Gotovo svi inženjerski proizvodi različite složenosti koriste navojespojnice. U usporedbi s većinom drugih metoda povezivanja, ključna prednost navojnih spojnica je da se mogu rastaviti i ponovno upotrijebiti.
Ova značajka obično je razlog zašto se pričvrsni elementi s navojem preferiraju u odnosu na druge metode spajanja, a često igraju ključnu ulogu u održavanju strukturalnog integriteta proizvoda.
Međutim, oni su također značajan izvor problema u strojevima i drugim komponentama. Uzrok ovih problema leži u mehanizmu njihovog samo{1}}otpuštanja. Ovaj samo{3}}mehanizam otpuštanja dugo je bio problem, a tijekom posljednjih 150 godina dizajneri su razvijali metode za sprječavanje ove pojave.
Mnoge uobičajene vrste metoda zaključavanja za navojne pričvrsne elemente izumljene su prije više od 100 godina, no tek su posljednjih godina shvaćeni glavni mehanizmi koji dovode do samo-otpuštanja. Postoji mnogo mehanizama koji mogu uzrokovati olabavljenje navojnih pričvršćivača, koji se mogu podijeliti na rotacijsko otpuštanje i ne-rotacijsko otpuštanje.
Rotacijsko i ne{0}}rotacijsko popuštanje
U velikoj većini primjena, spojni elementi s navojem su zategnuti, a na spoj se primjenjuje predopterećenje. Labavljenje se može shvatiti kao naknadni gubitak predopterećenja nakon završetka procesa zatezanja. To se može dogoditi na dva načina:
Rotacijsko otpuštanje, koje se obično naziva samo-otpuštanjem, odnosi se na rotaciju spojnog elementa pod djelovanjem vanjskih opterećenja.
Ne-rotacijsko popuštanje odnosi se na gubitak predopterećenja bez relativnog kretanja između unutarnjih i vanjskih navoja.
Otpuštanje pričvršćivača uzrokovano ne-rotacijskim otpuštanjem
Može doći do ne{0}}rotacijskog popuštanja zbog deformacije samog pričvršćivača ili povezanih komponenti nakon sklapanja. To je rezultat djelomičnog plastičnog kolapsa ovih sučelja.
Uvećani prikaz kontakta s grubom površinom
Kada su dvije površine u međusobnom kontaktu, svaka površina nosi opterećenje nosive površine. Budući da je stvarna kontaktna površina puno manja od površine, čak i pod umjerenim opterećenjima, kontinuirano se podnose vrlo velika lokalna naprezanja, koja premašuju granicu tečenja materijala.
To može dovesti do djelomičnog urušavanja površine nakon završetka operacije stezanja; ovo kolaps se obično naziva ugradnjom.
Količina izgubljene sile stezanja zbog ugradnje ovisi o krutosti vijka i povezanih komponenti, broju kontaktnih površina prisutnih u spoju, hrapavosti površine i primijenjenom naprezanju površine ležaja.
U uvjetima umjerenog površinskog naprezanja, ugrađivanje obično uzrokuje gubitak sile stezanja od približno 1% do 5% unutar prvih nekoliko sekundi nakon što je spoj zategnut. Kada se spoj naknadno podvrgne primijenjenim dinamičkim opterećenjima, sila stezanja može se dodatno smanjiti zbog promjena tlaka koji se javljaju na kontaktnoj površini spoja.
Ako se površinsko naprezanje nosi ispod tlačne granice razvlačenja spojenog materijala komponente, količina gubitka ugradnje može se izračunati i kompenzirati u projektu veze.
Junkerova teorija samo{0}}otpuštanja zatvarača
Godine 1969. Gerhard Junker upotrijebio je rezultate inženjerskih testova kako bi podupro svoju teoriju o tome zašto se spojni elementi s navojem automatski olabave. Njegovo je ključno otkriće bilo da kada dođe do relativnog pomaka između spojenih navoja i između nosive površine spojnog elementa i steznog materijala, prednapregnuti spojni element će olabaviti zbog rotacije.
Također je utvrđeno da poprečna dinamička opterećenja uzrokuju jače popuštanje nego aksijalna dinamička opterećenja. Razlog je što je radijalno pomicanje pod aksijalnim opterećenjem znatno manje od onog pod poprečnim opterećenjem.
Poprečno kretanje vijčanih spojeva
Junker je pokazao da će se prednapregnuti zatvarač sam-olabaviti kada dođe do relativnog pomicanja između spojenih navoja i nosive površine spojnika. To se događa kada je poprečna sila koja djeluje na spoj veća od sile trenja koju stvara predopterećenje vijka.
Za male poprečne pomake može doći do relativnog kretanja između bokova navoja i kontaktnih površina ležaja. Nakon što se savlada zazor navoja, vijak će biti izložen silama savijanja, a ako poprečno klizanje potraje, doći će do klizanja na nosivoj površini ispod glave vijka.
Nakon pokretanja, privremeno neće biti trenja na navojima i ispod glave vijka. Moment samo{1}}otpuštanja generiran predopterećenjem koje djeluje na kut zavojnice navoja uzrokuje odgovarajuću rotaciju između matice i vijka. Pri ponovljenim poprečnim pomacima ovaj mehanizam može uzrokovati potpuno labavljenje pričvršćivača.
Kako bi proučio uzroke labavljenja, Junker je razvio stroj za testiranje, kao što je prikazano na donjoj slici, koji kvantificira učinkovitost protiv-labavljenja dizajna spojnica.
Junkerov stroj za testiranje pričvršćivača
Kuglični ležajevi koriste se za uklanjanje efekta trenja između pokretnih i nepomičnih ploča. Kada se primijeni poprečno kretanje od pomične ploče koja steže maticu, mjerna ćelija kontinuirano nadzire opterećenje vijka.
U usporedbi s običnim standardima ispitivanja vibracija, gubitak predopterećenja može se izmjeriti tijekom ispitivanja i može se iscrtati grafikon predopterećenja u odnosu na broj ciklusa.
Načelo Junkerovog stroja je da poprečni pomak koji generira brijeg uzrokuje osciliranje učvršćivača, nadvladavajući silu trenja učvršćivača kako bi došlo do otpuštanja.
Snimka zaslona Junker Testing Machine
Krivulja labavljenja Junkerovog ispitivanja vibracijama
Junkerovim testiranjem može se usporediti izvedba različitih dizajna pričvršćivača protiv-labavljenja. Tijekom posljednja dva desetljeća dovršen je veliki broj studija o postojećim konstrukcijama spojnica protiv -labavljenja kako bi se usporedila njihova svojstva protiv-labavljenja.
Za učinkovitu usporedbu ključno je koristiti istu amplitudu vibracija jer to ima značajan utjecaj na rezultate. Donja slika prikazuje tipičan rezultat ispitivanja opružne podloške.
Test je pokazao da postavljanje spiralne opružne podloške ispod glave vijka zapravo ubrzava otpuštanje. Drugi su također dokazali da uporaba takvih podložaka ima sličnu učinkovitost kao uporaba vijaka bez ikakvih uređaja za zaključavanje.
Mnogi veliki proizvođači originalne opreme, svjesni ovih otkrića, više ne navode takve podloške u svojim internim standardima.
Mnogi uređaji za zaključavanje koji se koriste za navojne pričvrsne elemente temelje se na sprječavanju relativnog pomicanja između navoja (npr. najlonske sigurnosne matice) ili relativnog pomicanja između površine ležaja i spojenih komponenti (npr. razne vrste "zaključnih" podloški).
Međutim, i Junker i drugi kasniji istraživači istaknuli su važnost sprječavanja poprečnog pomicanja spoja: odgovarajući dizajn vijčane veze osigurava da je sila stezanja vijka dovoljna da spriječi poprečno pomicanje kroz trenje spojnih ploča, čime se izbjegava labavljenje.
Tijekom faze projektiranja, to se može postići odabirom odgovarajuće veličine i čvrstoće spojnog elementa tako da predopterećenje može stvoriti dovoljno trenja da se odupre pomicanju zgloba uzrokovanom vanjskim opterećenjima.
Zajebi Junov zaključak
Osnovni uzrok popuštanja navojnog spojnog elementa je pomicanje zgloba, posebno poprečno klizanjenavoji vijakai nosive površine. Ako se od vijka može postići dovoljno prednaprezanje da se spriječi pomicanje zgloba, nije potreban uređaj za zaključavanje jer će trenje držati dijelove zajedno.
Glavni problem u dizajnu navojnih spojnica je osigurati da je predopterećenje dovoljno da čvrsto drži dijelove zajedno kada su uključene promjene u uvjetima trenja.
Ovaj grafikon prikazuje učinak promjena trenja na predopterećenje vijka.
Ključ za sprječavanje labavljenja je osigurati dovoljno prednaprezanje vijaka
Općenito, spojeve treba projektirati na temelju minimalnog prednaprezanja generiranog pri maksimalnom koeficijentu trenja; projektiranje korištenjem prosječne vrijednosti predopterećenja dovest će do labavljenja mnogihvijci.
Istodobno, također je potrebno uzeti u obzir gubitak predopterećenja uzrokovan ugradnjom. Kako bi se ograničila količina ugradnje, potrebno je osigurati maksimalni raspon naprezanja koji stegnuti materijal može izdržati.
U slučajevima kada se pomicanje zgloba ne može spriječiti, na primjer, u prisutnosti toplinskog širenja, treba specificirati uređaj za zaključavanje s dokazanom sposobnošću.
