Скоро сви инжењерски производи различите сложености користе навојпричвршћивачи. У поређењу са већином других метода повезивања, кључна предност причвршћивача са навојем је та што се могу раставити и поново користити.
Ова карактеристика је обично разлог зашто се причвршћивачи са навојем преферирају у односу на друге методе повезивања и често играју кључну улогу у одржавању структуралног интегритета производа.
Међутим, они су такође значајан извор проблема у машинама и другим компонентама. Узрок ових проблема лежи у њиховом само{1}}механизму за отпуштање. Овај механизам за самоопуштање{3}} дуго је био проблем, а током протеклих 150 година дизајнери су развијали методе за спречавање ове појаве.
Многе уобичајене методе закључавања за причвршћиваче са навојем измишљене су пре више од 100 година, али су тек последњих година схваћени главни механизми који доводе до само{1}}олабављења. Постоји много механизама који могу да доведу до отпуштања причвршћивача са навојем, који се могу поделити на ротационо отпуштање и не-опуштање.
Ротационо и без{0}}олабављење
У великој већини примена, навојни причвршћивачи су затегнути, а на везу се примењује предоптерећење. Отпуштање се може схватити као накнадни губитак предоптерећења након завршетка процеса затезања. Ово се може десити на два начина:
Ротационо отпуштање, које се обично назива само{0}}опуштање, односи се на ротацију причвршћивача под дејством спољашњих оптерећења.
Не{0}}олабављење се односи на губитак предоптерећења без релативног померања између унутрашњег и спољашњег навоја.
Отпуштање причвршћивача узроковано не-олабављењем
До-олабављења без ротације може доћи због деформације самог причвршћивача или повезаних компоненти након склапања. Ово је резултат делимичног пластичног колапса ових интерфејса.
Увећани приказ контакта са грубом површином
Када су две површине у контакту једна са другом, свака површина носи оптерећење носиве површине. Пошто је стварна контактна површина много мања од површине, чак и под умереним оптерећењима, континуирано се подносе веома високи локални напони, који превазилазе границу течења материјала.
Ово може довести до делимичног колапса површине након завршетка операције затезања; ово урушавање се обично назива уградњом.
Количина изгубљене силе стезања услед уградње зависи од крутости завртња и спојених компоненти, броја контактних површина присутних у споју, храпавости површине и примењеног напрезања површине лежаја.
У условима умереног површинског напрезања, уградња обично узрокује губитак силе стезања од приближно 1% до 5% у првих неколико секунди након што је спој затегнут. Када се спој накнадно подвргне примењеним динамичким оптерећењима, сила стезања може додатно да се смањи услед промена притиска који се дешавају на додирној површини зглоба.
Ако се напон површинског лежаја одржава испод границе попуштања при притиску материјала спојених компоненти, количина губитка при уградњи може се израчунати и надокнадити у пројекту споја.
Јункерова теорија самопопуштања{0}}причвршћивача
Године 1969. Герхард Јункер је користио резултате инжењерских тестова да подржи своју теорију о томе зашто се причвршћивачи с навојем аутоматски олабаве. Његов кључни налаз је био да када дође до релативног померања између навоја који се спајају и између површине лежаја причвршћивача и стезног материјала, претходно напрегнути затварач ће се олабавити услед ротације.
Такође је утврђено да попречна динамичка оптерећења изазивају веће попуштање од аксијалних динамичких оптерећења. Разлог је тај што је радијално померање при аксијалним оптерећењима знатно мање него при попречним оптерећењима.
Попречно кретање вијчаних спојева
Јункер је показао да ће се претходно натегнути затварач само-олабавити када дође до релативног померања између навоја који се спајају и површине лежаја причвршћивача. Ово се дешава када је попречна сила која делује на спој већа од силе трења коју ствара преднапрезање завртња.
За мале попречне помаке може доћи до релативног померања између бокова навоја и контактних површина лежаја. Када се зазор навоја превазиђе, вијак ће бити подвргнут силама савијања, а ако попречно клизање и даље постоји, доћи ће до клизања на површини лежаја испод главе завртња.
Када се покрене, привремено неће бити трења на навојима и испод главе вијка. Само{1}}окретни момент који се генерише преднапрезањем које делује на угао спирале навоја изазива одговарајућу ротацију између навртке и завртња. Под поновљеним попречним покретима, овај механизам може изазвати потпуно отпуштање причвршћивача.
Да би проучио узроке отпуштања, Јункер је развио машину за тестирање, као што је приказано на слици испод, која квантификује ефикасност против-олабављења дизајна затварача.
Јункер машина за тестирање причвршћивача
Куглични лежајеви се користе за уклањање ефекта трења између покретних и фиксних плоча. Када се примени попречно померање са покретне плоче која стеже матицу, ћелија за оптерећење непрекидно прати оптерећење завртња.
У поређењу са стандардним стандардима за испитивање вибрација, губитак предоптерећења се може мерити током теста и може се нацртати график предоптерећења у односу на број циклуса.
Принцип Јункер машине је да попречно померање које генерише зупчаник изазива осциловање причвршћивача, превазилазећи силу трења причвршћивача да би се дошло до отпуштања.
Снимак екрана Јункер машине за тестирање
Крива олабављења Јункеровог теста вибрација
Кроз Јункер тестирање, могу се упоредити перформансе различитих дизајна за{0}}причвршћивача против отпуштања. Током протекле две деценије, завршен је велики број студија о постојећим дизајнима који спречавају-олабављење причвршћивача како би се упоредила њихова својства против-олабављења.
За ефикасно поређење, кључно је користити исту амплитуду вибрације, јер то има значајан утицај на резултате. Слика испод приказује типичан резултат теста опружне подлошке.
Тест је показао да постављање спиралне опружне подлошке испод главе вијка заправо убрзава отпуштање. Други су такође доказали да употреба таквих подложака има сличне перформансе као и употреба вијака без икаквих уређаја за закључавање.
Многи велики произвођачи оригиналне опреме, свесни ових открића, више не наводе такве подлошке у својим интерним стандардима.
Многи уређаји за закључавање који се користе за причвршћиваче са навојем заснивају се на спречавању релативног померања између навоја (нпр. најлонске контра навртке) или релативног померања између површине лежаја и повезаних компоненти (нпр. разне врсте „закључавајућих“ подложака).
Међутим, и Јункер и други каснији истраживачи су указали на важност спречавања попречног померања зглоба: одговарајући дизајн везе са вијцима обезбеђује да је сила стезања завртња довољна да спречи попречно померање кроз трење спојних плоча, чиме се избегава попуштање.
Током фазе пројектовања, ово се може постићи одабиром одговарајуће величине и чврстоће затварача тако да преднапрезање може да створи довољно трења да се одупре померању зглоба изазваном спољним оптерећењима.
Зајеби Јунов закључак
Основни узрок отпуштања навојног затварача је померање зглоба, посебно попречно клизањенавоји вијакаи носивих површина. Ако се од завртња може постићи довољно преднапрезања да спречи померање зглоба, није потребан уређај за закључавање, јер ће трење држати делове заједно.
Главни проблем у дизајну причвршћивача са навојем је обезбеђивање да је предоптерећење довољно да чврсто држи делове заједно када су укључене промене у условима трења.
Овај графикон показује утицај промена трења на предоптерећење завртња.
Кључ за спречавање отпуштања је да обезбедите довољно преднапрезања завртња
Генерално, спојеви треба да буду пројектовани на основу минималног предоптерећења генерисаног при максималном коефицијенту трења; пројектовање коришћењем просечне вредности предоптерећења ће довести до попуштања многихвијци.
Истовремено, потребно је узети у обзир и губитак предоптерећења узрокован уградњом. Да би се ограничила количина уградње, потребно је обезбедити максимални опсег напрезања који стегнути материјал може да издржи.
У случајевима када се померање зглоба не може спречити, на пример, у присуству термичког ширења, треба навести уређај за закључавање са доказаном способношћу.
