Szinte minden különböző bonyolultságú mérnöki termék menetes megoldást használkötőelemek. A legtöbb más csatlakozási móddal összehasonlítva a menetes kötőelemek fő előnye, hogy szétszedhetők és újra felhasználhatók.
Általában ez az oka annak, hogy a menetes kötőelemeket előnyben részesítik más csatlakozási módokkal szemben, és gyakran döntő szerepet játszanak a termékek szerkezeti integritásának megőrzésében.
Ugyanakkor jelentős problémaforrást jelentenek a gépekben és más alkatrészekben is. Ezeknek a problémáknak az oka az ön{1}}lazító mechanizmusukban rejlik. Ez az ön-lazító mechanizmus régóta probléma, és az elmúlt 150 évben a tervezők módszereket fejlesztettek ki ennek megakadályozására.
A menetes kötőelemek számos elterjedt zárolási módját több mint 100 évvel ezelőtt találták fel, de csak az utóbbi években ismerték meg az önlazuláshoz vezető fő mechanizmusokat. Számos mechanizmus okozhatja a menetes rögzítők kilazulását, amelyek rotációs lazításra és nem-forgásos lazításra oszthatók.
Rotációs és nem{0}}forgásos lazítás
Az alkalmazások túlnyomó többségében a menetes rögzítőket meghúzzák, és előfeszítést alkalmaznak a csatlakozáson. A lazítás felfogható az előfeszítés későbbi elvesztéseként a meghúzási folyamat befejezése után. Ez kétféleképpen fordulhat elő:
A forgó lazítás, amelyet általában önlazításnak neveznek, a rögzítőelem külső terhelés hatására bekövetkező elfordulását jelenti.
A nem-forgásos lazítás az előterhelés elvesztésére utal, anélkül, hogy a belső és a külső menetek között relatív elmozdulás történik.
A rögzítőelem kilazulása nem{0}}forgásos kilazulás miatt
A rögzítőelem vagy a csatlakoztatott alkatrészek összeszerelés utáni deformációja miatt előfordulhat nem-forgásos kilazulás. Ez ezen interfészek részleges képlékeny összeomlásának az eredménye.
A durva felületű érintkező nagyított nézete
Ha két felület érintkezik egymással, mindegyik felület viseli a csapágyfelületi terhelést. Mivel a tényleges érintkezési felület jóval kisebb, mint a felület, még mérsékelt terhelés mellett is folyamatosan nagyon nagy helyi feszültségek jelentkeznek, amelyek meghaladják az anyag folyáshatárát.
Ez a felület részleges összeomlásához vezethet a meghúzási művelet befejezése után; ezt az összeomlást általában beágyazódásnak nevezik.
A beágyazás következtében elveszített szorítóerő mértéke függ a csavar és a csatlakoztatott alkatrészek merevségétől, a csatlakozásban lévő érintkező felületek számától, a felületi érdességtől és az alkalmazott csapágyfelületi feszültségtől.
Mérsékelt felületi igénybevétel esetén a beágyazás általában körülbelül 1-5%-os szorítóerő-veszteséget okoz a kötés meghúzását követő első néhány másodpercben. Ha ezt követően a kötést dinamikus terhelésnek teszik ki, a szorítóerő tovább csökkenhet a kötés érintkezési felületén fellépő nyomásváltozások miatt.
Ha a felületi teherhordó feszültséget a csatlakoztatott alkatrész anyagának nyomószilárdsága alatt tartjuk, a beágyazási veszteség mértéke a csatlakozási tervben kiszámítható és kompenzálható.
Junker elmélete a rögzítőelemek ön{0}}lazításáról
1969-ben Gerhard Junker mérnöki tesztek eredményeit felhasználva alátámasztotta elméletét arról, hogy miért lazulnak meg automatikusan a menetes kötőelemek. Legfontosabb megállapítása az volt, hogy amint viszonylagos elmozdulás következik be az illeszkedő menetek, valamint a rögzítőelem felfekvési felülete és a szorítóanyag között, az előfeszített rögzítőelem meglazul a forgás következtében.
Azt is megállapították, hogy a keresztirányú dinamikus terhelések erősebb lazulást okoznak, mint az axiális dinamikus terhelések. Ennek az az oka, hogy a sugárirányú mozgás axiális terhelés esetén lényegesen kisebb, mint a keresztirányú terheléseknél.
Csavarozott csatlakozások keresztirányú mozgása
Junker kimutatta, hogy az előfeszített rögzítőelem ön-lazul, ha viszonylagos mozgás lép fel az illeszkedő menetek és a rögzítőelem csapágyfelülete között. Ez akkor fordul elő, ha a csuklóra ható keresztirányú erő nagyobb, mint a csavar előfeszítése által keltett súrlódási erő.
Kis keresztirányú elmozdulások esetén relatív mozgás léphet fel a menetoldalak és a csapágy érintkezési felületei között. A menethézag leküzdése után a csavart hajlító erők érik, és ha a keresztirányú csúszás továbbra is fennáll, akkor a csavarfej alatti csapágyfelületen elcsúszik.
Az indítás után átmenetileg nem lesz súrlódás a meneteknél és a csavarfej alatt. A menetspirálszögre ható előfeszítés által generált ön-alakító nyomaték megfelelő elfordulást okoz az anya és a csavar között. Ismételt keresztirányú mozgások esetén ez a mechanizmus a rögzítő teljes kilazulását okozhatja.
A kilazulás okainak tanulmányozására Junker kifejlesztett egy tesztelőgépet, amint az az alábbi ábrán látható, amely számszerűsíti a kötőelemek kialakításának -lazulás elleni hatékonyságát.
Junker rögzítőelem-vizsgáló gép
A golyóscsapágyak a mozgó és rögzített lemezek közötti súrlódási hatás kiküszöbölésére szolgálnak. Amikor az anyát rögzítő mozgó lemezről keresztirányú mozgást alkalmaznak, az erőmérő cella folyamatosan figyeli a csavar terhelését.
A szokásos rezgésvizsgálati szabványokhoz képest a vizsgálat során mérhető az előterhelés vesztesége, és felvehető az előterhelés és a ciklusszám grafikonja.
A Junker gép elve az, hogy a bütyök által generált keresztirányú elmozdulás hatására a rögzítőelem oszcillál, a rögzítő súrlódó erejét leküzdve kilazulást okoz.
Képernyőkép a Junker Tesztgépről
Junker vibrációs teszt lazítási görbe
A Junker tesztelésével összehasonlítható a különböző rögzítőelemek kilazulásgátló{0}}konstrukcióinak teljesítménye. Az elmúlt két évtizedben számos tanulmány készült a meglévő kötőelemek kilazulásgátló-konstrukcióiról, hogy összehasonlítsák a kilazulásgátló tulajdonságaikat.
A hatékony összehasonlításhoz kulcsfontosságú az azonos rezgésamplitúdó használata, mivel ez jelentős hatással van az eredményekre. Az alábbi ábra egy rugós alátét tipikus vizsgálati eredményét mutatja.
A teszt kimutatta, hogy egy csavarrugós alátét elhelyezése a csavarfej alá valóban felgyorsította a kilazulást. Mások azt is bebizonyították, hogy az ilyen alátétek használata hasonló teljesítményű, mint a reteszelőszerkezet nélküli csavarok használata.
Sok nagy OEM, ismerve ezeket a megállapításokat, már nem írja elő az ilyen alátéteket belső szabványaiban.
A menetes kötőelemekhez használt számos reteszelőeszköz a menetek közötti relatív elmozdulás (pl. nejlon ellenanyák) vagy a csapágyfelület és a csatlakoztatott alkatrészek közötti relatív elmozdulás megakadályozásán alapul (pl. különböző típusú "reteszelő" alátétek).
Mindazonáltal Junker és más későbbi kutatók is felhívták a figyelmet a kötés keresztirányú elmozdulásának megakadályozásának fontosságára: a megfelelő csavaros csatlakozási kialakítás biztosítja, hogy a csavar szorítóereje elegendő legyen ahhoz, hogy megakadályozza a keresztirányú elmozdulást az összekötő lemezek súrlódásán keresztül, így elkerülhető a kilazulás.
A tervezési szakaszban ez a megfelelő rögzítőméret és -szilárdság kiválasztásával érhető el, hogy az előfeszítés elegendő súrlódást tudjon generálni ahhoz, hogy ellenálljon a külső terhelések okozta ízületi mozgásoknak.
Screw Jun következtetése
A menetes kötőelem kilazulásának alapvető oka az ízületek mozgása, különösen a keresztirányú elcsúszásacsavarmenetekés csapágyfelületek. Ha elegendő előterhelés érhető el a csavarral a csukló mozgásának megakadályozására, nincs szükség reteszelőszerkezetre, mivel a súrlódás összetartja az alkatrészeket.
A menetes rögzítőelemek tervezésénél a fő probléma annak biztosítása, hogy az előfeszítés elegendő legyen ahhoz, hogy szilárdan összetartsa az alkatrészeket, amikor a súrlódási feltételek megváltoznak.
Ez a grafikon a súrlódásváltozások hatását mutatja a csavar előfeszítésére.
A kilazulás megelőzésének kulcsa a csavarok megfelelő előfeszítése
Általában az ízületeket a maximális súrlódási együttható mellett generált minimális előterhelés alapján kell megtervezni; az átlagos előterhelési érték felhasználásával történő tervezés sokak lazulásához vezetcsavarok.
Ugyanakkor figyelembe kell venni a beágyazás okozta előterhelési veszteséget is. A beágyazás mértékének korlátozása érdekében biztosítani kell azt a maximális feszültségtartományt, amelyet a befogott anyag elvisel.
Azokban az esetekben, amikor az ízületek mozgása nem akadályozható meg, például hőtágulás esetén, bizonyítottan alkalmas reteszelő berendezést kell meghatározni.
