باز شدن پیچ و مهره در اثر لرزش مشکلات بسیار زیادی برای دستگاه های مختلف و سازه ها بوجود می آورد و در اغلب مواثع غیرقابل اجتناب است. چون در اثر لرزش و ارتعاش زیاد، اصطکاک بین رزوه های پیچ و مهره از بین رفته و به همین دلیل اتصال آنها باز می شود. در ادامه، نوین صنعت پارس؛ تولیدکننده پیچ و مهره فلزی، به معرفی دلایل باز شدن پیچ و مهره در اثر لرزش و ارتعاش و راه های جلوگیری از شل شدن پیچ و مهره می پردازد.
دلیل شل شدن پیچ و مهره در اثر لرزش
پیچ و مهره ها در بسیاری از صنایع برای اتصال قطعات و سازه ها استفاده می‌شوند. این اتصالات زمانی که در معرض لرزش های مداوم و شدید قرار می گیرند، ممکن است شل و باز شوند. لرزش ها می توانند به صورت ناخواسته (مانند ارتعاشات تجهیزات صنعتی یا ماشین آلات سنگین) یا طبیعی (مانند ارتعاشات در پل و ساختمان ها) رخ دهند. این مسئله یکی از چالش‌های جدی در طراحی و نگهداری اتصالات پیچ محسوب می شود.
باز شدن پیچ و مهره باعث از بین رفتن استحکام اتصال شده و می تواند خطرات جدی ایجاد کند. این خطرات شامل خرابی تجهیزات، کاهش ایمنی سازه و حتی آسیب به افراد و محیط می شود. از مهم ترین دلایل شل شدن پیچ و مهره در اثر لرزش و ارتعاش می توان به موارد زیر اشاره کرد:
1- نیروهای ارتعاشی و دینامیکی
زمانی که پیچ و مهره تحت تأثیر لرزش مداوم قرار می گیرند، نیروهای ارتعاشی به طور مکرر در جهات مختلف به آن وارد می شود. این نیرو باعث ایجاد تغییرات کوچک و پیوسته در موقعیت تماس میان رزوه های پیچ و مهره می شوند. در نتیجه، نیروی اصطکاکی که وظیفه نگه داشتن پیچ و مهره را بر عهده دارد، کاهش می یابد. این کاهش اصطکاک، به مرور زمان، پیچ را شل کرده و باعث باز شدن تدریجی آن می شود.
برای مثال، در دستگاه هایی که با سرعت بالا کار می کنند، مانند موتورهای صنعتی یا تجهیزات سنگین، ارتعاشات مداوم می توانند به راحتی پیچ های معمولی را باز کنند.
به نقل از سایت reddit
لرزش‌ها باعث ایجاد شکاف‌های بسیار کوچک بین پیچ و ماده‌ای می‌شوند که پیچ را نگه می‌دارد. این شکاف‌ها، همراه با تمایل فلز به بازگشت به حالت اولیه خود، باعث می‌شوند که پیچ کمی به موقعیتی با تنش کمتر حرکت کند. در نتیجه، این جابجایی‌های کوچک و مکرر در نهایت منجر به شل شدن پیچ می‌شوند.
2- کاهش نیروی preload پیچ و مهره فلز
یکی دیگر از دلایل مهم باز شدن پیچ و مهره، خستگی فلز است. زمانی که پیچ تحت لرزش های طولانی مدت قرار می گیرد، خاصیت کشسانی فلز به مرور زمان کاهش پیدا می کند. این پدیده که به خستگی فلز معروف است، باعث کاهش پیش‌کشش یاPreload اولیه در پیچ و مهره می شود. پیش‌کشش به نیرویی گفته می‌شود که هنگام محکم کردن پیچ ایجاد می شود و مانع باز شدن آن است.
کاهش preload باعث می شود که رزوه ها دیگر به اندازه کافی در تماس با یکدیگر نباشند و اصطکاک لازم برای جلوگیری از باز شدن فراهم نشود. به عبارت ساده تر، خستگی فلز باعث شل شدن پیچ در محل اتصال می شود؛ حتی اگر در ابتدا با گشتاور مناسب محکم شده باشد.
3- از بین رفتن نیروی اصطکاک پیچ و مهره
نیروی اصطکاک بین رزوه های پیچ و مهره مهم‌ترین عاملی است که مانع باز شدن آنها می شود. وقتی پیچ و مهره محکم می شوند، نیروی پیش‌کشی که در اثر سفت کردن ایجاد شده، فشار عمودی میان رزوه های پیچ و مهره را افزایش می دهد. این فشار عمودی باعث می شود که اصطکاک لازم برای جلوگیری از لغزش و باز شدن رزوه ها فراهم شود.
با این حال، لرزش های مداوم می‌توانند باعث کاهش اصطکاک بین رزوه ها شوند. این کاهش به دلیل جابه جایی های کوچک در سطح تماس رزوه ها اتفاق می افتد که منجر به از دست رفتن نیروی پیش‌کشی و کاهش چسبندگی بین آنها می شود. در نتیجه، اصطکاک کافی برای نگه داشتن پیچ وجود ندارد و پیچ باز می شود.
اثرات منفی باز شدن پیچ و مهره در اثر لرزش
باز شدن پیچ و مهره در اثر لرزش، اگر به درستی مدیریت نشود، می تواند مشکلات زیادی را در صنایع مختلف ایجاد کند. از مهم ترین اثرات منفی شل شدن پیچ و مهره می توان به موارد زیر اشاره کرد:
سقوط تجهیزات و خرابی سازه ها
یکی از مهم‌ترین مشکلات بعد از باز شدن پیچ و مهره، کاهش ایمنی سازه و تجهیزات است. پیچ و مهره ها در سازه و ماشین آلات برای اتصال قطعات استفاده می شوند. زمانی که این اتصالات شل یا باز شوند، ممکن است قطعات سنگین سقوط کنند یا ساختار کلی سیستم ناپایدار شود.
به عنوان مثال، در صنعت ساختمان، باز شدن پیچ ها می تواند به خرابی پل، دکل های مخابراتی یا سایر سازه های حساس منجر شود که عواقب جانی و مالی بزرگی را به دنبال دارد. در کارخانه ها و کارگاه های صنعتی، سقوط اجزای متحرک یا قطعات ماشین آلات باعث آسیب دیدن کارکنان و حتی مرگ شود.
افزایش هزینه‌های تعمیر و نگهداری
یکی دیگر از اثرات منفی باز شدن پیچ و مهره ها خرابی های زیاد در تجهیزات و افزایش هزینه های تعمیر و نگهداری است. وقتی یک پیچ باز شود، ممکن است سایر پیچ های مرتبط نیز تحت تاثیر قرار گرفته و به مرور دچار آسیب شوند. این موضوع در صنایعی مانند نفت و گاز که تجهیزات به صورت مداوم تحت فشار و لرزش هستند، از اهمیت بالاتری برخوردار است. چون تعمیرات هزینه های سنگینی به دنبال دارد.
توقف تولید و کاهش بهره وری
بعد از شل شدن پیچ و مهره، عملیات تولید در کارخانه ها و صنایع مختلف با اختلال مواجه می شود. در بسیاری از صنایع، مانند خودروسازی یا خطوط تولید مواد غذایی، شل شدن یک پیچ ممکن است عملکرد کل دستگاه را با اختلال مواجه کرده و منجر به توقف کامل فرآیند تولید شود. در نتیجه هزینه زیادی را برای صاحبان کسب و کار به همراه خواهد داشت.
جلوگیری از شل شدن پیچ
برای جلوگیری از باز شدن پیچ و مهره در اثر لرزش، می توان از روش ها و ابزارهای تخصصی استفاده کرد که پایداری اتصال را تضمین می کنند. این روش ها تاثیر زیادی بر افزایش ایمنی و کاهش هزینه ها دارند. از کاربردی ترین این روش ها می توان به گزینه های زیر اشاره کرد:
- استفاده از پیچ های ضد لرزش که دارای ویژگی هایی نظیر رزوه های خاص یا پوشش هایی هستند که اصطکاک بیشتری ایجاد می‌کنند. به عنوان مثال، پیچ های لاک‌دار Pre-Coated Bolts دارای لایه‌ای از مواد پلیمری یا چسب رزوه هستند که در زمان نصب به رزوه های مهره چسبیده و مانع باز شدن آن ها در اثر لرزش می شوند. پیچ های قفل شونده دارای طراحی خاص رزوه هستند که به طور مکانیکی از باز شدن رزوه جلوگیری می کند.
- استفاده از واشرهای ضد لرزش مانند واشر فنری و واشر قفلی مانع از جا به جایی پیچ و مهره در اثر لرزش و ارتعاش می شوند.
- استفاده از چسب یا لاک رزوه یکی از پرکاربردترین روش های جلوگیری از باز شدن پیچ و مهره است. این مواد به سطح رزوه پیچ و مهره اعمال شده و با پر کردن فضاهای خالی میان رزوه ها، اصطکاک بالایی ایجاد می کنند.
راه های کاهش لرزش
برای جلوگیری از باز شدن پیچ و مهره ها در اثر لرزش، علاوه بر استفاده از پیچ و مهره های مقاوم و لاک و چسب رزوه و واشرهای قفل شونده، کاهش میزان لرزش در محیط کاری بسیار مؤثر است. لرزش‌های مداوم می توانند هم به قطعات مکانیکی و هم به سازه ها آسیب وارد کنند. برای کاهش لرزش محیط کار در صنایع مختلف می توان از روش های زیر استفاده کرد:
- استفاده از پایه های ضد لرزش یکی از ساده‌ترین ابزارها برای کاهش لرزش در ماشین آلات و تجهیزات صنعتی هستند. این پایه ها از موادی مانند لاستیک یا پلیمرهای ارتجاعی ساخته می شوند که قابلیت جذب انرژی ارتعاشی را دارند. با استفاده از این پایه ها نه تنها ارتعاش کاهش می یابد، بلکه سر و صدای محیط کاری نیز کمتر خواهد شد.
- طراحی سازه های صنعتی و مکانیکی باید به گونه ای باشد که مقاومت کافی در برابر لرزش های مداوم و ناگهانی داشته باشند. بهینه سازی طراحی سازه، انتخاب مواد مناسب و استفاده از سیستم های پیشرفته باعث کاهش لرزش می شوند.
- یکی از مهم‌ترین اقدامات در مدیریت لرزش، بررسی و نگهداری دوره ای پیچ و مهره ها است. با استفاده از تجهیزات ضد لرزش، در اثر زمان و استفاده مداوم، امکان شل شدن اتصالات وجود دارد. با بررسی مداوم اتصالات می توان از شل شدن پیچ و مهره ها جلوگیری کرد.
نتیجه گیری
در اثر لرزش و ارتعاش به مرور پیچ و مهره ها باز و شل شده و می تواند باعث خسارت های جانی و مادی شود. کاهش نیروی preload، اصطکاک و نیروی ارتعاشی بین پیچ و مهره و رزوه ها از مهم ترین دلایل باز شدن پیچ و مهره در اثر لرزش هستند. با روش های مختلف از قبیل کاهش لرزش محیط کاری از طریق استفاده از پایه های ضدلرزش و بررسی مداوم پیچ و مهره ها می توان از شل شدن آنها تا حد زیادی جلوگیری کرد.