Вібрація у кріпильних з’єднаннях

Звичайно, ми не відкриємо Америку, заявивши, що значною перевагою болтових з'єднань над іншими типами, наприклад, такими як зварні та заклепувальні з'єднання, є їх здатність до демонтажу.

Однак ця властивість – це не лише перевага. Воно може призводити до таких проблем, наприклад, як випадковесамоослаблення в ході експлуатації. Таке випадкове самовідгвинчування, яке в літературі називається вібраційне ослаблення, є важливим явищем. Але найнеприємніше в тому, що воно часто недооцінюється інженерами.

А тим часом, проектувальнику дуже важливо бути обізнаним про причини можливого послаблення болтів, і він просто зобов'язаний брати такі причини до уваги при розробці надійних з'єднань.

Інформація, яку ми наводимо нижче, розповідає про ослаблення болтів і різьбових кріпильних деталей від вібрації. І це ключові факти для проектувальниківза теорією ослаблення різьбових кріпильних з'єднань, а також прометоди запобігання самовідгвинчування.

Багато конструкторських виданнях описуються численні спеціальні фіксатори, придатні для різьбових кріпильних деталей. Однак така інформація про самоослаблення різьбових кріпильних деталей збентежить проектувальника, який не володіє теоретичними знаннями.

Нижче викладено основні дані пропричини самовідгвинчування різьбових кріпильних деталей та методи запобігання даного явища.

Про причини самовідгвинчування болтів, гайок та інших кріпильних деталей

Зрозуміло,основною причиною ослаблення болтів є вібрація.

Однак, значною мірою найчастішою причиною ослаблення, єбічний зсув гайки або головки болта щодо з'єднання, що призводить до появи відносного руху в різьбленні.

За відсутності такого явища болти не послаблюються навіть якщо з'єднання піддається дуже сильної вібрації. У процесі детального вивчення можна також визначитизусилля затиску, необхідне для болтів, щоб уникнути ковзання в з'єднанні.

Найчастіше результатом самовідгвинчування болта є втомне руйнування , яке зменшує силу затиску, що діє на з'єднання. В результаті виникає ковзання в з'єднанні, яке призводить до дії згинального навантаження на болт і згодом - до руйнування болта від втоми.

Затягнуті болти (або гайки) обертаються вільно, оскільки виникає відносний рух між зовнішнім та внутрішнім різьбленням. Цей рух нейтралізує фрикційний затискач і створює момент затяжки, який пропорційний кроку різьблення і попередньому навантаженню.

Існуєтри загальновідомі причини виникнення відносного руху в різьбленні:

1. Вигин деталей, який призводить до виникнення зусиль на поверхні тертя. При виникненні ковзання, голівка та різьблення прослизають, що призводить до послаблення.
2. Диференціальні теплові ефекти, що виникають при різниці температур або різниці в матеріалах деталей, що стягуються.
3. Докладенізусилля на з'єднання, які можуть призвести до зміщення поверхонь з'єднання, що спричинить ослаблення болта.

Боротьба з самовідгвинчуванням

У 60-х роках. у Німеччині було вивчено, що знакозмінне зусилля, застосоване перпендикулярно, запобігає самовідгвинчування.

Вивчення цього питання призвело до створенняустановки для випробувань,яка дозволила отримати велику інформацію про затягує дії кріпильних деталей, що самозатягуються.

В результаті тривалих випробувань та ретельного вивчення, вченими були вдосконалені різноманітні фіксатори, які використовуються більшістю великих компаній.

Наприклад, звичайна пружинна шайба більше не використовується, оскільки було доведено, що вона фактично сприяє ослабленню, а не запобігає його.

Для того щоб визначити, що є найбільш підходящим для застосування в кожному конкретному випадку, необхідно ретельно вивчити сферу та умови майбутнього використання кріпильного виробу.

Загалом, для того, щоб запобігти ослабленню кріпильних деталей, необхідно:

1. Переконатися, що на проміжній поверхні з'єднаннядостатня сила затиску для запобігання відносному руху між головкою болта або гайки та з'єднанням.

2. Перевірити, щоб з'єднання було сконструйоване з можливістю опору впливу від вдавлювання і релаксації напруг.

3. Проконтролювати, щоб було вказано лише перевірені фіксатори різьбових з'єднань. Особливо це стосується різьбового герметика - такого як "Локтайт" ("Loctite"), фланцевих кріпильних деталей таких як "Візлок" ("Whizlock"). Або кріпильні деталі, що переважають момент, що крутить, наприклад, «Нилок» («Nyloc»).

Самовідгвинчування кріпильних деталей – лише один із аспектів конструювання болтових з'єднань, про які повинен пам'ятати кожен конструктор у процесі проектування.

Як видно на бічному фото, навіть якщо різьблення повністю зафіксовано герметиком, то це не усуне проблеми при недостатньому попередньому навантаженні болта для запобігання зсуву з'єднання. На світлиніпоказаний частково зношений від зсуву болт М12.

Застосування положення креслярського аналітичного аналізу задля унеможливлення вібраційного ослаблення різьбових кріпильних деталей становить складне завдання.

Тому багато серйозних компаній, наприклад, як Болт Саєнс (Bolt Science) розробиликомп'ютерні програми на допомогу інженерам для подолання проблем, пов'язаних з використанням з'єднань з різьбовими кріпильними деталями і болтами.

Ці програми прості у використанні, і навіть інженер з поверхневими знаннями в даній галузі зможе вирішити проблеми, пов'язані з вищевказаним завданням.

---