다양한 복잡성을 지닌 거의 모든 엔지니어링 제품은 스레드를 사용합니다.패스너. 대부분의 다른 연결 방법과 비교할 때 나사식 패스너의 주요 장점은 분해하여 재사용할 수 있다는 것입니다.
이 기능은 일반적으로 나사식 패스너가 다른 연결 방법보다 선호되는 이유이며 제품의 구조적 무결성을 유지하는 데 중요한 역할을 하는 경우가 많습니다.
그러나 이는 기계 및 기타 구성 요소에 문제를 일으키는 중요한 원인이기도 합니다. 이러한 문제의 원인은 자체-풀림 메커니즘에 있습니다. 이러한 자체 풀림 메커니즘은-오랫동안 문제가 되어 왔으며 지난 150년 동안 설계자들은 이러한 현상을 방지하기 위한 방법을 개발해 왔습니다.
나사식 패스너에 대한 일반적인 유형의 잠금 방법은 100여년 전에 발명되었지만 최근 몇 년 동안에야 자체 풀림으로 이어지는 주요 메커니즘이 이해되었습니다.{1}} 나사형 패스너가 느슨해지는 원인이 되는 메커니즘은 여러 가지가 있으며, 이는 회전 풀림과 비{3}}회전 풀림으로 나눌 수 있습니다.
회전 및 비회전 풀기-
대부분의 응용 분야에서는 나사식 패스너가 조여지고 연결부에 예압이 가해집니다. 풀림은 조임 과정이 완료된 후 예압이 손실되는 것으로 이해될 수 있습니다. 이는 두 가지 방법으로 발생할 수 있습니다.
일반적으로 자체 풀림이라고 하는 회전 풀림-은 외부 하중이 작용할 때 패스너가 회전하는 것을 의미합니다.
비회전 풀림은-내부 스레드와 외부 스레드 사이의 상대적인 움직임 없이 예압이 손실되는 것을 의미합니다.
비회전 풀림으로 인한 패스너 풀림-
조립 후 패스너 자체 또는 연결된 구성 요소의 변형으로 인해 비{0}}회전 풀림이 발생할 수 있습니다. 이는 이러한 인터페이스의 부분적인 소성 붕괴의 결과입니다.
거친 표면 접촉의 확대 보기
두 표면이 서로 접촉하면 각 표면이 베어링 표면 하중을 받습니다. 실제 접촉 면적은 표면적보다 훨씬 작기 때문에 적당한 하중 하에서도 재료의 항복 강도를 초과하는 매우 높은 국부 응력이 지속적으로 발생합니다.
이로 인해 조임 작업이 완료된 후 표면이 부분적으로 붕괴될 수 있습니다. 이러한 붕괴를 일반적으로 매립이라고 합니다.
매립으로 인해 손실되는 조임력의 양은 볼트와 연결된 구성 요소의 강성, 연결에 존재하는 접촉 표면 수, 표면 거칠기 및 적용된 베어링 표면 응력에 따라 달라집니다.
적당한 표면 응력 조건에서 매립은 일반적으로 조인트를 조인 후 처음 몇 초 내에 약 1% ~ 5%의 조임력 손실을 유발합니다. 이후 조인트에 동적 하중이 가해지면 조인트 접촉 표면에서 발생하는 압력 변화로 인해 조임력이 더욱 감소할 수 있습니다.
표면 지지 응력이 연결된 구성 요소 재료의 압축 항복 강도 아래로 유지되면 매립 손실의 양을 계산하고 연결 설계에서 보상할 수 있습니다.
Junker의 패스너 자체 풀림 이론-
1969년에 Gerhard Junker는 나사형 패스너가 자동으로 풀리는 이유에 대한 자신의 이론을 뒷받침하기 위해 엔지니어링 테스트 결과를 사용했습니다. 그의 주요 발견은 결합 나사산 사이와 패스너의 베어링 표면과 클램핑 재료 사이에서 상대적인 움직임이 발생하면 예압된 패스너가 회전으로 인해 느슨해진다는 것입니다.
또한 횡방향 동적 하중이 축방향 동적 하중보다 더 심한 풀림을 유발하는 것으로 나타났습니다. 그 이유는 축방향 하중을 받는 경우 반경 방향 이동이 횡방향 하중을 받는 경우보다 훨씬 작기 때문입니다.
볼트 연결의 가로 이동
Junker는 결합 나사산과 패스너의 베어링 표면 사이에 상대적인 움직임이 발생할 때 미리 로드된 패스너가{0}}저절로 느슨해짐을 보여주었습니다. 이는 조인트에 작용하는 횡력이 볼트 예압에 의해 생성된 마찰력보다 클 때 발생합니다.
작은 가로 변위의 경우 나사산 측면과 베어링 접촉 표면 사이에 상대적인 움직임이 발생할 수 있습니다. 나사 틈새가 극복되면 볼트는 굽힘력을 받게 되며, 가로 방향 미끄럼이 지속되면 볼트 머리 아래 베어링 표면에서 미끄럼이 발생합니다.
일단 시작되면 스레드와 볼트 헤드 아래에 일시적으로 마찰이 없습니다. 나사 나선 각도에 작용하는 예압에 의해 생성된 자체 풀림 토크는 너트와 볼트 사이에 상응하는 회전을 유발합니다. 반복적인 가로 이동 시 이 메커니즘으로 인해 패스너가 완전히 풀릴 수 있습니다.
풀림의 원인을 연구하기 위해 Junker는 아래 그림과 같이 패스너 설계의 풀림 방지 효과를 정량화하는 테스트 기계를 개발했습니다.-
Junker 패스너 시험기
볼 베어링은 움직이는 플레이트와 고정된 플레이트 사이의 마찰 효과를 제거하는 데 사용됩니다. 너트를 고정하는 이동 플레이트에서 횡방향 움직임이 가해지면 로드 셀은 볼트 하중을 지속적으로 모니터링합니다.
일반 진동 테스트 표준과 비교하여 테스트 중에 예압 손실을 측정할 수 있으며 예압 대 사이클 수의 그래프를 그릴 수 있습니다.
Junker 기계의 원리는 캠에 의해 생성된 가로 변위로 인해 패스너가 진동하여 패스너의 마찰력을 극복하여 느슨해짐을 발생시키는 것입니다.
Junker 시험기의 스크린샷
Junker 진동 테스트 완화 곡선
Junker 테스트를 통해 다양한 패스너 풀림 방지 설계의 성능을 비교할 수 있습니다.{0}} 지난 20년 동안 기존 패스너 풀림 방지 설계에 대한 수많은 연구가 완료되어 풀림 방지 특성을 비교했습니다.-
효과적인 비교를 위해서는 동일한 진동 진폭을 사용하는 것이 중요합니다. 이는 결과에 상당한 영향을 미치기 때문입니다. 아래 그림은 스프링 와셔의 일반적인 테스트 결과를 보여줍니다.
테스트 결과 볼트 머리 아래에 나선형 스프링 와셔를 배치하면 실제로 풀림 현상이 가속화되는 것으로 나타났습니다. 다른 사람들은 또한 그러한 와셔를 사용하면 잠금 장치 없이 볼트를 사용하는 것과 유사한 성능을 갖는다는 것을 입증했습니다.
이러한 결과를 알고 있는 많은 대형 OEM은 더 이상 내부 표준에 이러한 와셔를 지정하지 않습니다.
나사형 패스너에 사용되는 많은 잠금 장치는 나사산(예: 나일론 잠금 너트) 사이의 상대 이동 또는 베어링 표면과 연결된 구성 요소(예: 다양한 유형의 "잠금" 와셔) 사이의 상대 이동을 방지하는 데 기반을 두고 있습니다.
그러나 Junker와 다른 후속 연구자들은 조인트의 가로 이동을 방지하는 것의 중요성을 지적했습니다. 적절한 볼트 연결 설계는 볼트의 조임력이 연결 플레이트의 마찰을 통해 가로 이동을 방지하기에 충분하여 느슨해짐을 방지하도록 보장합니다.
설계 단계에서 이는 적절한 패스너 크기와 강도를 선택하여 예압이 외부 하중으로 인한 조인트 움직임에 저항할 만큼 충분한 마찰을 생성할 수 있도록 함으로써 달성할 수 있습니다.
스크류 준의 결론
나사산 패스너 풀림의 근본적인 원인은 관절 움직임, 특히 패스너의 횡방향 미끄러짐입니다.볼트 스레드및 베어링 표면. 조인트 움직임을 방지하기 위해 볼트에서 충분한 예압을 얻을 수 있는 경우 마찰로 인해 부품이 서로 고정되므로 잠금 장치가 필요하지 않습니다.
나사식 패스너 설계의 주요 문제점은 마찰 조건의 변화가 포함될 때 부품을 단단히 고정할 수 있을 만큼 예압이 충분한지 확인하는 것입니다.
이 그래프는 마찰 변화가 볼트 예압에 미치는 영향을 보여줍니다.
풀림 방지의 핵심은 충분한 볼트 예압을 제공하는 것입니다.
일반적으로 조인트는 최대 마찰계수에서 생성되는 최소 예압을 기준으로 설계되어야 합니다. 평균 예압 값을 사용하여 설계하면 많은 부분이 느슨해집니다.볼트.
동시에 매립으로 인한 예압손실도 고려해야 한다. 매립량을 제한하려면 클램핑된 재료가 견딜 수 있는 최대 응력 범위를 보장해야 합니다.
예를 들어 열팽창으로 인해 조인트 움직임을 방지할 수 없는 경우에는 성능이 입증된 잠금 장치를 지정해야 합니다.
