キー-インサートが標準ねじを破壊する振動試験に耐える理由

キーロック インサートは、取り付け後に母材に 2 つまたは 4 つの小さなキーが打ち込まれたねじ付きインサートです。{0}}これらのキーは、インサートが回転しないように機械的にロックするため、ジョイントが持続的な振動に耐えなければならない場合、エンジニアはキーに手を伸ばします。航空宇宙および自動車の認定プログラムでは、キーロック インサートは、測定可能な予圧損失が発生するまでに、従来のインサートよりも 3 ～ 5 倍長持ちすることが一般的です。-

振動によりねじ継手が破損する理由

ボルト締結はスプリングです。動的荷重が自然モードに近い脈動を加えると、ねじ山を保持している摩擦が瞬間的になくなり、ファスナーはサイクルごとにわずかな角度だけ逆回転します。ユンカー氏の 1969 年の横振動実験では、標準ナットでは 1 分以内に予圧が 100% 失われる可能性があることが示されました。{3}}使用中の破損は遅くなりますが、メカニズムは同じです。最初の数千サイクルで予圧が 15 ～ 40% 減少し、ねじ山が磨かれ摩擦がさらに低下し、最初に噛み合ったねじ山で疲労亀裂が始まり、応力集中が公称値の 3 ～ 4 倍になります。機体に何万もの留め具が取り付けられている場合は、1% 未満の緩み率であっても重要です。

航空宇宙用途

一般的な場所には、胴体ジョイント、シート トラック、計器パネル、エンジン付属品ブラケットなどがあります。認定は、RTCA DO-160G セクション 8 の 10 Hz ～ 2,000 Hz のランダム振動、PSD プラトー 0.04 ～ 0.10 g²/Hz に加え、セクション 7 に基づく動作衝撃および衝突衝撃に従います。各軸は少なくとも 1 時間動作します。

エンジニアは、残留離脱トルク、計装ワッシャーまたはひずみゲージ付きボルトによる予圧保持、目に見えるインサートの回転を追跡します。{0}合格とは、通常、クランプ荷重の低下が 10% 未満であることを意味します。公開されている OEM データ全体で、7075- T6 および 6061-T6 アルミニウムのキーロック インサートは、10⁶ サイクル後に実質的にゼロ回転を示し、取り付けられた離脱トルクの 85% 以上を保持します。同じ治具上のヘリカル コイル インサートは、多くの場合 60 ～ 70% に低下します。

自動車用途

車両では、キー ロック インサートがサブフレーム、コントロール アーム マウント、エンジンとトランスミッションのブラケット、シート アンカーに使用されます。{0}ピーク g は航空宇宙よりも低いですが、10 ～ 15 年の寿命にわたる総サイクル数ははるかに多くなります。通常、検証では 5 ～ 500 Hz の正弦波スイープを組み合わせて、道路負荷データに一致するランダムな振動との共振を見つけます。これは、多くの場合、GMW3172 に従って行われます。-コンポーネントのテストでは、加振機の軸ごとに 50 ～ 200 時間かかる、240,000 km に相当する損傷を目標としています。

ISO 16047 横方向振動試験 (最新のユンカー試験) によると、キーロック ジョイントは通常、ピークからピークまでの振幅 0.7 mm で 2,000 サイクル後も取り付けられた予荷重の 90% 以上を維持します。一方、同じ治具上の従来のファスナーでは 50% 未満に低下することがよくあります。--シートブラケットのボルトが緩んでいると保証対象となります。サブフレームボルトの緩みはリコール対象です。キー-インサートの追加にはユニットあたり数セントの費用がかかり、現場で見つけるのに費用がかかる故障モードを取り除くことができます。

主要な振動試験パラメータ

これら 4 つの数字はエンジニアが検討する数字です。キーロックされたジョイントを修飾するときのポート。-それ以外のものはすべてサポートデータです。

キーロック挿入を指定する場合-

ジョイントが次の条件の少なくとも 1 つを満たしている場合に使用します。

• 母材はアルミニウム、マグネシウム、または引張強度が約 480 MPa 未満の合金で、相手ボルトはスチールです。
• ジョイントでは、0.04 g²/Hz を超える広帯域のランダム振動、またはピークからピークまで 0.5 mm を超える横方向の変位が発生します。--
• 取り外しと再取り付けのサイクルが予想されます (キー-ロックされたインサートは、目に見えるほどのねじの磨耗なしで 10+ サイクルを処理します)。
• 検査へのアクセスが制限されているため、スレッド ロッカーよりも自動ロック ソリューションの方が適しています。{0}

ジョイントに静荷重がかかっている場合、親がボルトと同様のグレードの鋼である場合、またはアセンブリが使い捨てでトルクをかけて降伏する場合は、標準のインサートまたは普通のタップ穴を使用すると、より低コストで作業を行うことができます。{0}}メカニカル キーが重要です。これは、摩擦のみのジョイントを確実にロックされるジョイントに変換します。その 1 つの設計の選択が、DO-160G、GMW3172、および ISO 16047 の下で 3 ～ 5 倍の改善として現れます。{2}}