Typy šroubů a matic proti uvolnění a princip samojistících matic proti uvolnění

Uvolněníšroub a matice Spoje jsou běžným problémem poruch ve strojírenství, který byl vždy horkým tématem výzkumu v průmyslu spojovacích prvků. Na základě praktických zkušeností s montáží a skutečných pracovních podmínek tento dokument třídí hlavní protipovolovací struktury pro šrouby a matice, rozvádí pracovní princip, použitelné scénáře a vlastní vady každé metody proti povolování. Mezitím vysvětluje základní mechanismus dlouhodobého anti-povolovacího výkonu samojistných matic a poskytuje spolehlivé reference pro výběr spojovacího prvku na místě a formulaci procesu montáže.

1. Běžné typy a principy proti uvolněníŠrouby a matice

1.1 Dvojitá matice proti uvolnění (proti uvolnění tupé matice)

Také známý jako anti-uvolňovací matice. Poté, co jsou dvě matice proti sobě utaženy obráceně, bude mezi nimi generována spojitá axiální tlaková síla a působit na kontaktní plochy se záběrovým závitem. Čím pevněji jsou obě matice zajištěny, tím větší je normální tlak na kontaktní plochy závitu a také třecí moment mezi páry závitů. Jakékoli rotační uvolnění matic musí překonat velkou třecí sílu mezi zabírajícími závity. I když vnější zatížení během provozu zařízení kolísá, zvedací tlak mezi dvěma maticemi zůstává konstantní, což zajišťuje udržitelný účinek proti uvolnění.

Použitelné scénáře: Vhodné pro šroubové spoje s nebo bez požadavků na předpětí, použitelné pouze pro pracovní podmínky s mírnými vibracemi a stabilním zatížením.

Nevýhody: Zabírá velký axiální instalační prostor, omezenou kapacitu proti uvolnění a snadno selže za podmínek silných vibrací.

1.2 Hard Lock Konkávně-konvexní Matice proti uvolnění

Protipovolovací matice Hard Lock se skládá ze spodní konvexní matice a horní konkávní matice pro přizpůsobené použití. Spodní konvexní matice využívá excentrické obrábění s mírným odsazením středu, aby hrála roli klínového bloku; horní konkávní matice je zpracována do standardního soustředného kruhu bez středové odchylky. Kloubové plochy horní a spodní matice jsou všechny kuželové konkávně-konvexní plochy, které po utažení tvoří mechanickou samosvornou strukturu podobnou zaklínování kladivem.

Malé axiální předpětí může generovat obrovský radiální zajišťovací tlak na povrchy kuželového kloubu. Tlak je přenášen na závity v záběru synchronně, což výrazně zvyšuje třecí moment jak na kontaktních plochách závitu, tak na konkávně-konvexních kuželových plochách. Mechanicky blokuje tendenci otáčení závitu a poskytuje vynikající výkon proti povolování.

Použitelné scénáře: Použitelné pro šroubové spoje s požadavky na předpětí nebo bez nich a lze jej použít pro dlouhodobý provoz v náročných pracovních podmínkách s vysokofrekvenčními silnými vibracemi a střídavým zatížením.

Nevýhody: Vyžaduje extrémně vysokou přesnost obrábění pro excentrickou strukturu, obtížný výrobní proces a vysoké pořizovací náklady.

1.3 Anti-povolovací matice Spiralock

Základním strukturálním rysem matic Spiralock je 30° klínovitý sklon obrobený u kořene vnitřních závitů. Když jsou šrouby a matice utaženy a zabírány, špička závitů šroubu těsně tlačí na klínovitý sklon vnitřních závitů, aby vytvořila tuhou zajišťovací sílu s vysokou pevností.

U standardních běžných závitů je úhel mezi normální kontaktní silou na povrchu závitu a osou šroubu 30 stupňů. Závity Spiralock mění úhel profilu závitu, díky čemuž dosahuje úhel 60 stupňů. Normální tlak párů závitů je mnohem větší než axiální upevňovací tlak, což výrazně zlepšuje třecí odpor a důkladně omezuje rotační uvolnění závitu.

Použitelné scénáře: Platí pouze pro spojovací konstrukce vyžadující stabilní předpětí a spojované části nesmí být vyrobeny z příliš měkkých materiálů.

Nevýhody: Účinek proti uvolnění zcela selže, jakmile se předpětí šroubu sníží; větší utahovací moment je nutný k překonání třecího odporu mezi zuby závitu k dosažení požadovaného předpětí šroubu.

1.4 Dělená pružinová podložka Proti uvolnění

Po utažení matice pro zploštění dělené pružinové podložky podložka generuje kontinuální elastickou odrazovou sílu, aby udržela vnitřní a vnější závity těsně u sebe. Třecí moment tvořený konstantní přítlačnou silou zabraňuje otáčení matice. Mezitím se ostré řezné hrany u děleného otvoru zapustí do spodního povrchu matice a povrchu spojených částí, dále brání vzájemnému otáčení matic prostřednictvím fyzického zajištění.

Omezení aplikace: Nevhodné pro spoje s ultra tvrdými povrchy spojů; řezné hrany se nemohou zapustit do tvrdých podkladů a zcela ztratí funkci proti uvolnění. Rovněž se nevztahuje na spoje vyžadující vysoké předpětí, protože urychluje útlum předpětí šroubů.

1.5 Kónická pružinová podložka Proti uvolnění

Sdílí stejný princip proti povolování jako běžné dělené pružinové podložky, spoléhá se na elastickou odrazovou sílu po stlačení ke stlačení párů závitů a realizaci třecího proti povolování. Ve srovnání s běžnými dělenými pružinovými podložkami mají kónické pružinové podložky vyšší strukturální tuhost a mohou poskytovat větší axiální tlak při stejném kompresním zdvihu, čímž poskytují lepší stabilitu a výkon proti uvolnění.

Omezení aplikace: Stále není vhodné pro vysoce přesné spojovací díly s přísnými požadavky na předpětí.

1.6 Nord-Lock Dvouvrstvá samosvorná podložka

Tento druh podložek se používá v párech, s velkoúhlovými nakloněnými zuby na jedné straně a radiálním protiskluzovým ozubením na druhé straně. Při montáži jsou dvě podložky instalovány obráceně se šikmými plochami zubů proti sobě. Po utažení se vnější radiální zoubky pevně zakousnou do čela matice a povrchu připojené části, aby zcela zafixovaly vnější kontaktní plochy, přičemž zůstane pouze relativní klouzání mezi vnitřními šikmými plochami zubů dvou podložek.

Když mají šrouby tendenci se povolovat a otáčet, klínový zvedák mezi vnitřními šikmými povrchy zubů bude generovat axiální zvedací sílu. Vzdálenost zdvihu generovaná podložkami je větší než axiální vzdálenost zdvihu způsobená povolováním závitu, což zpětně blokuje tendenci povolování závitů a dosahuje trvalého účinku proti povolování.

Omezení aplikace: Nelze použít pro ultra tvrdé nebo ultra měkké kloubní povrchy. Podložka má specifický směr instalace a při obrácené instalaci ztrácí funkci proti uvolnění. Je také neplatné pro uvolněná spojení bez předpětí.

2. Základní princip nepovolovacích samojistných matic

Dlouhodobý účinek proti uvolněnísamojistné maticepochází ze speciálně optimalizované nestandardní struktury závitu.

U kořene vnitřních závitů samojistných matic je zpracován klínovitý sklon 30 stupňů. Po záběru a utažení špičky závitů šroubů pevně přitlačí na klínovité svahy, aby vytvořily vysokou mechanickou zajišťovací sílu. U standardních 60stupňových běžných závitů ve tvaru V je úhel mezi normální kontaktní silou a osou šroubu 30 stupňů, zatímco u samosvorných závitů se sevřený úhel změní na 60 stupňů, což vede k zásadní změně stavu napětí.

Porovnání mechanické síly: Při stejném axiálním napětí šroubu P0 je normální přítlačná síla standardních běžných závitů pouze 1,15P0, zatímco síla samosvorných závitů dosahuje 2P0. Poměr sil je asi 7:12, což výrazně zlepšuje třecí sílu proti povolování párů závitů.

Samosvorné závity navíc řeší inherentní nerovnoměrné namáhání běžných závitů. U konvenčních 60stupňových závitů ve tvaru V nesou první a druhý závit v záběru 70 % až 80 % celkového zatížení, zatímco zbývající závity nesou téměř žádné zatížení. Při dlouhodobých vibracích a střídavém zatížení jsou přední závity náchylné k selhání přetížení, což má za následek rychlý útlum zajišťovací síly, uvolnění rotace závitu, rovnoměrné zadření a stržení závitu.

Samosvorné závity rozdělují zatížení rovnoměrně na všechny závity v záběru prostřednictvím klínovitých sklonů a realizují synchronní namáhání všech závitů. Zabraňuje lokálnímu selhání přetížení závitu, zásadně eliminuje povolování šroubu způsobené vibracemi a dosahuje bezúdržbového dlouhodobého účinku proti povolování.