Análise teórica de pré-carga e anti-afrouxamento da porca de travamento do tipo torque efetivo

Análise teórica de pré-carga e anti-afrouxamento da porca de travamento do tipo torque efetivo

Sob a condição de conexão estática, os fixadores roscados estão no estado de travamento automático e não ocorrem afrouxamentos. Na indústria automotiva, devido à complexidade e má condição da estrada de condução do carro, quando a posição de fixação parcial está nas condições de trabalho de vibração, choque, carga de mudança cruzada, os fixadores têm um perigo potencial de afrouxamento.

A fim de evitar o afrouxamento dos fixadores, a escolha de uma maneira anti-afrouxamento razoável e a garantia de uma pré-carga suficiente adicionam proteção à conexão de rosca confiável. A porca de bloqueio de torque efetivo é um dos firmwares anti-afrouxamento mais comuns e representa 30%~70% de todos os tipos de anti-afrouxamento. Portanto, conhecer seus princípios anti-afrouxamento e garantir uma pré-carga confiável é de extrema importância para o uso eficiente do firmware anti-afrouxamento.

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Análise de afrouxamento de conexões rosqueadas

1.1. Manifestações da conexão de rosca solta

O afrouxamento de uma conexão roscada geralmente se manifesta como o deslizamento relativo do parafuso para a porca, mas na verdade significa que o afrouxamento já ocorreu.

O afrouxamento da conexão da rosca é dividido em duas fases: afrouxamento não rotativo e afrouxamento rotativo. O primeiro é o estágio inicial do afrouxamento, que se manifesta pela queda da força de aperto como mostrado na figura 1; Este último ocorre quando traços de escorregamento entre a superfície de suporte ou dentes rosqueados se acumulam a tal ponto que o escorregamento relativo aparente do parafuso e da porca ocorre, ou seja, o afrouxamento rotacional é mostrado na figura 2.

Figura 1. Apresentação do afrouxamento dos fixadores

Como pode ser visto na figura 1, a força de aperto axial da conexão roscada diminui continuamente durante o afrouxamento do fixador. E a força de aperto de uma conexão roscada está relacionada à sua capacidade de serviço confiável. Portanto, certas medidas anti-afrouxamento são necessárias para evitar o deslizamento mútuo entre os fios, a fim de garantir que a força de aperto é mantida em um nível comparável.

1.2. Causas de falha de fixadores soltos

De acordo com a fase de afrouxamento do fixador, as razões para afrouxamento e afrouxamento do fixador são resumidas nos seguintes pontos :(1) no estágio inicial de afrouxamento, o afrouxamento da conexão roscada é causado principalmente pela deformação plástica do material.

A fase inicial de afrouxamento também é conhecida como a fase de afrouxamento do material. Tais como superfícies de contato irregulares, esforço local causado por excesso de rendimento do material (propensos a ocorrer no primeiro círculo da porca de dentes de rosca de rolamento); Afogamento causado pela pressão excessiva na superfície de suporte do anel da cabeça do fixador: fluência causada pela temperatura; E o efeito da catraca do material sob a carga cíclica e assim por diante fará a deformação plástica do material. A deformação plástica faz com que a tensão do fixador diminua e, por sua vez, relaxe a conexão roscada.

Tabela 1. Causas de afrouxamento precoce

A fim de mitigar a situação de atenuação das forças axiais na fase inicial, diferentes medidas são necessárias para diferentes causas. Visando o relaxamento da depressão causada pela pressão excessiva na superfície de suporte do anel da cabeça do fixador, a área de contato da superfície do flange pode ser aumentada ou a força do conector pode ser melhorada; E no projeto de torque, o torque de rendimento e o torque de esmagamento do suporte são comparados côncavos, tomando o valor mínimo de ambos, como o valor máximo da faixa de torque dinâmico do fixador, como mostrado na equação (2-1)~(2-3).

Além disso, é prática comum complementar o aperto da força axial perdida pelo afrouxamento inicial. No entanto, a relaxação de tensões nesta fase é difícil de determinar e, na montagem real, depende principalmente da experiência. Tais como relaxamento de tensões e atenuação de forças axiais são comuns em situações de conexão suave, medidas são tomadas para melhorar o torque de projeto original ou pré-carga múltipla em etapas. O relaxamento de tensão é menor para o caso de conexão rígida "aço-aço".

Torque de rendimento:

Esmagando o torque:

(2 e 3)

Na fórmula: k coeficiente de torque; D diâmetro nominal; Fty força axial de rendimento; Y ponto de rendimento; A área da seção de tensão nominal da linha x; Diâmetro equivalente dA área dA seção de tensão nominal dA rosca; Passo de p; Coeficiente de fricção da linha µs; D2 diâmetro médio; αs rosca dente ângulo lateral; Diâmetro externo do contato da superfície do apoio de dW; Dh contato diâmetro interno da superfície de apoio; A força de extrusão da superfície de suporte do tipo p.

(2) no estágio de afrouxamento tardio, quando o torque de rotação gerado pela carga externa ao longo da direção de afrouxamento do parafuso é maior do que o torque de afrouxamento do parafuso, haverá uma rotação relativa óbvia. Esta fase também é conhecida como fase de afrouxamento estrutural. Os fixadores automotivos são principalmente submetidos a cargas de cisalhamento (transversais), torção e tração ao trabalhar. Os parafusos são mais suscetíveis ao afrouxamento rotacional quando submetidos a cargas de cisalhamento no sistema de conexão roscada, quando a carga de torção é seguida, quando a carga de tração é relativamente suscetível ao afrouxamento. O que deve ser dito aqui é que a rotação relativa não ocorre instantaneamente, mas é o resultado da acumulação de deslizamentos locais. O exemplo foi submetido a uma carga transversal alternada, como mostrado na figura 2, para uma análise em profundidade.

Figura 2. Processo de afrouxamento dos fixadores sob carga transversal

A direção e a magnitude dos momentos de atrito variam em diferentes pontos da superfície de contato sob a ação de cargas transversais alternadas. A superfície de apoio da cabeça do prendedor é dividida em um número de setores (figura 2). O eixo y tem o semicírculo esquerdo para o setor A e o semicírculo direito para o setor B. DF é a força equivalente do momento de rotação. DF, é a carga transversal. A direção mostrada na seta é a direção da força.

A força de atrito necessária para manter A superfície de contato não escorregadio varia entre os pontos de posição. A força de atrito no setor A é significativamente maior do que no setor B. A força máxima de atrito que ambos os setores podem fornecer é A mesma (fm=μN, N- força de aperto, μ- coeficiente de atrito). Quando A carga lateral aumenta para um determinado valor de amplitude, o setor A entra primeiro no estado de deslizamento.

À medida que o setor A muda de um estado de atrito estático para um estado de atrito dinâmico, as forças em outros setores serão afetadas. À medida que a carga lateral aumenta, mais setores entram em um estado de deslizamento, o que equivale à rotação do fixador em torno do setor B. Quando a direção da carga transversal muda, a direção da força de atrito muda novamente, de forma repetida, que o fixador espreita lentamente após um balanço constante.

Em conclusão, o período de relaxamento do material é mais complexo, e para a conexão rígida comum "aço-aço", a força de aperto nesta fase é pequena. Assim, este trabalho desenvolve um estudo baseado principalmente na ¿ fase de relaxação estrutural ¿. A causa direta da relaxação estrutural é que o torque de atrito não é suficiente para compensar o torque que faz o parafuso girar para fora. Como garantir que ele tem boas propriedades de fricção e alcançar anti-afrouxamento confiável, é o lugar de pesquisa para o tipo de fixação anti-afrouxamento de fricção.

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Classificação de porcas de travamento do tipo torque efetivo