Łączniki i wibracje

Łączniki, wibracje i jak powstrzymać poluzowanie śruby

Jedną z głównych zalet łączników gwintowanych nad rozwiązaniami stałego mocowania jest to, że w razie potrzeby można je ponownie wykorzystać, ale w pewnych warunkach ich usuwalność jest również jednym z największych zagrożeń. Wraz z możliwością usunięcia wiąże się możliwość nieumyślnego odpinania elementów złącznych, co jest szczególnie powszechne w obecności wibracji. Wczesne śruby metalowe zostały faktycznie wynalezione jako bezpośrednia odpowiedź na problem wibracji. Najwcześniejsze śruby były po prostu zmodyfikowanymi gwoździami i były spopularyzowane jako elementy złączne do pistoletu, które były odporne na poluzowanie podczas strzelania. Pomimo tego, że wibracje są powszechnym problemem w branży, przyczyna, skutek, a zwłaszcza zapobieganie wibracjom, są powszechnie źle rozumiane. Nieprawidłowe i nieskuteczne elementy antywibracyjne są nadal używane, a teoretyczne zrozumienie, dlaczego występują wibracje, ma kluczowe znaczenie dla uniknięcia nieporozumień przy wyborze najlepszego rozwiązania problemu.

Przyczyny rozluźnienia wibracyjnego

Wibracje są wszędzie. Rezonans tła przenika wszystkie rzeczy (z wyjątkiem odkurzaczy), choć rzadko osiąga wielkość, która wywołuje poważne obawy. Wibracje są następczymi oscylacjami wywołanymi ruchami i dźwiękami i mogą być pożądane, na przykład w przypadku instrumentów muzycznych, lub niepożądane, na przykład w przypadku gwałtownych maszyn, które drżą się na kawałki. Wibracje mogą stanowić poważne zagrożenie dla inżynierów, aw skrajnych przykładach mogą mieć niszczycielski potencjał - znany jest nawet z tego, że wzmocniony rezonans wywołany właśnie przez żołnierzy maszerujących krok po kroku niszczy mosty wiszące. W codziennym użytkowaniu wibracje są zwykle mniej dramatyczne, ale nie mniej kłopotliwe. W większości przypadków wibracje działają stopniowo, powoli poluzowując elementy złączne w ciągu tygodni, miesięcy, a nawet lat, powodując utratę obciążenia wstępnego i stają się zawodne. Wibracje są szczególnie problematyczne w erze zminiaturyzowanej nowoczesnej elektroniki, ponieważ w miarę jak urządzenia takie jak telefony komórkowe stają się coraz mniejsze i lżejsze, tak samo ich komponenty; a mniejsze, lżejsze elementy złączne są znacznie bardziej podatne na rozluźnienie pod wpływem wibracji. Jest to szczególnie powszechne w komputerach, które są nieustannie narażone na wibracje o wysokiej częstotliwości z wentylatorów lub dysków, i często są trzymane razem z miniaturowymi łącznikami, aby zaoszczędzić miejsce. Poluzowanie pod wpływem wibracji może również powodować niepotrzebne zużycie w zespole, ponieważ elementy złączne, które są poluzowane lub wstępnie obciążone nieprawidłowo (szczególnie śruby z sekcjami niegwintowanymi) mogą się swobodnie poruszać. W najlepszym przypadku luźne łączniki spowodują niepożądany hałas, aw najgorszym z czasem będą zużyte i osłabione, potencjalnie powodując awarię konstrukcji.

Test Junkera

Jednym z najważniejszych obszarów badań nad wpływem drgań na elementy złączne jest test Junkera, opracowany w 1969 roku przez niemieckiego inżyniera Gerharda Junkera. Junker opracował maszynę do celowego wywierania silnych sił drgań bocznych na śrubę - maszyna Junkera odniosła tak duży sukces, że podobne urządzenia stały się powszechne w obiektach do testowania elementów złącznych. Junker odkrył, że wibracje boczne względem osi łącznika generują znacznie trudniejsze warunki poluzowania niż wibracje poruszające się wzdłuż osi łącznika. W konsekwencji oznacza to, że łączniki gwintowane, które napotykają silne wibracje boczne, poluzują się znacznie szybciej niż te pod wibracjami osiowymi; dzieje się tak, ponieważ siły boczne przesuwają się o spod głowicy śruby, powodując obrót śruby, podczas gdy wibracje osiowe po prostu naciskają na gwinty łącznika, co jest znacznie mniej wydajnym zużyciem energii. W większości zastosowań trudno jest wyizolować te dwa rodzaje wibracji i oba są często spotykane jednocześnie, ale to ruchy boczne powodują największy efekt. Test Junkera posłużył również do podkreślenia, że niektóre elementy złączne sprzedawane jako „antywibracyjne” są bardziej skuteczne niż inne. W szczególności Junker ukierunkował na podkładki sprężynowe, które od wielu lat są używane jako uniwersalne elementy antywibracyjne - argumentował, że ten typ myjki nadaje się tylko do zastosowań lekkich, a potencjalnie nawet szkodliwy w zastosowaniach narażonych na silne wibracje. Maszyna Junkera potwierdziła jego teorię. Powodem tego jest to, że wibracje działają jednocześnie na obie strony nakrętki, zasadniczo próbując obracać się zarówno zgodnie z ruchem wskazówek zegara, jak i przeciwnie do ruchu wskazówek zegara - elementy takie jak podkładki sprężynowe, które koncentrują nacisk na pojedynczy punkt nakrętki lub głowicy śruby, przyspieszają proces poluzowania, skutecznie negując przeciwnych sił dokręcania po przeciwnej stronie nakrętki.

Środki zapobiegawcze

Wibracje w inżynierii nie są niczym nowym, a rozwiązania tego problemu są stale opracowywane i ulepszane. Jeśli chodzi o elementy złączne, dostępnych jest kilka produktów, aby rozwiązać ten problem, a niektóre są bardziej odpowiednie niż inne, w zależności od zastosowania:

Szafki na gwinty - związki bloku jące gwinty są niezwykle powszechne, do tego stopnia, że wiele osób prawdopodobnie widziało je, nawet nie zdając sobie sprawy. Szafki na gwinty to często jaskrawe łaty, które często można znaleźć na śrubach używanych w komputerach i innej elektronice. Wielu błędnie twierdzi, że te kolorowe łaty mają wykrywać manipulacje, ale w rzeczywistości są one jednym z najbardziej skutecznych i ekonomicznych rozwiązań zwiększających tarcie gwintów i zwiększenia odporności na wibracje zespołu. Ponadto mieszanka blokująca gwinty Accu może być dodawana do prawie każdego łącznika i ma dodatkową zaletę, że może być połączona z niektórymi opcjami wymienionymi poniżej.

Nakrętki bloku jące — wiele specjalistycznych nakrętek zostało zaprojektowanych z myślą o właściwościach antywibracyjnych i są specjalnie przeznaczone do odporności na poluzowanie po zainstalowaniu. Całkowicie metalowe nakrętki bloku jące i nylonowe nakrętki bloku jące są bardzo skuteczne w odporności na wibracje. Całkowicie metalowe nakrętki blokujące mają serię szczelnych gwintów z jednej strony, które po zainstalowaniu chwytają gwinty śruby. Nylonowe nakrętki blokujące mają podobny system blokujący utworzony przez elastyczną nylonową tuleję, która odkształca się wokół gwintów śrub, zapewniając większą odporność na poluzowanie.

Gwinty trójkątne — są to elementy złączne o zaokrąglonym, ale lekko trójkątnym profilu nici. Wgłębienia gwintu trójkątnego pozwalają obudowie docelowej na zimno lub pełzanie wokół nich, zapewniając zwiększoną odporność na wibracje. Gwinty trójwarstwowe mają tę dodatkową zaletę, że są bardzo skuteczne w cięciu gwintów, ale ich nieregularny kształt nici oznacza, że ich odporność na wibracje zostanie znacznie zmniejszona przy wielokrotnym użyciu, co czyni je bardziej użytecznymi jako półtrwałe rozwiązanie.

Z@@ ąbkowanie pod głowic ą - tę funkcję można znaleźć na ząbkowanych śrubach sześciokątnych Accu i ząbkowanych śrubach z łbem nasadkowym. Głowice ząbkowane są zaprojektowane tak, aby wgryziły się w obudowę docelową, aby były odporne na poluzowanie i najlepiej nadają się do zastosowań, w których podkładki nie są odpowiednie. Dodatnie urządzenia bloku jące - prawdopodobnie niezawodną ochroną przed wibracjami jest dodatnim urządzeniem blokującym, takim jak nakrętka zam kowa, która jest zablokowana na miejscu za pomocą dzielonego sworznia po instalacji. Produkty mocowane za pomocą nakrętek zamkowych nie mogą obracać się poza określony punkt i są całkowicie odporne na wibracje.

Inne przyczyny rozluźnienia

Chociaż wibracje są istotnym czynnikiem podczas produkcji zespołu, z pewnością nie są jedyną przyczyną poluzowania elementów złącznych. Inne problemy, które mogą prowadzić do poluzowania, obejmują osadzanie, w którym określony obszar łącznika wkopia się w łączącą się powierzchnię, tworząc zlokalizowany obszar o wysokim ciśnieniu. Powoduje to powoli ustępowanie reszty powierzchni, wyrównując ciśnienie, powodując rozluźnienie, utratę obciążenia wstępnego i awarię spowodowane zmęczeniem. Osadzenie może być spowodowane kilkoma problemami, w tym nierównymi współpracującymi powierzchniami, rozszerzalnością cieplną i, nieco mylącymi, wibracjami. Innym problemem, który może powodować poluzowanie łączników, jest zwijanie się. Gałkowanie występuje, gdy między dwiema stykającymi się powierzchniami tworzą się zimne spoiny. Ścięcie powodujące kruchość gwintów śruby, co ostatecznie może prowadzić do częściowego lub całkowitego usunięcia gwintu. Galowanie jest powszechne, gdy powierzchnie łączące się są wytwarzane z tego samego gatunku metalu, ponieważ podobne struktury krystaliczne są bardziej podatne na spawanie na zimno. Ostatecznie poluzowanie łączników jest poważnym problemem, który może być spowodowany w szerokim zakresie warunków. Ważne jest, aby zachować czujność w odniesieniu do pełnego zakresu potencjalnych zagrożeń, ponieważ samo tłumienie drgań nie gwarantuje trwałości zespołu, ale dzięki zastosowaniu odpowiednich środków ostrożności i zastosowaniu idealnych elementów odpornych na wibracje do zastosowań, potencjał rozluźnienia drgań można znacznie zmniejszyć.