כמעט כל המוצרים ההנדסיים במורכבות משתנה משתמשים בהברגהמחברים. בהשוואה לרוב שיטות החיבור האחרות, יתרון מרכזי של מחברים עם הברגה הוא שניתן לפרק אותם ולעשות בהם שימוש חוזר.
תכונה זו היא בדרך כלל הסיבה מדוע מחברי הברגה מועדפים על פני שיטות חיבור אחרות, ולעתים קרובות הם ממלאים תפקיד מכריע בשמירה על שלמות המבנית של מוצרים.
עם זאת, הם גם מקור משמעותי לבעיות במכונות ורכיבים אחרים. הסיבה לבעיות אלו נעוצה במנגנון ההתרופפות העצמי-שלהן. מנגנון ההתרופפות העצמי-זה כבר זמן רב בעיה, ובמהלך 150 השנים האחרונות, מעצבים פיתחו שיטות למניעת התרחשות זו.
סוגים נפוצים רבים של שיטות נעילה עבור מחברים מושחלים הומצאו לפני יותר מ-100 שנה, אך רק בשנים האחרונות הבינו המנגנונים העיקריים המובילים להתרופפות עצמית-. ישנם מנגנונים רבים שעלולים לגרום להתרופפות מחברי הברגה, אותם ניתן לחלק להתרופפות סיבובית ולא-התרופפות סיבובית.
סיבוב ולא{0}}התרופפות סיבובית
ברוב המכריע של היישומים, מחברים מושחלים מהודקים ומופעל על החיבור עומס מראש. ניתן להבין את ההתרופפות כאובדן עומס מוקדם לאחר השלמת תהליך ההידוק. זה יכול להתרחש בשתי דרכים:
התרופפות סיבובית, המכונה בדרך כלל התרופפות עצמית-, מתייחסת לסיבוב של המחבר תחת פעולת עומסים חיצוניים.
התרופפות לא-סיבובית מתייחסת לאובדן של עומס מראש ללא תנועה יחסית בין החוטים הפנימיים והחיצוניים.
התרופפות מחברים נגרמת על ידי התרופפות לא-סיבובית
התרופפות לא -סיבובית עשויה להתרחש עקב עיוות של המחבר עצמו או הרכיבים המחוברים לאחר ההרכבה. זו תוצאה של קריסה פלסטית חלקית של ממשקים אלה.
תצוגה מוגדלת של מגע משטח מחוספס
כאשר שני משטחים במגע זה עם זה, כל משטח נושא את עומס משטח הנושא. מכיוון ששטח המגע בפועל קטן בהרבה משטח הפנים, גם בעומסים מתונים, נישאים ללא הרף מתחים מקומיים גבוהים מאוד, העולים על חוזק התפוקה של החומר.
זה יכול להוביל לקריסה חלקית של פני השטח לאחר השלמת פעולת ההידוק; קריסה זו מכונה בדרך כלל הטמעה.
כמות כוח ההידוק שאבד עקב הטבעה תלויה בקשיחות של הבורג והרכיבים המחוברים, במספר משטחי המגע הקיימים בחיבור, בחספוס פני השטח ובמתח המשטח המיסב המופעל.
בתנאי לחץ מתונים על פני השטח, הטמעה גורמת בדרך כלל לאובדן כוח הידוק של כ-1% עד 5% בתוך השניות הראשונות לאחר הידוק המפרק. כאשר המפרק נתון לאחר מכן לעומסים דינמיים המופעלים, כוח ההידוק עשוי לרדת עוד יותר עקב שינויים בלחץ המתרחשים על משטח המגע של המפרק.
אם מתח הנושא של פני השטח נשמר מתחת לחוזק התפוקה הדחיסה של חומר הרכיב המחובר, ניתן לחשב את כמות אובדן ההטבעה ולפצות עליה בתכנון החיבור.
התיאוריה של יונקר על התרופפות-העצמית של המחבר
בשנת 1969, גרהרד יונקר השתמש בתוצאות של בדיקות הנדסיות כדי לתמוך בתיאוריה שלו מדוע מחברי הברגה מתרופפים אוטומטית. הממצא העיקרי שלו היה שברגע שמתרחשת תנועה יחסית בין החוטים המתואמים ובין משטח המיסב של המחבר לחומר ההידוק, המחבר הנטען מראש ישתחרר עקב סיבוב.
כמו כן, נמצא כי עומסים דינמיים רוחביים גורמים להתרופפות חמורה יותר מעומסים דינמיים צירים. הסיבה היא שהתנועה הרדיאלית בעומסים צירים קטנה משמעותית מזו בעומסים רוחביים.
תנועה רוחבית של חיבורים מוברגים
Junker הראה שמהדק טעון מראש ישתחרר בעצמו-כאשר מתרחשת תנועה יחסית בין החוטים המתואמים למשטח הנושא של המחבר. זה קורה כאשר הכוח הרוחבי הפועל על המפרק גדול מכוח החיכוך שנוצר על ידי עומס הבורג מראש.
עבור תזוזות רוחביות קטנות, עלולה להתרחש תנועה יחסית בין צדי החוט לבין משטחי המגע של הנושא. לאחר התגברות על מרווח הברגה, הבורג יהיה נתון לכוחות כיפוף, ואם ההחלקה הרוחבית נמשכת, תתרחש החלקה במשטח המיסב מתחת לראש הבורג.
לאחר ההפעלה, לא יהיה באופן זמני חיכוך בהברגות ומתחת לראש הבורג. המומנט המתרופף -עצמי שנוצר על ידי העומס המוקדם הפועל על זווית סליל ההברגה גורם לסיבוב תואם בין האום לבורג. בתנועות רוחביות חוזרות ונשנות, מנגנון זה יכול לגרום להתרופפות מוחלטת של המחבר.
כדי לחקור את הסיבות להתרופפות, Junker פיתחה מכונת בדיקה, כפי שמוצג באיור שלהלן, המכמתת את היעילות נגד-התרופפות של עיצובי מחברים.
מכונת בדיקת מחברים של Junker
מיסבים כדוריים משמשים כדי לחסל את אפקט החיכוך בין הלוחות הנעים והמקובעים. כאשר מופעלת תנועה רוחבית מהצלחת הנעה המהדקת את האום, תא העומס עוקב באופן רציף אחר עומס הבורג.
בהשוואה לתקני בדיקת רטט רגילים, ניתן למדוד את אובדן העומס הקדום במהלך הבדיקה, וניתן לשרטט גרף של עומס מראש לעומת מספר מחזור.
העיקרון של מכונת הג'ונקר הוא שהתזוזה הרוחבית שנוצרת על ידי הפיקה גורמת לתנודה של המחבר, תוך התגברות על כוח החיכוך של המחבר כדי לייצר התרופפות.
צילום מסך של Junker Testing Machine
Junker Vibration Test Curve Loosening Curve
באמצעות בדיקות Junker, ניתן להשוות את הביצועים של עיצובים שונים נגד התרופפות-מהדקים. במהלך שני העשורים האחרונים, הושלמו מספר רב של מחקרים על עיצובים קיימים נגד-התרופפות מהדקים כדי להשוות את תכונותיהם נגד-התרופפות.
להשוואה יעילה, חיוני להשתמש באותה משרעת רטט, שכן יש לכך השפעה משמעותית על התוצאות. האיור שלהלן מציג תוצאת בדיקה אופיינית של מכונת שטיפה קפיצית.
הבדיקה הראתה שהצבת מכונת שטיפה קפיצית סלילנית מתחת לראש הבורג למעשה האצה את ההתרופפות. אחרים גם הוכיחו שלשימוש במכונות כביסה כאלה יש ביצועים דומים לשימוש בבריחים ללא כל התקני נעילה.
יצרני OEM גדולים רבים, המודעים לממצאים אלה, אינם מציינים עוד מכונות כביסה כאלה בתקנים הפנימיים שלהם.
התקני נעילה רבים המשמשים למחברי הברגה מבוססים על מניעת תנועה יחסית בין החוטים (למשל, אגוזי נעילה ניילון) או תנועה יחסית בין משטח המיסב לרכיבים המחוברים (למשל, סוגים שונים של מנקי "נעילה").
עם זאת, גם יונקר וגם חוקרים אחרים לאחר מכן הצביעו על החשיבות של מניעת תנועה רוחבית של המפרק: תכנון חיבור מוברג מתאים מבטיח שכוח ההידוק של הבורג מספיק כדי למנוע תנועה רוחבית דרך החיכוך של לוחות החיבור, ובכך למנוע התרופפות.
במהלך שלב התכנון, ניתן להשיג זאת על ידי בחירת הגודל והחוזק המתאימים של המחבר, כך שהעומס המוקדם יוכל ליצור חיכוך מספיק כדי להתנגד לתנועת המפרק הנגרמת מעומסים חיצוניים.
המסקנה של בורג יוני
הסיבה הבסיסית להתרופפות מחבר הברגה היא תנועת מפרקים, במיוחד החלקה רוחבית של ה-חוטי ברגיםומשטחי נושא. אם ניתן להשיג עומס מוקדם מספיק מהבורג כדי למנוע תנועת מפרקים, אין צורך בהתקן נעילה, שכן חיכוך יחזיק את החלקים יחד.
הבעיה העיקרית בתכנון מחברים עם הברגה היא להבטיח שהעומס מראש מספיק כדי להחזיק את החלקים בחוזקה כאשר כלולים שינויים בתנאי החיכוך.
גרף זה מציג את ההשפעה של שינויי חיכוך על הטעינה המוקדמת של הבורג.
המפתח למניעת התרופפות הוא לספק מספיק טעינת בורג מראש
באופן כללי, יש לתכנן את המפרקים בהתבסס על העומס הקדום המינימלי שנוצר במקדם החיכוך המרבי; תכנון באמצעות ערך הטעינה הממוצעת יוביל להתרופפות של רביםברגים.
יחד עם זאת, יש גם לשקול את אובדן הטעינה המוקדמת שנגרמה מהטבעה. כדי להגביל את כמות ההטבעה, יש צורך להבטיח את טווח הלחץ המרבי שהחומר המהדק יכול לעמוד בו.
במקרים בהם לא ניתן למנוע תנועת מפרקים, למשל, בנוכחות התפשטות תרמית, יש לציין התקן נעילה בעל יכולת מוכחת.
