Hvorfør løsner bolte sig?

Bolte er det typiske valg af fastgørelsesmidler i flere industrier. De vælges ud fra den simple grund, at de er lette at demontere. Dette gør dog også at de kan risikere at løsne sig selv og miste deres forspænding.

Afhængigt af anvendelsen kan løsning af bolte have dybe konsekvenser. Én løs bolt kan sætte et helt produktionsanlæg i stå og koste en virksomhed tusinder, mens løse bolte i andre applikationer kan udgøre en betydelig sikkerhedsrisiko. Så hvad er årsagerne til at bolte løsnes? Generelt set er der to hovedårsager: spontan løsning og svækkelse.

Derfor løsner bolte 

- Hovedårsagerne og konsekvenserne af svigt og fejl afhænger af formålet med boltesamlingerne, på miljøet og ofte også på industrien," siger Georg Dinger, Siegenia-Aubi KG, der udførligt har undersøgt årsagerne og virkningerne af selvlukning af bolte.

- Gentagne relative forskydninger mellem kontaktfladerne under påvirkning af skaftmomentet, der skyldes trådhældningsmomentet, kan føre til en gradvis rotation af bolten eller møtrikken,” fortsætter Dinger. ”Dette medfører et boltforspændingstab med et tab af funktion i boltforbindelsen til følge. Effekten er velkendt, men forebyggelse bliver oftest kun udført eksperimentelt når hændelsen opstår eller opdages.

De vigtigste årsager til løsningen af ​​bolten:

• Spontan boltløsning - stød, vibrationer, dynamisk belastning
• Svækkelse - afvikling, krybning, afslapning

For at forhindre spontan løsning af bolten skal bevegælse mellem de sammenføjede dele elimineres eller i det mindste reduceres til under kritiske niveauer. Dette kan opnås ved enten at øge den aksiale spænding, øge friktionen mellem de fastspændte dele eller mindske den cykliske belastning - for eksempel stød, vibrationer eller cyklisk termisk belastning.

En anden almindelig metode er at øge friktionen mellem boltgevindene. Der er en række løsninger til at gøre dette, og mens nogle af dem er effektive, har de også deres ulemper. Lim eller klæbemidler kan være en effektiv friktionsbaseret metode, men tørret lim kan være problematisk, når det kommer til at afmontere og fjerne bolten. Desuden vil en forøgelse af friktionen mellem gevindene reducere den opnåelige forspænding ved et specifikt momentniveau. Plomberingstråd er en almindelig metode til at øge friktionen mellem boltgevindene i luftfartsindustrien.

Træthed skyldes permanent beskadigelse eller deformation i bolten og de fastspændte dele. Det skyldes tab af forspænding, der resulterer i en åbning i samlingen. Der er to grundlæggende mekanismer til tab af forspænding - spontan løsning og svækkelse.

Hvad betyder spontan løsning af bolte?

Spontan løsning eller roterende selvløsning er typisk, når en bolt løsner sig på grund af stød, vibrationer eller dynamiske belastninger. Selv en let rotation kan være nok til, at en boltsamling mister al sin forspænding. Det er den mest almindelige årsag til, at bolte løsnes.

Svækkelse skyldes tre mekanismer: afvikling, krybning og afslapning.

- Afvikling er kritisk, når det sker på grund af dynamiske belastninger. Det er den permanente deformation af det fastspændte materiale, når samlingen udsættes for øget stress fra dynamiske arbejdsbelastninger," forklarer Harlen Seow, teknisk leder hos Nord-Lock Group.

- De fleste dele af en boltesamling vender tilbage til formen efter frigivelse, hvis belastningen i delene ikke er gået ud over deres udbyttestyrker. Nogle materialer, såsom maling, vil sandsynligvis deformeres permanent i kontaktoverfladen, siger han:

- Hvis materialet sætter sig, bare nogle få mikrometer, vil strækningen af bolten mindskes og føre til forspændingenstab.

Vad är krypning?

Krybning er en permanent deformation, der opstår på grund af langvarig udsættelse for høje niveauer af stress under materialernes udbyttestyrke i samlingen. Dette er mere udtalt i applikationer ved høj temperatur.

Afslapning er, når mikrostrukturen i materialerne til en fælles omstrukturering omdanner eksisterende elastisk deformation til plastisk deformation over en periode. I modsætning til afvikling eller krybning ændres klemmelængden ikke, hvilket gør det sværere at opdage.

Krybning er en permanent deformation, der opstår på grund af langvarig udsættelse for høje niveauer af stress under materialernes udbyttestyrke i samlingen. Dette er mere udtalt i applikationer ved høj temperatur.

Afslapning er, når mikrostrukturen i materialerne til en fælles omstrukturering omdanner eksisterende elastisk deformation til plastisk deformation over en periode. I modsætning til afvikling eller krybning ændres klemmelængden ikke, hvilket gør det sværere at opdage.

- En måde at måle forspændingstab på er at måle boltlængden efter en periode i drift og sammenligne med boltlængden umiddelbart efter stramning, tilføjer Seow.

- Dette viser dog ikke afslapningen, hvilket gør det mere problematisk.

Designen er nøglen

Nøglen til at undgå træthed er et godt design. Det er vokset i betydning de seneste år på grund af de øgede krav til mange boltesamlinger og øget brug af lette materialer. Det er vigtigt ikke kun at fokusere på skruernes trækkapacitet og dermed overse andre parametre som elasticitet og stivhed, der også kan være vigtige.

- Korrekt samlingskonstruktion er nøglen til at opnå en friktionsgrebsforbindelse med høj styrke med et højt forspændingsniveau og dermed en høj skridsikkerhed over hele levetiden, siger Dinger.

- Indtil nu har designingeniørerne haft fokus på svigt med bolte, der går i stykker. Andre svigtmekanismer er blevet mere og mere vigtige, efterhånden som ydeevnen øges, og vægten af leddene mindskes. Mekanismerne til afslapning af forspænding og løsning af bolte er mere og mere almindelige i letvægtsdesign. 

Så kan en optimal boltesamling konstrueres

Afhængig af bolten og applikationen og årsagen til mistet forspænding, er der generelt flere muligheder for at designe mere optimale boltesamlinger.

- I tilfælde, hvor der er termisk belastning, kan samlingen optimeres ved at vælge materialer med samme varmeudvidelseskoefficient for de fastspændte dele,” siger Dinger.

- For at hjælpe med at minimere løsning og opretholde en høj forspænding under drift, kan du reducere ruheden mellem kontaktflader. Foranstaltninger såsom fine huldiametre eller overflader med tænder kan hjælpe med at minimere relativ forskydning. 

- Generelt består en god boltesamling af meget elastiske bolte og meget stive fastspændte dele, og der er forskellige måder at opnå dette på. En måde at forbedre bolten elastisk på er at have lang klemlængde. Men hvis du har en flange, hvor klemlængden ikke kan være for lang, kan du ændre designet ved at bruge flere, men mindre bolte. Så i stedet for at bruge fem bolte, kan du bruge ti mindre bolte, hvilket skaber en mere elastisk samling, siger Seow.

Samlet set indebærer opnåelse af den optimale boltforbindelse at der bør produceres flere variabler og designmuligheder.

Hvad er forspænding?

Et udtryk med mange betydninger inden for teknik. Den ene er spændingen (belastningen), der dannes i et fastgørelseselement, når det strammes første gang. Når bolten strækker sig, komprimeres komponenterne mellem bolten og møtrikken, hvilket øger den såkaldte klembelastning indtil tilspændingsprocessen afsluttes.

Se forklaringsvideoen om forspænding nedenfor.

Hvad er Junkertesten?

Forskning i årsagerne til selvløsning af boltene har været i gang i næsten 60 år, men det er stadig det tyske ingeniør Gerhard Junkers banebrydende arbejde i 1960'erne, der danner grundlaget for moderne metoder og teorier bag forebyggelse af selvløsning. Hans testmetode til at bestemme på hvornår en bolt begynder at rotere løst, når den udsættes for vibrationer, er nu almindeligt kendt som Junker-testen og er blevet vedtaget som den internationale standard, såsom DIN 65151 og ISO 16130.

Junker-testen betragtes som den hårdeste vibrationstest for boltesamlinger. Se videoen nedenfor om, hvordan den er blevet brugt til at sammenligne ydeevnen for forskellige boltlåsemetoder. Se mere her: