अलग-अलग जटिलता के लगभग सभी इंजीनियरिंग उत्पाद थ्रेडेड का उपयोग करते हैंफास्टनर. अधिकांश अन्य कनेक्शन विधियों की तुलना में, थ्रेडेड फास्टनरों का एक मुख्य लाभ यह है कि उन्हें अलग किया जा सकता है और पुन: उपयोग किया जा सकता है।
यह सुविधा आमतौर पर यही कारण है कि थ्रेडेड फास्टनरों को अन्य कनेक्शन विधियों से अधिक पसंद किया जाता है, और वे अक्सर उत्पादों की संरचनात्मक अखंडता को बनाए रखने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
हालाँकि, वे मशीनरी और अन्य घटकों में समस्याओं का एक महत्वपूर्ण स्रोत भी हैं। इन समस्याओं का कारण उनके स्वयं के शिथिलीकरण तंत्र में निहित है। यह स्व-ढीला तंत्र लंबे समय से एक मुद्दा रहा है, और पिछले 150 वर्षों में, डिजाइनर इस घटना को रोकने के लिए तरीके विकसित कर रहे हैं।
थ्रेडेड फास्टनरों के लिए कई सामान्य प्रकार की लॉकिंग विधियों का आविष्कार 100 साल से भी पहले किया गया था, फिर भी हाल के वर्षों में ही स्वयं को ढीला करने वाले मुख्य तंत्र को समझा गया है। ऐसे कई तंत्र हैं जो थ्रेडेड फास्टनरों को ढीला कर सकते हैं, जिन्हें घूर्णी ढीलापन और गैर-घूर्णी ढीलापन में विभाजित किया जा सकता है।
घूर्णी और गैर-घूर्णी ढीलापन
अधिकांश अनुप्रयोगों में, थ्रेडेड फास्टनरों को कड़ा कर दिया जाता है, और कनेक्शन पर प्रीलोड लागू किया जाता है। कसने की प्रक्रिया पूरी होने के बाद ढीलेपन को प्रीलोड के बाद के नुकसान के रूप में समझा जा सकता है। यह दो तरह से हो सकता है:
घूर्णी ढीलापन, जिसे आमतौर पर स्वयं-ढीलापन कहा जाता है, बाहरी भार की कार्रवाई के तहत फास्टनर के घूर्णन को संदर्भित करता है।
गैर -घूर्णी ढीलापन आंतरिक और बाहरी धागों के बीच सापेक्ष गति के बिना प्रीलोड के नुकसान को संदर्भित करता है।
फास्टनर का ढीला होना गैर - घूर्णी ढीलेपन के कारण होता है
असेंबली के बाद फास्टनर या जुड़े घटकों के विरूपण के कारण गैर-घूर्णी ढीलापन हो सकता है। यह इन इंटरफेस के आंशिक प्लास्टिक पतन का परिणाम है।
खुरदुरी सतह के संपर्क का आवर्धित दृश्य
जब दो सतहें एक दूसरे के संपर्क में होती हैं, तो प्रत्येक सतह असर सतह भार सहन करती है। क्योंकि वास्तविक संपर्क क्षेत्र सतह क्षेत्र से बहुत छोटा है, यहां तक कि मध्यम भार के तहत भी, बहुत अधिक स्थानीय तनाव लगातार पैदा होते हैं, जो सामग्री की उपज शक्ति से अधिक होते हैं।
इससे कसने का कार्य पूरा होने के बाद सतह आंशिक रूप से ढह सकती है; इस पतन को आमतौर पर एम्बेडमेंट कहा जाता है।
एम्बेडमेंट के कारण खोए गए क्लैंपिंग बल की मात्रा बोल्ट और जुड़े घटकों की कठोरता, कनेक्शन में मौजूद संपर्क सतहों की संख्या, सतह खुरदरापन और लागू असर सतह तनाव पर निर्भर करती है।
मध्यम सतह तनाव की स्थिति में, एंबेडमेंट के कारण आमतौर पर जोड़ कसने के बाद पहले कुछ सेकंड के भीतर क्लैंपिंग बल में लगभग 1% से 5% की हानि होती है। जब जोड़ को बाद में लागू गतिशील भार के अधीन किया जाता है, तो जोड़ की संपर्क सतह पर होने वाले दबाव में परिवर्तन के कारण क्लैंपिंग बल और कम हो सकता है।
यदि सतह के असर वाले तनाव को कनेक्टेड घटक सामग्री की संपीड़न उपज शक्ति से नीचे रखा जाता है, तो कनेक्शन डिज़ाइन में एंबेडमेंट हानि की मात्रा की गणना की जा सकती है और मुआवजा दिया जा सकता है।
जंकर का फास्टनर सेल्फ को ढीला करने का सिद्धांत
1969 में, गेरहार्ड जंकर ने अपने सिद्धांत का समर्थन करने के लिए इंजीनियरिंग परीक्षणों के परिणामों का उपयोग किया कि थ्रेडेड फास्टनरों को स्वचालित रूप से ढीला क्यों किया जाता है। उनकी मुख्य खोज यह थी कि एक बार जब संभोग धागों के बीच और फास्टनर की असर सतह और क्लैंपिंग सामग्री के बीच सापेक्ष गति होती है, तो रोटेशन के कारण प्रीलोडेड फास्टनर ढीला हो जाएगा।
यह भी पाया गया कि अनुप्रस्थ गतिशील भार अक्षीय गतिशील भार की तुलना में अधिक गंभीर ढीलापन पैदा करते हैं। इसका कारण यह है कि अक्षीय भार के तहत रेडियल गति अनुप्रस्थ भार की तुलना में काफी कम होती है।
बोल्टेड कनेक्शनों का अनुप्रस्थ संचलन
जंकर ने दिखाया कि जब मेटिंग धागों और फास्टनर की असर वाली सतह के बीच सापेक्ष गति होती है तो प्रीलोडेड फास्टनर अपने आप ढीला हो जाएगा। ऐसा तब होता है जब जोड़ पर लगने वाला अनुप्रस्थ बल बोल्ट प्रीलोड द्वारा उत्पन्न घर्षण बल से अधिक होता है।
छोटे अनुप्रस्थ विस्थापन के लिए, थ्रेड फ्लैंक और असर संपर्क सतहों के बीच सापेक्ष आंदोलन हो सकता है। एक बार जब थ्रेड क्लीयरेंस खत्म हो जाता है, तो बोल्ट को झुकने वाली ताकतों के अधीन किया जाएगा, और यदि अनुप्रस्थ स्लाइडिंग बनी रहती है, तो बोल्ट हेड के नीचे असर सतह पर स्लाइडिंग होगी।
एक बार शुरू होने पर, थ्रेड्स और बोल्ट हेड के नीचे अस्थायी रूप से कोई घर्षण नहीं होगा। थ्रेड हेलिक्स कोण पर अभिनय करने वाले प्रीलोड द्वारा उत्पन्न सेल्फ लूज़िंग टॉर्क नट और बोल्ट के बीच संगत रोटेशन का कारण बनता है। बार-बार अनुप्रस्थ आंदोलनों के तहत, यह तंत्र फास्टनर को पूरी तरह से ढीला कर सकता है।
ढीलेपन के कारणों का अध्ययन करने के लिए, जंकर ने एक परीक्षण मशीन विकसित की, जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है, जो फास्टनर डिजाइनों की ढीलापनरोधी प्रभावशीलता को मापता है।
जंकर फास्टनर परीक्षण मशीन
बॉल बेयरिंग का उपयोग चलती और स्थिर प्लेटों के बीच घर्षण प्रभाव को खत्म करने के लिए किया जाता है। जब नट को जकड़ने वाली चलती प्लेट से अनुप्रस्थ गति लागू की जाती है, तो लोड सेल लगातार बोल्ट लोड की निगरानी करता है।
सामान्य कंपन परीक्षण मानकों की तुलना में, परीक्षण के दौरान प्रीलोड के नुकसान को मापा जा सकता है, और प्रीलोड बनाम चक्र संख्या का एक ग्राफ तैयार किया जा सकता है।
जंकर मशीन का सिद्धांत यह है कि कैम द्वारा उत्पन्न अनुप्रस्थ विस्थापन फास्टनर को दोलन करने का कारण बनता है, जिससे फास्टनर के घर्षण बल पर काबू पाकर ढीलापन उत्पन्न होता है।
जंकर परीक्षण मशीन का स्क्रीनशॉट
जंकर कंपन परीक्षण ढीलापन वक्र
जंकर परीक्षण के माध्यम से, विभिन्न फास्टनर विरोधी ढीलापन डिजाइनों के प्रदर्शन की तुलना की जा सकती है। पिछले दो दशकों में, मौजूदा फास्टनर एंटी-लूज़िंग डिज़ाइनों पर उनके एंटी-लूज़िंग गुणों की तुलना करने के लिए बड़ी संख्या में अध्ययन पूरे किए गए हैं।
प्रभावी तुलना के लिए, समान कंपन आयाम का उपयोग करना महत्वपूर्ण है, क्योंकि इसका परिणामों पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। नीचे दिया गया चित्र स्प्रिंग वॉशर का एक विशिष्ट परीक्षण परिणाम दिखाता है।
परीक्षण से पता चला कि बोल्ट हेड के नीचे एक हेलिकल स्प्रिंग वॉशर रखने से वास्तव में ढीलापन तेज हो गया। दूसरों ने भी साबित किया है कि ऐसे वॉशर के उपयोग का प्रदर्शन बिना किसी लॉकिंग डिवाइस के बोल्ट के उपयोग के समान है।
इन निष्कर्षों से अवगत कई बड़े ओईएम अब अपने आंतरिक मानकों में ऐसे वॉशर निर्दिष्ट नहीं करते हैं।
थ्रेडेड फास्टनरों के लिए उपयोग किए जाने वाले कई लॉकिंग डिवाइस थ्रेड्स (उदाहरण के लिए, नायलॉन लॉक नट) या असर सतह और जुड़े घटकों (उदाहरण के लिए, विभिन्न प्रकार के "लॉकिंग" वॉशर) के बीच सापेक्ष आंदोलन को रोकने पर आधारित होते हैं।
हालाँकि, जंकर और अन्य बाद के शोधकर्ताओं ने जोड़ की अनुप्रस्थ गति को रोकने के महत्व को बताया है: एक उपयुक्त बोल्ट कनेक्शन डिज़ाइन यह सुनिश्चित करता है कि बोल्ट की क्लैंपिंग शक्ति कनेक्टिंग प्लेटों के घर्षण के माध्यम से अनुप्रस्थ गति को रोकने के लिए पर्याप्त है, इस प्रकार ढीलेपन से बचा जा सकता है।
डिज़ाइन चरण के दौरान, उचित फास्टनर आकार और ताकत का चयन करके इसे प्राप्त किया जा सकता है ताकि प्रीलोड बाहरी भार के कारण संयुक्त आंदोलन का विरोध करने के लिए पर्याप्त घर्षण उत्पन्न कर सके।
पेंच जून का निष्कर्ष
थ्रेडेड फास्टनर के ढीले होने का मूल कारण संयुक्त गति है, विशेष रूप से अनुप्रस्थ फिसलनबोल्ट धागेऔर असर वाली सतहें। यदि संयुक्त गति को रोकने के लिए बोल्ट से पर्याप्त प्रीलोड प्राप्त किया जा सकता है, तो किसी लॉकिंग डिवाइस की आवश्यकता नहीं है, क्योंकि घर्षण भागों को एक साथ रखेगा।
थ्रेडेड फास्टनर डिज़ाइन में मुख्य समस्या यह सुनिश्चित करना है कि घर्षण स्थितियों में परिवर्तन शामिल होने पर प्रीलोड भागों को मजबूती से एक साथ पकड़ने के लिए पर्याप्त है।
यह ग्राफ़ बोल्ट प्रीलोड पर घर्षण परिवर्तन के प्रभाव को दर्शाता है।
ढीलापन रोकने की कुंजी पर्याप्त बोल्ट प्रीलोड प्रदान करना है
आम तौर पर, जोड़ों को अधिकतम घर्षण गुणांक पर उत्पन्न न्यूनतम प्रीलोड के आधार पर डिजाइन किया जाना चाहिए; औसत प्रीलोड मान का उपयोग करके डिज़ाइन करने से कई चीज़ें ढीली हो जाएंगीबोल्ट.
साथ ही, एम्बेडमेंट के कारण होने वाले प्रीलोड नुकसान पर भी विचार करना आवश्यक है। एंबेडमेंट की मात्रा को सीमित करने के लिए, अधिकतम तनाव सीमा सुनिश्चित करना आवश्यक है जिसे क्लैंप की गई सामग्री झेल सके।
ऐसे मामलों में जहां संयुक्त आंदोलन को रोका नहीं जा सकता है, उदाहरण के लिए, थर्मल विस्तार की उपस्थिति में, सिद्ध क्षमता वाला एक लॉकिंग डिवाइस निर्दिष्ट किया जाना चाहिए।
