Tips från skruvsäkringsexperten

Bolted fick en unik möjlighet att träffa Japans främste expert på skruvsäkring, doktor Tomotsugu Sakai. Hans bok Bolted Joint Engineering – Funda­mentals and Applications anses vara det fulländande verket om skruvsäkring.

Hur definierar du den perfekta skruvsäkringen, som du också har tagit upp i din bok?
– Det bästa vore om skruvsäkringen utgick från allmänt tillgängliga, standardiserade fästelement och inte från specialkonstruerade delar. Än viktigare är att säkerställa att skruvsäkringskonstruktionen inte på något sätt kan råka ut för någon typ av skruvbrott. Hela produktkonstruktionen fallerar om ett enda skruvbrott uppstår. Man måste ta hänsyn till varje aspekt. Jag anser att ”evaluation without any omission” är det viktigaste.

Är det en fördel att använda smörjmedel vid skruvsäkring?
– Ja, om de monterade objekten inte glider mot varandra kan det ur alla aspekter vara gynnsamt att minska friktionskoefficienten. Om monterade objekt befinner sig i en miljö som gör dem ”lossningsbenägna” är det troligare att de lossnar om friktionskoefficienten är låg, men det måste inte leda till att de lossnar.

De blir ”lossningsbenägna” om den miljö de befinner sig i gör att de gång på gång glider mot varandra med en kraft som överstiger en viss tröskel.

Hur kan externa krafter orsaka glidning baserad på skjuvriktning, axiell riktning och torsion?
– Om en extern kraft appliceras i skjuvriktningen gör det att de monterade delarna glider. Om den appliceras i axiell riktning separeras de monterade objekten – separation. Under dessa omständigheter är det mer troligt att fästelementen lossnar ju lägre friktionskoefficienten är.

När jag skrev Bolted Joint Engineering – Fundamentals and Applications, utgick jag från den gängse uppfattningen om glidfenomenet när jag förklarade varför monterade objekt glider på kontaktytan – så kallad ”makroglidning”. Den här typen av glidning kan ses med blotta ögat då den visuella bekräftelsen kan fastställas redan vid 0,1 mm. Runt 1988 upptäckte man att osynlig ”mikroglidning” faktiskt uppstår innan makroglidningen och att det leder till rotation som är så liten den inte kan fastställas med blotta ögat oavsett i vilken riktning den sker. Fenomenet ”mikroglidning” förminskar gradvis den axiella kraften. Det introducerades i en artikel i Journal of the Japan Society for Precision Engineering.

– Om monterade objekt är i kontakt med varandra kan glidlängden i en viss sektion av kontaktytan eller i andra sektioner inte mätas med traditionella experiment. Men alla dessa värden kan kalkyleras med den finita elementmetoden FEM. Den har använts i samband med fästelement sedan cirka år 2000 och idag nyttjas den i den mesta forskningen kring gängade fästelement. I en artikel av doktor Satoshi Izumi et al. från 2006 tillkännagavs att gradvis roterande lossning hade identifierats i samband med mikroglidning (osynlig minimal glidning) snarare än med makroglidning (tydlig, synlig glidning). Jag blev chockerad när jag läste artikeln, som hävdar att när mikroglidning uppstår upprepade gånger, så orsakar den minimal roterande lossning så liten som 1 grad per 1 000 gånger eller 1/1 000 grader varje gång. En gradrotation på 1/1 000 går inte alls att se med ögat. Med den finita elementmetoden kan den studeras exakt och man kunde påvisa att mikroglidningen orsakar roterande lossning. Det kändes som jag var i knipa! [Skrattar] Resultatet ruskade rejält om uppfattningen om vad den kritiska punkten för glidning var.

Jag visste såklart att mikroglidning kunde leda till nötningsslitage, men hade inte övervägt att det kunde orsaka roterande lossning. Vid den tiden hade jag ingen möjlighet att testa det. Det var en tankeväckande upplevelse.

FAKTA: Mikroglidning
En glidning som inte kan ses med blotta ögat. Den leder till en gradvis minskande klämkraft som i slutändan kan leda till synlig roterande lossning (makroglidning). Sättningar och relaxation av materialet kan också minska klämkraften. Nord-Lock Group har utvecklat X-seriebrickor som kan hantera båda former av glidning. De motverkar alla typer av klämkraftförluster via fjädereffekten samtidigt som kileffekten förhindrar spontan skruvlossning.

FAKTA: Doktor Tomotsugu Sakai

• 1941 – Född i staden Okazaki i Japan.
• 1979 – Efter att ha jobbat för Toyota Motor Corporation fick han sin doktorsexamen i teknik, huvudsakligen inriktad på styrka- och hållbarhetstester, forskning och utveckling av olika bildelar.
• 2001 – Övergår till Toyota Techno Service Corp och börjar arbeta med utbildning och teknisk rådgivning om gängade fästelement.
• 2007 – Går i pension och etablerar Sakai Consulting Office om skruvsäkringsteknik där han ger utbildningar och ger teknisk rådgivning om skruvsäkring än idag.