Låsning och säkring - lång
Kort
version
1 Inledning
Då skruvförband utgör en demonterbar förbindning kan förbandet separera också
mellan servicetillfällen. Detta som en funktion av sättning och/eller
uppglappning. För dynamiskt höghållfasta förband kan båda mekanismerna ge
skruvutmattning.
För en konstruktör är förbandets tillförlitlighet mot haveri av avgörande
betydelse. Denna åstadkommes i första hand med en bra konstruktion men kan
ibland kräva en extra åtgärd. Denna åtgärd kallas låselement och kan indelas i
två undergrupper: 1) Friktionsgivande element och 2)
Låsmedel.
Viktigt att komma ihåg är att ett rätt konstruerat förband ej behöver
låselement. För dynamiskt höghållfasta förband kan separation ske på två sätt:
- Fästelementen vibrerar isär.
- Efter en sättning orsakad av t ex ett för mjukt underlag utmattas skruven,
går av och skruvförbandet separerar.
Låselement kan således försena en separation på undermåligt konstruerat
dynamiskt höghållfast förband, men sällan förhindra det helt. I många fall kan
dock en försening vara tillräckligt då t ex länkarmar eller dylikt i ett chassi
ger kraftiga vibrationer och mycket oljud efter uppglappning men innan
utmattning har etablerats.
Funktionen hos olika låselement varierar mycket starkt. Vissa låsbrickor t
ex. borde snarare kallas lossbrickor. Det är därför mycket viktigt att inte ha
en överdriven tro på dem utan noga utvärdera funktionen. För utvärdering av
funktionen för några låselement med se Kap. Vibrationsprovning.
För statiskt höghållfasta förband kan ett låselement fylla en vettig funktion
då dessa ej utsätts för konstant yttre belastning. Här brukar det emellertid
räcka med ett friktionsgivande element.
Förband med friktionsgivande element eller låsmedel monteras med samma moment
som förband utan dessa medel eftersom smörjning tillser att monteringsfriktionen
är i stort densamma.
2 Friktionsgivande element
Till gruppen Friktionsgivande element räknas plastiskt deformation av
muttrars översta gängvarv såsom föreligger i så kallad klämd mutter, ofta också
refererad till som "låsmutter". Det upptäcktes tidigt att jack i skruvgängorna
medförde motstånd vid sammansättningen. Klämda gängor i skruvar och muttrar har
använts sedan 1940-talet. Efter endast ett par gångers användning öppnar sig
klämda gängor och förändrar sin ursprungliga form, varvid även låsningsförmågan
går förlorad. Skruven eller muttern kan låsas genom att den deformeras efter
montering genom t ex körnslagning. Låsning kan också får genom att en svets
läggs på.
Ett annat element på muttern som ger låsning är så kallad Nylock ring, en
nylonring instukad i mutterns överkant och som har en innerdiameter något mindre
än skruvgängans ytterdiameter.
För båda dessa typer av låsmuttrar erhålls ett extra nedgängningsmotstånd om
ca 5 % av monteringsmomentet och detta förhindrar att uppglappat förband inte
separerar snabbt på grund av att muttern vibrerar av skruven. Om förbandet är
dynamiskt höghållfast kan emellertid en uppglappning på sikt resultera i
skruvutmattning men om förbandet är statiskt höghållfast förblir gängingreppet
intakt och förbandet kan trots en viss uppglappning (tapp av klämkraft) behålla
sin statiska hållfasthet.
3 Icke-metalliska låselement
De första icke-metalliska låselementen bestod av kulor och remsor som
infogades i skruvgängorna. Detta ger utmärkt vibrationsmotstånd men är
komplicerat att montera. Muttrar med nylonhylsa är en populär låsmetod. Hylsan
hålls kvar vid toppskiktet genom att formas eller smidas över den yttersta
kanten av muttern. Detta ger ett jämnt vridmoment och vibrationsmotstånd
samtidigt som det reducerar verktygsskakningar vid monteringen. Nackdelar är att
det är en kostsam flerdelad konstruktion och mutterns ökade höjd och massa gör
att användningsområdena är begränsade. Av tillverkningsmässiga skäl är muttern i
allmänhet tillverkad i mjukt stål varför höghållfasta förband inte kan
tillverkas.
Figur 1. Låsmutter med nylonhylsa.
Skruvar eller muttrar vars låselement är permanent sammansmält i
skruvgängorna kan ses som en efterföljare till infogade plastdelar eller
nylonhylsa. På detta sätt kan samma fördelar som infogade plastdelar uppnås, men
till en betydligt lägre kostnad. Beroende på hur mycket vridmoment som behövs
och om det är behov av tätningsfunktion kan beläggningen täcka hela eller delar
av omkretsen. Beläggningen fungerar som en kil genom att tvinga gängorna mot
gängorna på motstående sida. Genom att nylonbeläggningen strävar efter att
återta sin ursprungliga form ökar friktionsmotståndet ytterligare för att
förhindra att komponenterna lossnar. Återanvändningsmöjligheterna är mycket goda
och komponenter kan justeras efter montering.
Figur 2. Skruv och mutter med plastbeläggning på
gängan.
Beläggningen kan anpassas efter olika behov. Som standard täcker den 180 ºC.
Muttrar tillverkade med 360 ºC beläggning och fungerar som muttrar med
nylonhylsa men utan de negativa kostnadsaspekterna och med möjlighet att
tillverka även i höghållfast material. Icke-metalliska låselement har en övre
användningstemperatur (för Tuflok 121 ºC och för Nytemp 232 ºC). Produktnamn:
Eslok, Tuflok, Nytemp,,,.
4 Metalliska låssäkringssystem
En grupp av låselement roterar fritt vid installationen och håller sedan fast
förbandet i dess åtdragna position. Typiska exempel är elastisk kronmutter,
konformade eller kupade brickor, tandade flänsar, olika gängformsmodifikationer
som pressar samman gängflankerna samt olika tvåkomponentdetaljer som motroterar
och låser fast delarna. Denna typ klarar inte att stå emot vibrationslossning
och om förspänningen försvinner kan de falla isär.
Låsmutter Helmetalliska låsmuttrar är ofta av typ klämd
mutter. De översta gängvarven är deformerade. Detta kommer att klämma om
gängorna och ge en extra låsning. Låsfunktionen försvinner efter några
användningar.
Det finns också helmetalliska låsmuttrar med speciellt utformad gängprofil
som låser först vid åtdragning och fördelar förspänningen utmed hela
muttergängan. Muttern är därmed frispinnande till den kommer i kontakt med
underlaget.
Figur 3. Helmetallisk låsmutter (Bumax Lock) i
ingrepp.
Kronmutter Elastisk kronmutter klämmer runt skruven med
den stukade delen. Den kan låsas med en saxpinne som monteras genom spåren och
genom ett borrat hål i skruven. Saxpinne genom spåren i kronmuttern ger en
betydligt bättre låsning än om saxpinnen skulle monteras utanför en vanlig
mutter utan spår.
Figur 4. Kronmutter.
Saxpinne Saxpinnar av olika typ kan användas för låsning
av skruvar med förborrade hål eller hål som borras efter monteringen.
Figur 5. Saxpinne.
Tandad fläns Tandningen är avsedd att greppa och ge högre
friktion mot underlaget. Tandning kan användas både på skruv och på mutter.
Figur 6. Skruv med tandad fläns.
5 Brickor Brickor i olika utförande förekommer men
är i de flesta fall avsedda som stöd eller skydd mot underlaget bl a då fläns
saknas på skruv eller då skruvskallens monteringsfriktion sprider mycket mot
underlaget. Normalt försöker man konstruera utan lösa brickor då dessa kan
tappas bort eller glömmas bort.
I många fall ger så kallade låsbrickor ett sämre uppglappningsmotstånd då de
tillför ytterligare två ytor som kan sätta sig, se Kap. Vibrationsprovning.
Undantaget är Nord-Lock brickan beskriven nedan.
Fjäderbrickor Fjäderbrickor kan ha flera olika utseende,
från konformade och kupade till kurvade eller vågformiga. De kan också vara
uppklippta.
Figur
7. Uppklippta fjäderbrickor.
Kurvade eller böjda fjäderbrickor används främst i skruvförband med lägre
behov av låskraft. De kan också användas för att eliminera axiellt glapp. Det
finns flera typer av böjning anpassade för olika skruvskallar och tillämpningar.
Typ A nedan rekommenderas för runda skruvskallar och Typ B för sexkantiga.
Figur
8. Kurvade fjäderbrickor.
Vågade eller skevade fjäderbrickor har en begränsad fjädringsförmåga och
används i första hand för att eliminera axiellt spel, exempelvis mot ett
kullager.
Spännbrickor Spännbrickor är konformade och kan beroende
på dimensionering användas även i högt belastade skruvförband. Den höga
fjäderkraften ger ett effektivt stöd mot relaxation när förbandet utsätts för
höga påkänningar och rörelser genom t ex termisk expansion eller kontraktion.
Spännbrickan ersätter då konventionella låsbrickor. Spännbrickan kan likt
tallriksfjädern staplas parallellt för ökad fjäderkraft och i serie för ökad
fjäderväg. Idealisk sammanpressning ligger nära helt platt läge.
Figur
9. Spännbricka.
Tandad låsbricka Tandade låsbrickor finns av olika typer,
invändigt eller utvändigt tandade samt försänkta.
Figur
10. Tandade låsbrickor.
6 Nord-Locks säkerhetsbrickor
Nord-Locks säkerhetsbrickor utnyttjar killåsning istället för att utnyttja
friktionen för att säkra skruvförbandet. Systemet består av två brickor med
snedställda kammar på ena sidan där kamvinkeln α är större än vinkeln på
gängstigningen β samt radiella
tänder på motstående sida enligt Figur 11. Brickorna levereras parvis
förmonterade kamsida mot kamsida.
Figur
11. Nord-Lock systemet. Förmonterade och isärtagna brickor
till vänster och skiss på monterat förband till höger.
Då förbandet dras åt, griper Nord-Lock brickorna in i motstående ytor och
tillåter därefter endast rörelse längs kamsidorna. Lossning av förbandet
blockeras effektivt av den killåsning som uppstår. Vid lossdragning är det en
tydlig ökning av klämkraften. Systemet ger en effektiv säkring av skruvförband
som är utsatta för dynamiska belastningar och det visar endast en begränsad
förlust av förspänning på grund av normala sättningar mellan kontaktytorna
(Nord-Locks jämförande vibrationstest). Nord-Lock säkrar även mot lackade ytor
förutsatt att brickorna griper tag i det lackerade underlaget. Standard
ytbehandling är Zink flake av typ DeltaProtekt vilket ger ett mycket bra
korrosionsskydd och goda mekaniska egenskaper.
7 Låsmedel
Blandningar av lim som låselement är idag utformade som tvåkomponentsystem
som hålls åtskilda genom att den ena eller båda komponenterna är inneslutna i
små kapslar av mikrometerstorlek i en bärande massa, s.k. mikrokapslad
låsvätska. När fästelementen monteras krossas kapslarna och härdningsprocessen
börjar. När limmet är applicerat i mutterns gängor är det skyddat från slag och
sitter på rätt plats. Limmade muttrar har låga påskruvningsmoment beroende
på att limblandningen är mycket mjuk. Limmet är ca 60 % härdat efter en timma
och fullt uthärdat inom 24 timmar. Muttrarnas lossbrytningsmoment kan vara lika
starka som brottgränsen för mjukt stål och kan justeras för att möta användarnas
behov. Vid grövre dimensioner (>M16) kan komponenterna bli mycket svåra att
ta isär. Eftersom limmet stelnar snabbt måste eventuella justeringar ske inom
fem minuter från att fästelementet installerats.
Olika limsammansättning kan användas beroende på krav och extrema
miljöförhållanden som t ex hög temperatur eller hög luftfuktighet. Vid lagring
ska de limmade fästelementen skyddas mot värme och fukt då det kan medföra för
tidig stelning av limmet.
Figur
12. Skruvar med olika typer av mikrokapslad låsvätska.
Långa gängmonteringar är inte att rekommendera då limmet är mjukt och fyller
gängornas inre utrymmen. För normala konstruktioner bör inte fler än 1 – 2
gängor vara synliga utanför muttern. Vid 4 utstickande gängor kan
sammanfogningens styrka minska med upp till 90 %. Detta beror på att skruven
skruvar av limmet vid monteringen och det lim som hamnar utanför muttern bidrar
inte till förbandets styrka. Insmorda ytor och ytbehandlingar på fästelementen
reducerar förbandets styrka. Väldigt blanka ytbehandlingar, t ex elektrolytiska
beläggningar, är svåra att låsa med lim då den blanka ytan inte ger bra
vidhäftning. Andra ytor, som t ex fosfaterade ytor, kan ge mycket bra
vidhäftning och fördubbla låskraften. Blanka ytor ska därför fosfateras.
Även flytande lim som appliceras löpande används men av praktiska skäl vid
hantering och applicering och med beaktande av hälso- och miljöaspekter har
förbelagda låselement kommit att dominera marknaden.
8 Mutter med integrerat låselement i fjäderstål
En typ av låsmutter består av en mutterkopp i stål med ett eller flera
integrerade låselement i rostfritt fjäderstål. Fjädern ger upphov till en kraft
P som i sin tur medför att mutterns och axelns gängor pressas mot varandra
varvid ett friktionsmoment uppstår som låser förbandet, se figur nedan (i detta
exempel ett lager). Med dubbla fjäderringar säkerställs att en jämn kontaktkraft
fås runt hela kontaktytan.
Figur
13. Principskiss på mutter med integrerat låselement
(Fuji Twin FU-nut).
Denna typ av låsmutter är fullständigt justerbar och återanvändningsbar och
kräver inget speciellt av detaljernas konstruktion eller vid
montering. Produktnamn: Fuji Seimitsu Co., Fine U-Nut and Twin FU-Nut.
En annan typ består av muttern plus en gänginsats av en polygonalformad tråd,
se figur 14. Gänginsatsen ger en fjädrande friktionslåsning av skruvförbandet.
Lasten fördelas jämnt över gängan och funktionen påverkas inte av upprepad
användning. Monteringsfriktionen kan bli hög och variera för muttrar med
gänginsatser. Produktnamn: Helicoil, Spiralock.
Figur 14. Låsmutter med fjädrande gänginsats,
Helicoil.
9 Permanent låsning
Den i praktiken vanligaste permanenta låsningen är rost. Alla som har försökt
att demontera ett avgassystem vet hur effektivt det kan vara. Om rostangreppet
fortsätter kommer skruvförbandet dock så småningom att försvagas. Rost är också
missprydande och kan ge omfattande missfärgningar av omgivningen. Det är sällan
önskvärt med rostangripna skruvförband.
Som praktiska metoder används ibland körnslagning eller annan deformation av
skruv eller mutter efter montering. En svetsloppa mellan skruv och mutter gör
samma tjänst. Dessa passar inte för serieproduktion.
Vid montering med hög monteringshastighet och långa gänglängder kan skruvens
och mutterns gängor svetsas fast mot varandra genom friktionsvärmen som alstras.
Detta är inte acceptabelt om förbandet ska vara demonterbart.
10 Referenser
- Ordning ur kaos, Bultens Teknikhandbok, 1999, Bulten AB
- Handbok Låselement, NFC, 1998, Nylok Scandinavia AB
- Produktblad: Fuji Seimitsu Co; Nord-Lock; Nylok;
Helicoil;
Uppdaterad 2020-01-02
|