Σχεδόν όλα τα προϊόντα μηχανικής διαφορετικής πολυπλοκότητας χρησιμοποιούν νήμασυνδετήρες. Σε σύγκριση με τις περισσότερες άλλες μεθόδους σύνδεσης, ένα βασικό πλεονέκτημα των συνδετήρων με σπείρωμα είναι ότι μπορούν να αποσυναρμολογηθούν και να επαναχρησιμοποιηθούν.
Αυτό το χαρακτηριστικό είναι συνήθως ο λόγος για τον οποίο προτιμώνται οι συνδετήρες με σπείρωμα έναντι άλλων μεθόδων σύνδεσης και συχνά διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στη διατήρηση της δομικής ακεραιότητας των προϊόντων.
Ωστόσο, αποτελούν επίσης σημαντική πηγή προβλημάτων σε μηχανήματα και άλλα εξαρτήματα. Η αιτία αυτών των προβλημάτων έγκειται στον αυτο-μηχανισμό χαλάρωσης. Αυτός ο μηχανισμός αυτο-χαλάρωσης αποτελεί εδώ και καιρό πρόβλημα και τα τελευταία 150 χρόνια, οι σχεδιαστές ανέπτυξαν μεθόδους για να αποτρέψουν αυτό το περιστατικό.
Πολλοί συνηθισμένοι τύποι μεθόδων ασφάλισης για συνδετήρες με σπείρωμα εφευρέθηκαν πριν από περισσότερα από 100 χρόνια, ωστόσο μόνο τα τελευταία χρόνια έχουν γίνει κατανοητοί οι κύριοι μηχανισμοί που οδηγούν σε αυτό-χαλάρωση. Υπάρχουν πολλοί μηχανισμοί που μπορούν να προκαλέσουν χαλάρωση των συνδετήρων με σπείρωμα, οι οποίοι μπορούν να χωριστούν σε περιστροφική χαλάρωση και μη{3}}περιστροφική χαλάρωση.
Περιστροφική και μη-Χαλάρωση περιστροφής
Στη συντριπτική πλειονότητα των εφαρμογών, οι συνδετήρες με σπείρωμα σφίγγονται και εφαρμόζεται προφόρτιση στη σύνδεση. Η χαλάρωση μπορεί να γίνει κατανοητή ως η επακόλουθη απώλεια προφόρτισης μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας σύσφιξης. Αυτό μπορεί να συμβεί με δύο τρόπους:
Η περιστροφική χαλάρωση, που συνήθως αναφέρεται ως αυτο-χαλάρωση, αναφέρεται στην περιστροφή του συνδετήρα υπό την επίδραση εξωτερικών φορτίων.
Η μη{0}}περιστροφική χαλάρωση αναφέρεται στην απώλεια προφόρτισης χωρίς σχετική κίνηση μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού νήματος.
Χαλάρωση συνδετήρων που προκαλείται από μη-Χαλάρωση με περιστροφή
Μπορεί να προκύψει μη-περιστροφική χαλάρωση λόγω παραμόρφωσης του ίδιου του συνδετήρα ή των συνδεδεμένων εξαρτημάτων μετά τη συναρμολόγηση. Αυτό είναι το αποτέλεσμα μερικής πλαστικής κατάρρευσης αυτών των διεπαφών.
Μεγεθυμένη όψη επαφής τραχιάς επιφάνειας
Όταν δύο επιφάνειες έρχονται σε επαφή μεταξύ τους, κάθε επιφάνεια φέρει το φορτίο της επιφάνειας έδρασης. Επειδή το πραγματικό εμβαδόν επαφής είναι πολύ μικρότερο από το εμβαδόν της επιφάνειας, ακόμη και υπό μέτρια φορτία, υφίστανται συνεχώς πολύ υψηλές τοπικές τάσεις, οι οποίες υπερβαίνουν την αντοχή διαρροής του υλικού.
Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε μερική κατάρρευση της επιφάνειας μετά την ολοκλήρωση της λειτουργίας σύσφιξης. αυτή η κατάρρευση συνήθως αναφέρεται ως ενσωμάτωση.
Η ποσότητα της δύναμης σύσφιξης που χάνεται λόγω της ενσωμάτωσης εξαρτάται από την ακαμψία του μπουλονιού και των συνδεδεμένων εξαρτημάτων, τον αριθμό των επιφανειών επαφής που υπάρχουν στη σύνδεση, την τραχύτητα της επιφάνειας και την εφαρμοζόμενη επιφανειακή τάση του ρουλεμάν.
Κάτω από συνθήκες μέτριας επιφανειακής καταπόνησης, η εμφύτευση προκαλεί συνήθως απώλεια δύναμης σύσφιξης περίπου 1% έως 5% μέσα στα πρώτα δευτερόλεπτα μετά τη σύσφιξη της άρθρωσης. Όταν η άρθρωση στη συνέχεια υποβληθεί σε εφαρμοζόμενα δυναμικά φορτία, η δύναμη σύσφιξης μπορεί να μειωθεί περαιτέρω λόγω αλλαγών στην πίεση που συμβαίνουν στην επιφάνεια επαφής της άρθρωσης.
Εάν η επιφανειακή τάση ρουλεμάν διατηρείται κάτω από τη θλιπτική αντοχή διαρροής του συνδεδεμένου εξαρτήματος, η ποσότητα της απώλειας ενσωμάτωσης μπορεί να υπολογιστεί και να αντισταθμιστεί στο σχέδιο σύνδεσης.
Η θεωρία του Junker για την αυτοκόλλητη στερέωση-
Το 1969, ο Gerhard Junker χρησιμοποίησε τα αποτελέσματα των δοκιμών μηχανικής για να υποστηρίξει τη θεωρία του σχετικά με το γιατί οι συνδετήρες με σπείρωμα χαλαρώνουν αυτόματα. Το βασικό του εύρημα ήταν ότι μόλις συμβεί σχετική κίνηση μεταξύ των ταιριασμένων νημάτων και μεταξύ της επιφάνειας έδρασης του συνδετήρα και του υλικού σύσφιξης, ο προφορτισμένος συνδετήρας θα χαλαρώσει λόγω περιστροφής.
Διαπιστώθηκε επίσης ότι τα εγκάρσια δυναμικά φορτία προκαλούν πιο σοβαρή χαλάρωση από τα αξονικά δυναμικά φορτία. Ο λόγος είναι ότι η ακτινική κίνηση κάτω από αξονικά φορτία είναι σημαντικά μικρότερη από αυτή υπό εγκάρσια φορτία.
Εγκάρσια Κίνηση Βιδωμένων Συνδέσεων
Ο Junker έδειξε ότι ένας προφορτωμένος συνδετήρας θα χαλαρώσει μόνος του-όταν σημειωθεί σχετική κίνηση μεταξύ των ταιριασμένων νημάτων και της επιφάνειας έδρασης του συνδετήρα. Αυτό συμβαίνει όταν η εγκάρσια δύναμη που ασκείται στον σύνδεσμο είναι μεγαλύτερη από τη δύναμη τριβής που δημιουργείται από την προφόρτιση του μπουλονιού.
Για μικρές εγκάρσιες μετατοπίσεις, μπορεί να συμβεί σχετική κίνηση μεταξύ των πλευρών του σπειρώματος και των επιφανειών επαφής του ρουλεμάν. Μόλις ξεπεραστεί το διάκενο του σπειρώματος, ο κοχλίας θα υποβληθεί σε δυνάμεις κάμψης και εάν η εγκάρσια ολίσθηση επιμένει, θα συμβεί ολίσθηση στην επιφάνεια έδρασης κάτω από την κεφαλή του μπουλονιού.
Μόλις ξεκινήσει, δεν θα υπάρχει προσωρινά τριβή στα σπειρώματα και κάτω από την κεφαλή του μπουλονιού. Η ροπή-αυτόματος χαλάρωσης που δημιουργείται από την προφόρτιση που επενεργεί στη γωνία της έλικας του σπειρώματος προκαλεί την αντίστοιχη περιστροφή μεταξύ του παξιμαδιού και του μπουλονιού. Κάτω από επαναλαμβανόμενες εγκάρσιες κινήσεις, αυτός ο μηχανισμός μπορεί να προκαλέσει πλήρη χαλάρωση του συνδετήρα.
Για να μελετήσει τα αίτια της χαλάρωσης, ο Junker ανέπτυξε μια μηχανή δοκιμών, όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα, η οποία ποσοτικοποιεί την αποτελεσματικότητα κατά της χαλάρωσης των σχεδίων συνδετήρων.
Δοκιμαστική μηχανή στερέωσης Junker
Τα ρουλεμάν σφαιρών χρησιμοποιούνται για την εξάλειψη του φαινομένου τριβής μεταξύ των κινούμενων και σταθερών πλακών. Όταν εφαρμόζεται εγκάρσια κίνηση από την κινούμενη πλάκα που συσφίγγει το παξιμάδι, η κυψέλη φόρτωσης παρακολουθεί συνεχώς το φορτίο του μπουλονιού.
Σε σύγκριση με τα συνηθισμένα πρότυπα δοκιμής δόνησης, η απώλεια προφόρτισης μπορεί να μετρηθεί κατά τη διάρκεια της δοκιμής και μπορεί να σχεδιαστεί ένα γράφημα της προφόρτισης σε σχέση με τον αριθμό κύκλου.
Η αρχή της μηχανής Junker είναι ότι η εγκάρσια μετατόπιση που δημιουργείται από το έκκεντρο προκαλεί την ταλάντωση του συνδετήρα, ξεπερνώντας τη δύναμη τριβής του συνδετήρα για να προκαλέσει χαλάρωση.
Στιγμιότυπο οθόνης του Junker Testing Machine
Καμπύλη χαλάρωσης δόνησης Junker Test
Μέσω των δοκιμών Junker, μπορεί να συγκριθεί η απόδοση διαφόρων σχεδίων στερέωσης κατά της χαλάρωσης-. Τις τελευταίες δύο δεκαετίες, έχει ολοκληρωθεί ένας μεγάλος αριθμός μελετών σχετικά με τα υπάρχοντα σχέδια κατά της χαλάρωσης των συνδετήρων, προκειμένου να συγκριθούν οι ιδιότητες κατά της χαλάρωσης.
Για αποτελεσματική σύγκριση, είναι σημαντικό να χρησιμοποιείτε το ίδιο εύρος δόνησης, καθώς αυτό έχει σημαντικό αντίκτυπο στα αποτελέσματα. Το παρακάτω σχήμα δείχνει ένα τυπικό αποτέλεσμα δοκιμής μιας ελατηριωτής ροδέλας.
Η δοκιμή έδειξε ότι η τοποθέτηση ενός ελικοειδούς ελατηρίου ροδέλας κάτω από την κεφαλή του μπουλονιού στην πραγματικότητα επιτάχυνε τη χαλάρωση. Άλλοι έχουν επίσης αποδείξει ότι η χρήση τέτοιων ροδέλες έχει παρόμοια απόδοση με τη χρήση μπουλονιών χωρίς συσκευές ασφάλισης.
Πολλοί μεγάλοι κατασκευαστές OEM, γνωρίζοντας αυτά τα ευρήματα, δεν προσδιορίζουν πλέον τέτοια πλυντήρια στα εσωτερικά τους πρότυπα.
Πολλές συσκευές ασφάλισης που χρησιμοποιούνται για συνδετήρες με σπείρωμα βασίζονται στην αποτροπή της σχετικής κίνησης μεταξύ των σπειρωμάτων (π.χ. νάιλον παξιμάδια ασφάλισης) ή της σχετικής κίνησης μεταξύ της επιφάνειας έδρασης και των συνδεδεμένων εξαρτημάτων (π.χ. διάφοροι τύποι ροδέλες "ασφάλισης").
Ωστόσο, τόσο ο Junker όσο και άλλοι μετέπειτα ερευνητές έχουν επισημάνει τη σημασία της αποτροπής της εγκάρσιας κίνησης της άρθρωσης: ένας κατάλληλος σχεδιασμός κοχλιωτής σύνδεσης διασφαλίζει ότι η δύναμη σύσφιξης του μπουλονιού είναι επαρκής για να αποτρέψει την εγκάρσια κίνηση μέσω της τριβής των συνδετικών πλακών, αποφεύγοντας έτσι τη χαλάρωση.
Κατά τη φάση σχεδιασμού, αυτό μπορεί να επιτευχθεί επιλέγοντας το κατάλληλο μέγεθος και αντοχή συνδετήρα, έτσι ώστε η προφόρτιση να μπορεί να δημιουργήσει επαρκή τριβή για να αντισταθεί στην κίνηση της άρθρωσης που προκαλείται από εξωτερικά φορτία.
Screw Jun's Conclusion
Η βασική αιτία της χαλάρωσης του συνδετήρα με σπείρωμα είναι η κίνηση της άρθρωσης, ιδιαίτερα η εγκάρσια ολίσθηση τουσπειρώματα μπουλονιώνκαι φέρουσες επιφάνειες. Εάν μπορεί να επιτευχθεί επαρκής προφόρτιση από το μπουλόνι για να αποφευχθεί η κίνηση της άρθρωσης, δεν απαιτείται συσκευή ασφάλισης, καθώς η τριβή θα συγκρατήσει τα εξαρτήματα ενωμένα.
Το κύριο πρόβλημα στο σχεδιασμό του συνδετήρα με σπείρωμα είναι η διασφάλιση ότι η προφόρτιση είναι επαρκής για να συγκρατεί τα μέρη σταθερά μεταξύ τους όταν περιλαμβάνονται αλλαγές στις συνθήκες τριβής.
Αυτό το γράφημα δείχνει την επίδραση των αλλαγών τριβής στην προφόρτιση του μπουλονιού.
Το κλειδί για την πρόληψη της χαλάρωσης είναι η παροχή επαρκούς προφόρτισης μπουλονιών
Γενικά, οι αρμοί πρέπει να σχεδιάζονται με βάση την ελάχιστη προφόρτιση που δημιουργείται στον μέγιστο συντελεστή τριβής. Ο σχεδιασμός χρησιμοποιώντας τη μέση τιμή προφόρτισης θα οδηγήσει σε χαλάρωση πολλώνμπουλόνια.
Ταυτόχρονα, είναι επίσης απαραίτητο να ληφθεί υπόψη η απώλεια προφόρτισης που προκαλείται από την ενσωμάτωση. Για να περιοριστεί η ποσότητα ενσωμάτωσης, είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί το μέγιστο εύρος καταπόνησης που μπορεί να αντέξει το συσφιγμένο υλικό.
Σε περιπτώσεις όπου η κίνηση της άρθρωσης δεν μπορεί να αποτραπεί, για παράδειγμα, παρουσία θερμικής διαστολής, θα πρέπει να καθοριστεί μια διάταξη ασφάλισης με αποδεδειγμένη ικανότητα.
