تقریباً تمام محصولات مهندسی با پیچیدگی های مختلف از رزوه استفاده می کننداتصال دهنده ها. در مقایسه با سایر روش های اتصال، مزیت کلیدی اتصال دهنده های رزوه ای این است که می توان آنها را جدا کرد و دوباره استفاده کرد.
این ویژگی معمولاً دلیل ترجیح بست های رزوه ای بر سایر روش های اتصال است و اغلب نقش مهمی در حفظ یکپارچگی ساختاری محصولات دارند.
با این حال، آنها همچنین منبع قابل توجهی از مشکلات در ماشین آلات و سایر اجزا هستند. علت این مشکلات در مکانیزم خود{1}}شل شدن آنها نهفته است. این مکانیسم{3}}خود شل شدنی مدتهاست که یک مشکل بوده است و در طول 150 سال گذشته، طراحان روشهایی را برای جلوگیری از این اتفاق توسعه داده اند.
بسیاری از انواع متداول روش های قفل برای اتصال دهنده های رزوه ای بیش از 100 سال پیش اختراع شدند، اما تنها در سال های اخیر است که مکانیسم های اصلی منجر به خود{1}شل شدن درک شده است. مکانیسمهای زیادی وجود دارد که میتواند باعث شل شدن بستهای رزوهای شود، که میتوان آنها را به شل شدن چرخشی و غیر{3}}شل شدن چرخشی تقسیم کرد.
چرخشی و غیر{0}}سست شدن چرخشی
در اکثریت قریب به اتفاق کاربردها، بست های رزوه ای سفت می شوند و پیش بارگذاری روی اتصال اعمال می شود. شل شدن را می توان به عنوان از دست دادن پیش بار بعدی پس از تکمیل فرآیند سفت کردن درک کرد. این می تواند به دو صورت رخ دهد:
شل شدن چرخشی، که معمولاً به عنوان شل-خود نامیده میشود، به چرخش بست تحت تأثیر بارهای خارجی اشاره دارد.
شل شدن غیر چرخشی به از دست دادن پیش بارگذاری بدون حرکت نسبی بین رشته های داخلی و خارجی اشاره دارد.
شل شدن بست ناشی از شل شدن غیر چرخشی{{0}
شل شدن غیر چرخشی ممکن است به دلیل تغییر شکل خود بست یا اجزای متصل پس از مونتاژ رخ دهد. این نتیجه فروپاشی پلاستیک جزئی این رابط ها است.
نمای بزرگ شده تماس سطح ناهموار
هنگامی که دو سطح با یکدیگر در تماس باشند، هر سطح بار سطح یاتاقان را تحمل می کند. از آنجایی که سطح تماس واقعی بسیار کوچکتر از سطح سطح است، حتی تحت بارهای متوسط، تنش های موضعی بسیار بالایی به طور مداوم تحمل می شود که از قدرت تسلیم ماده بیشتر می شود.
این می تواند منجر به ریزش جزئی سطح پس از اتمام عملیات سفت شود. این فروپاشی معمولاً به عنوان جاسازی نامیده می شود.
مقدار نیروی گیره از دست رفته در اثر جاسازی بستگی به سفتی پیچ و اجزای متصل، تعداد سطوح تماس موجود در اتصال، زبری سطح و تنش سطح یاتاقان اعمال شده دارد.
در شرایط تنش سطحی متوسط، جاسازی معمولاً باعث از دست دادن نیروی گیره تقریباً 1٪ تا 5٪ در چند ثانیه اول پس از سفت شدن مفصل می شود. هنگامی که اتصال متعاقباً تحت بارهای دینامیکی اعمال شده قرار میگیرد، نیروی گیره ممکن است به دلیل تغییرات فشار روی سطح تماس اتصال کاهش یابد.
اگر تنش باربری سطح کمتر از مقاومت فشاری مواد جزء متصل نگه داشته شود، می توان میزان تلفات جاسازی را در طراحی اتصال محاسبه و جبران کرد.
تئوری یونکر در مورد شل شدن بست-
در سال 1969، گرهارد یونکر از نتایج آزمایشهای مهندسی برای حمایت از نظریه خود در مورد اینکه چرا بستهای رزوهای به طور خودکار شل میشوند، استفاده کرد. یافته کلیدی او این بود که هنگامی که حرکت نسبی بین رزوه های جفت و بین سطح یاتاقان بست و مواد گیره رخ دهد، بست از پیش بارگذاری شده به دلیل چرخش شل می شود.
همچنین مشخص شد که بارهای دینامیکی عرضی باعث شل شدن شدیدتر از بارهای دینامیکی محوری می شوند. دلیل آن این است که حرکت شعاعی تحت بارهای محوری به طور قابل توجهی کمتر از حرکت شعاعی تحت بارهای عرضی است.
حرکت عرضی اتصالات پیچ و مهره ای
یونکر نشان داد که یک بست از پیش بارگذاری شده زمانی که حرکت نسبی بین رزوه های جفت شده و سطح یاتاقان بست رخ می دهد، خود- شل می شود. این زمانی اتفاق می افتد که نیروی عرضی وارد بر اتصال بیشتر از نیروی اصطکاک ایجاد شده توسط پیش بار پیچ باشد.
برای جابجایی های عرضی کوچک، حرکت نسبی ممکن است بین جناح های رزوه و سطوح تماس یاتاقان رخ دهد. هنگامی که فاصله رزوه برطرف شد، پیچ تحت نیروهای خمشی قرار می گیرد و در صورت تداوم لغزش عرضی، لغزش در سطح یاتاقان زیر سر پیچ اتفاق می افتد.
پس از شروع کار، به طور موقت هیچ اصطکاک در رزوه ها و زیر سر پیچ وجود نخواهد داشت. گشتاور خود{1}}شل شدن ایجاد شده توسط پیش باری که بر روی زاویه مارپیچ رزوه عمل می کند باعث چرخش متناظر بین مهره و پیچ می شود. تحت حرکات عرضی مکرر، این مکانیسم می تواند باعث شل شدن کامل بست شود.
برای مطالعه علل شل شدن، یونکر یک ماشین آزمایشی را توسعه داد، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، که اثربخشی ضد شل شدن طرح های بست را کمیت می کند.
دستگاه تست بست یونکر
بلبرینگ برای از بین بردن اثر اصطکاک بین صفحات متحرک و ثابت استفاده می شود. هنگامی که حرکت عرضی از صفحه متحرکی که مهره را می بندد اعمال می شود، لودسل به طور مداوم بار پیچ را کنترل می کند.
در مقایسه با استانداردهای تست ارتعاش معمولی، از دست دادن پیش بار را می توان در طول آزمایش اندازه گیری کرد، و نموداری از پیش بارگذاری در مقابل تعداد چرخه را می توان رسم کرد.
اصل ماشین یونکر این است که جابجایی عرضی ایجاد شده توسط بادامک باعث نوسان بست می شود و بر نیروی اصطکاک بست غلبه می کند و باعث شل شدن می شود.
اسکرین شات از دستگاه تست یونکر
منحنی شل شدن تست ارتعاش یونکر
از طریق آزمایش Junker، می توان عملکرد طرح های ضد شل شدن بست های مختلف-را مقایسه کرد. در طول دو دهه گذشته، تعداد زیادی از مطالعات بر روی طرحهای ضد شل شدن بستهای موجود برای مقایسه خواص ضد شل شدن آنها انجام شده است.
برای مقایسه موثر، استفاده از همان دامنه ارتعاش بسیار مهم است، زیرا این امر تأثیر قابل توجهی بر نتایج دارد. شکل زیر یک نتیجه آزمایش معمولی یک واشر فنری را نشان می دهد.
این آزمایش نشان داد که قرار دادن یک واشر فنری مارپیچ زیر سر پیچ در واقع شل شدن را تسریع می کند. برخی دیگر نیز ثابت کرده اند که استفاده از چنین واشرهایی عملکردی مشابه استفاده از پیچ و مهره بدون هیچ وسیله قفلی دارد.
بسیاری از OEM های بزرگ که از این یافته ها آگاه هستند، دیگر چنین واشرهایی را در استانداردهای داخلی خود مشخص نمی کنند.
بسیاری از دستگاههای قفلی که برای بستهای رزوهدار استفاده میشوند، مبتنی بر جلوگیری از حرکت نسبی بین رزوهها (به عنوان مثال، مهرههای قفل نایلونی) یا حرکت نسبی بین سطح یاتاقان و اجزای متصل (مثلاً انواع واشرهای قفلکننده) هستند.
با این حال، هم یونکر و هم سایر محققان بعدی به اهمیت جلوگیری از حرکت عرضی اتصال اشاره کردهاند: یک طراحی اتصال پیچی مناسب تضمین میکند که نیروی گیره پیچ برای جلوگیری از حرکت عرضی از طریق اصطکاک صفحات اتصال کافی است و بنابراین از شل شدن آن جلوگیری میکند.
در مرحله طراحی، می توان با انتخاب اندازه و استحکام بست مناسب به این امر دست یافت تا پیش بار بتواند اصطکاک کافی برای مقاومت در برابر حرکت مفصل ناشی از بارهای خارجی ایجاد کند.
نتیجه گیری اسکرو جون
علت اصلی شل شدن بست رزوه ای حرکت مفصل به خصوص لغزش عرضی آن استرزوه های پیچ و مهرهو سطوح بلبرینگ اگر بتوان پیش بار کافی از پیچ برای جلوگیری از حرکت مفصل به دست آورد، به هیچ وسیله قفلی نیاز نیست، زیرا اصطکاک قطعات را در کنار هم نگه می دارد.
مشکل اصلی در طراحی بست رزوه ای، اطمینان از این است که پیش بارگذاری برای محکم نگه داشتن قطعات در هنگام اعمال تغییرات در شرایط اصطکاک کافی است.
این نمودار تأثیر تغییرات اصطکاک بر پیش بار پیچ را نشان می دهد.
کلید جلوگیری از شل شدن، ارائه پیش بار کافی پیچ است
به طور کلی، اتصالات باید بر اساس حداقل پیش بار تولید شده در حداکثر ضریب اصطکاک طراحی شوند. طراحی با استفاده از مقدار متوسط پیش بارگذاری منجر به شل شدن بسیاری از آنها خواهد شدپیچ و مهره.
در عین حال، لازم است تلفات پیش بار ناشی از جاسازی را نیز در نظر بگیریم. برای محدود کردن مقدار جاسازی، لازم است از حداکثر دامنه تنشی که ماده گیره دار می تواند تحمل کند اطمینان حاصل شود.
در مواردی که نمی توان از حرکت مفصل جلوگیری کرد، به عنوان مثال، در صورت وجود انبساط حرارتی، یک دستگاه قفل با قابلیت اثبات شده باید مشخص شود.
