تقريبًا جميع المنتجات الهندسية ذات التعقيد المتفاوت تستخدم الخيوطالسحابات. بالمقارنة مع معظم طرق الاتصال الأخرى، فإن الميزة الرئيسية للمثبتات الملولبة هي إمكانية تفكيكها وإعادة استخدامها.
عادةً ما تكون هذه الميزة هي السبب وراء تفضيل أدوات التثبيت الملولبة على طرق الاتصال الأخرى، وغالبًا ما تلعب دورًا حاسمًا في الحفاظ على السلامة الهيكلية للمنتجات.
ومع ذلك، فهي أيضًا مصدر مهم للمشاكل في الآلات والمكونات الأخرى. يكمن سبب هذه المشكلات في آلية التفكيك الذاتي-. لقد كانت آلية التحلل الذاتي-هذه تمثل مشكلة منذ فترة طويلة، وعلى مدار الـ 150 عامًا الماضية، كان المصممون يطورون طرقًا لمنع حدوث ذلك.
تم اختراع العديد من الأنواع الشائعة لطرق القفل للمثبتات الملولبة منذ أكثر من 100 عام، ومع ذلك لم يتم فهم الآليات الرئيسية التي تؤدي إلى التفكيك الذاتي- إلا في السنوات الأخيرة. هناك العديد من الآليات التي يمكن أن تتسبب في فك أدوات التثبيت الملولبة، والتي يمكن تقسيمها إلى فك دوراني وفك غير دوراني.
الارتخاء الدوراني وغير الدوراني-الارتخاء الدوراني
في الغالبية العظمى من التطبيقات، يتم تشديد السحابات الملولبة، ويتم تطبيق التحميل المسبق على الاتصال. يمكن فهم الارتخاء على أنه فقدان لاحق للتحميل المسبق بعد اكتمال عملية الشد. يمكن أن يحدث هذا بطريقتين:
يشير الارتخاء الدوراني، والذي يُشار إليه عادةً باسم -الارتخاء الذاتي، إلى دوران أداة التثبيت تحت تأثير الأحمال الخارجية.
يشير الارتخاء غير الدوراني- إلى فقدان التحميل المسبق دون الحركة النسبية بين الخيوط الداخلية والخارجية.
فك المثبت الناتج عن-الفك غير الدوراني
قد يحدث-ارتخاء غير دوراني بسبب تشوه أداة التثبيت نفسها أو المكونات المتصلة بعد التجميع. وهذا نتيجة الانهيار البلاستيكي الجزئي لهذه الواجهات.
منظر مكبر لملامسة السطح الخشن
عندما يكون سطحان على اتصال ببعضهما البعض، فإن كل سطح يتحمل حمولة سطح المحمل. نظرًا لأن منطقة التلامس الفعلية أصغر بكثير من مساحة السطح، فإنه حتى في ظل الأحمال المعتدلة، يتم تحمل ضغوط محلية عالية جدًا بشكل مستمر، والتي تتجاوز قوة خضوع المادة.
وهذا يمكن أن يؤدي إلى انهيار جزئي للسطح بعد الانتهاء من عملية الشد؛ يُشار إلى هذا الانهيار عادةً باسم التضمين.
يعتمد مقدار قوة التثبيت المفقودة بسبب التضمين على صلابة البرغي والمكونات المتصلة، وعدد أسطح التلامس الموجودة في الوصلة، وخشونة السطح، وضغط سطح المحمل المطبق.
في ظل ظروف الإجهاد السطحي المعتدل، يؤدي التضمين عادة إلى فقدان قوة التثبيت بحوالي 1% إلى 5% خلال الثواني القليلة الأولى بعد شد المفصل. عندما يتعرض المفصل لاحقًا لأحمال ديناميكية مطبقة، قد تنخفض قوة التثبيت بشكل أكبر بسبب التغيرات في الضغط التي تحدث على سطح تلامس المفصل.
إذا تم الاحتفاظ بضغط تحمل السطح أقل من قوة إنتاج الضغط للمادة المكونة المتصلة، فيمكن حساب مقدار فقدان التضمين وتعويضه في تصميم التوصيل.
نظرية جونكر في فك المثبت الذاتي-
في عام 1969، استخدم جيرهارد يونكر نتائج الاختبارات الهندسية لدعم نظريته حول سبب فك أدوات التثبيت الملولبة تلقائيًا. وكان اكتشافه الرئيسي هو أنه بمجرد حدوث حركة نسبية بين خيوط التزاوج وبين سطح تحمل المثبت ومادة التثبيت، فإن المثبت المحمل مسبقًا سوف يرتخي بسبب الدوران.
وقد وجد أيضًا أن الأحمال الديناميكية المستعرضة تسبب ارتخاءًا أكثر خطورة من الأحمال الديناميكية المحورية. والسبب هو أن الحركة الشعاعية تحت الأحمال المحورية أصغر بكثير من تلك الموجودة تحت الأحمال العرضية.
الحركة العرضية للوصلات المسدودة
أوضح Junker أن أداة التثبيت المحملة مسبقًا سوف تنحل ذاتيًا-عند حدوث حركة نسبية بين خيوط التزاوج وسطح محمل أداة التثبيت. يحدث هذا عندما تكون القوة العرضية المؤثرة على المفصل أكبر من قوة الاحتكاك الناتجة عن التحميل المسبق للمسمار.
بالنسبة للإزاحات العرضية الصغيرة، قد تحدث حركة نسبية بين جوانب الخيط وأسطح تلامس المحمل. بمجرد التغلب على خلوص الخيط، سيتعرض البرغي لقوى الانحناء، وإذا استمر الانزلاق العرضي، سيحدث الانزلاق على سطح المحمل أسفل رأس البرغي.
بمجرد البدء، لن يكون هناك أي احتكاك مؤقتًا عند الخيوط وتحت رأس المزلاج. يؤدي عزم الدوران الذاتي - الناتج عن التحميل المسبق الذي يعمل على زاوية حلزون الخيط إلى حدوث دوران مماثل بين الصمولة والمسمار. في ظل الحركات العرضية المتكررة، يمكن أن تتسبب هذه الآلية في فك أداة التثبيت بالكامل.
لدراسة أسباب الارتخاء، طور Junker آلة اختبار، كما هو موضح في الشكل أدناه، والتي تحدد مدى فعالية مقاومة الارتخاء-لتصميمات أدوات التثبيت.
ماكينة اختبار السحابات يونكر
تستخدم المحامل الكروية للتخلص من تأثير الاحتكاك بين الصفائح المتحركة والثابتة. عندما يتم تطبيق الحركة العرضية من اللوحة المتحركة التي تثبت الصامولة، تقوم خلية الحمل بمراقبة حمل الترباس بشكل مستمر.
بالمقارنة مع معايير اختبار الاهتزاز العادية، يمكن قياس فقدان التحميل المسبق أثناء الاختبار، ويمكن رسم رسم بياني للتحميل المسبق مقابل رقم الدورة.
مبدأ آلة Junker هو أن الإزاحة العرضية الناتجة عن الكامة تؤدي إلى تأرجح أداة التثبيت، والتغلب على قوة الاحتكاك الخاصة بأداة التثبيت مما يؤدي إلى ارتخاء.
لقطة شاشة لآلة اختبار يونكر
منحنى تخفيف اختبار الاهتزاز Junker
من خلال اختبار Junker، يمكن مقارنة أداء العديد من تصميمات أدوات التثبيت المضادة للارتخاء-. على مدى العقدين الماضيين، تم الانتهاء من عدد كبير من الدراسات حول التصميمات الحالية المضادة للارتخاء-لمقارنة خصائصها المضادة للارتخاء-.
لإجراء مقارنة فعالة، من الضروري استخدام نفس سعة الاهتزاز، لأن هذا له تأثير كبير على النتائج. يوضح الشكل أدناه نتيجة اختبار نموذجية للغسالة الزنبركية.
أظهر الاختبار أن وضع غسالة زنبركية حلزونية أسفل رأس الترباس يؤدي بالفعل إلى تسريع عملية الارتخاء. كما أثبت آخرون أن استخدام مثل هذه الغسالات له أداء مماثل لاستخدام البراغي دون أي أجهزة قفل.
العديد من الشركات المصنعة الأصلية الكبيرة، التي تدرك هذه النتائج، لم تعد تحدد مثل هذه الغسالات في معاييرها الداخلية.
تعتمد العديد من أجهزة القفل المستخدمة في أدوات التثبيت الملولبة على منع الحركة النسبية بين الخيوط (على سبيل المثال، صواميل قفل النايلون) أو الحركة النسبية بين سطح المحمل والمكونات المتصلة (على سبيل المثال، أنواع مختلفة من غسالات "القفل").
ومع ذلك، فقد أشار كل من يونكر وغيره من الباحثين اللاحقين إلى أهمية منع الحركة العرضية للمفصل: حيث يضمن تصميم اتصال المسامير المناسب أن قوة التثبيت للمسمار كافية لمنع الحركة العرضية من خلال احتكاك ألواح التوصيل، وبالتالي تجنب الارتخاء.
خلال مرحلة التصميم، يمكن تحقيق ذلك عن طريق اختيار حجم وقوة التثبيت المناسبين بحيث يمكن للتحميل المسبق أن يولد احتكاكًا كافيًا لمقاومة حركة المفصل الناتجة عن الأحمال الخارجية.
برغي استنتاج يونيو
السبب الأساسي لفك المثبت الملولب هو حركة المفصل، وخاصة الانزلاق العرضي للمفصلالمواضيع الترباسوالأسطح الحاملة. إذا كان من الممكن الحصول على تحميل مسبق كافٍ من البرغي لمنع حركة المفصل، فلن تكون هناك حاجة إلى جهاز قفل، لأن الاحتكاك سوف يربط الأجزاء معًا.
المشكلة الرئيسية في تصميم أدوات التثبيت الملولبة هي التأكد من أن التحميل المسبق كافٍ لتثبيت الأجزاء معًا بقوة عند تضمين التغييرات في ظروف الاحتكاك.
يوضح هذا الرسم البياني تأثير تغيرات الاحتكاك على التحميل المسبق للمسمار.
إن مفتاح منع الارتخاء هو توفير تحميل مسبق كافٍ للمسمار
بشكل عام، يجب تصميم الوصلات بناءً على الحد الأدنى من التحميل المسبق المتولد عند الحد الأقصى لمعامل الاحتكاك؛ التصميم باستخدام متوسط قيمة التحميل المسبق سيؤدي إلى تخفيف الكثيرالبراغي.
وفي الوقت نفسه، من الضروري أيضًا مراعاة خسارة التحميل المسبق الناتجة عن التضمين. للحد من كمية التضمين، من الضروري التأكد من الحد الأقصى لنطاق الضغط الذي يمكن أن تتحمله المادة المثبتة.
في الحالات التي لا يمكن فيها منع حركة المفصل، على سبيل المثال، في ظل وجود التمدد الحراري، يجب تحديد جهاز قفل ذو قدرة مثبتة.
