázek 6).

Obrázek 6: montážní knoflík 27AC0011 je ideální pro vzájemnou fixaci tenkých plechových nebo lehkých součástí. (Zdroj obrázku: autor, s použitím materiálu od společnosti Essentra Components)

Instalace je tak jednoduchá, že stačí těleso nýtu zasunout do předvrtaného kulatého otvoru a zatlačit na jeho hlavu tak, aby zapadl do určené polohy. Tento nýt, který zapadá do otvoru o průměru 0,192 palce (4,9 mm), je dlouhý 0,515 palce (13,08 mm). Píst má rozsah uchopení 0,165 až 0,185 palce (4,2 až 4,7 mm).

Trhací neboli upínací nýt je další typ nýtu pro slepé vkládání, který nevyžaduje přístup k zadní straně panelu. Příkladem je přesně lisovaná nylonová jednotka CR32-2-1 od společnosti Essentra Components (obrázek 7).

Obrázek 7: trhací nýt vyžaduje nástroj, který přitáhne vřeteno nýtu směrem k hlavě, což způsobí zborcení nýtu a rozšíření do otvoru. (Zdroj obrázku: Essentra Components)

Model CR32-2-1 je opatřen trnem procházejícím jeho tělem. Po zasunutí nýtu do otvoru se pomocí nýtovacího nástroje protáhne vřeteno nýtu jeho tělem. Tím dojde ke zborcení těla nýtu, které se rozšíří do otvoru a vzájemně zajistí spojované součásti. Tento nýt má průměr 0,126 palce (3,2 mm) a délku 0,378 palce (9,6 mm). Vyžaduje průměr otvoru 0,130 palce (3,3 mm) a má rozsah uchopení 0,157 až 0,276 palce (4,0 až 7,0 mm).

Jednotlivé typy nýtů jsou nabízeny v řadě průměrů a délek, aby odpovídaly požadavkům dané aplikace.

Technické údaje nýtů

Výběr potřebné velikosti nýtu usnadňuje katalog od společnosti Essentra Components. Uživatel začíná výběrem typu nýtu. Katalog uvádí řadu vhodných průměrů otvorů a délek nýtů pro daný rozsah uchopení na základě tloušťky spojovaných součástí (obrázek 8).

Obrázek 8: katalog společnosti Essentra popisuje metodu volby nýtů podle tloušťky spojovaných součástí. (Zdroj obrázku: Essentra Components)

V ukázce vybraných zacvakávacích nýtů do otvoru o průměru 0,083 až 0,087 palce (2,1 až 2,2 mm) je uvedeno sedm vhodných modelů. Pro rozsah uchopení 0,205 až 0,225 palce (5,2 až 5,7 mm) je k dosažení potřebné tloušťky spoje vyžadován nýt o délce 0,295 palce (7,5 mm) (linie 7).

Závěr

Nylonové spojovací prvky nabízejí mnoho výhod pro elektroniku, spotřebiče a automobilové aplikace. V porovnání se svými kovovými protějšky jsou lehčí, nevodivé, odolné proti korozi a dostupné v mnoha typech a velikostech.