Fiecare articulație filetată de fixare se confruntă cu același inamic pe durata de viață: pierderea treptată a forței de strângere cauzată de vibrații, cicluri termice sau așezarea suprafeței. Șaibe de blocare au fost dezvoltate pentru a combate această pierdere prin generarea de presiune a arcului și, în modelele cu dinți, prin săparea în suprafețele de împerechere pentru a rezista la rotație. În cadrul familiei dintate, două geometrii domină cataloagele de hardware industrială și de consum: the şaibă de blocare a dinţilor externi , cu dinții îndoiți spre exterior în jurul jantei și şaibă de blocare a dintelui intern , cu dinții înclinați spre interior spre orificiu. Ambele îndeplinesc aceeași sarcină largă, dar plasarea acelor dinți schimbă modul în care este aplicată forța, unde are loc contactul și care articulații se potrivește cel mai bine fiecărui proiect.
Această distincție contează mai mult decât pare la prima vedere. Un inginer de fixare care alege dintre cele două nu alege o variantă cosmetică; ei selectează locul în care va avea loc mușcătura de pe fața spălării, cât de mult din suprafața de împerechere va fi marcată și cum se comportă șaiba la cuplu și vibrații repetate. Înțelegerea poziționării dinților, a distribuției sarcinii și a intenției de proiectare permite unui cumpărător sau proiectant să potrivească șaiba corectă cu îmbinarea corectă, în loc să utilizeze în mod implicit orice parte se află pe raft.
Confuzia dintre cele două modele este de înțeles deoarece, de la distanță, ambele arată ca un inel metalic cu marginea zimțată. Numai atunci când o persoană ridică unul și îl întoarce în lumină, direcția dinților devine evidentă și, chiar și atunci, consecințele practice ale acelei direcții nu sunt întotdeauna intuitive fără un fundal în modul în care articulațiile prinse de fapt eșuează. O îmbinare cu șuruburi sau cu șuruburi se slăbește rar, deoarece elementul de fixare în sine se deșurubează de la sine sub o sarcină constantă, neschimbătoare. Mai des, slăbirea începe cu o mișcare relativă mică între capul dispozitivului de fixare, șaiba și suprafața de sub acesta, adesea declanșată de vibrații, dilatare și contracție termică sau o ușoară așezare a materialelor prinse la scurt timp după asamblare. Odată ce apare prima fâșie de mișcare, frecarea la suprafețele de împerechere scade suficient pentru ca dispozitivul de fixare să înceapă să se rotească în trepte mici, iar fiecare creștere se formează până când îmbinarea și-a pierdut în mod măsurabil forța de strângere.
Șaibe de blocare dintate întrerup acel lanț de evenimente, oferind articulației un punct de achiziție mecanic, în plus față de frecarea care altfel ar face toată munca. În loc să se bazeze doar pe frecarea suprafeței dintre capul șurubului și șaibă, sau șaiba și substrat, dinții mușcă fizic ambele suprafețe, creând mici interblocări mecanice care rezistă la prima mișcare de rotație înainte de a începe. Deoarece acea primă fâșie de mișcare este cea care începe cascada de slăbire, oprirea ei devreme are un efect exagerat asupra fiabilității articulațiilor pe termen lung, în comparație cu ceea ce ar putea sugera dimensiunea mică a dinților.
Diferența fizică de bază dintre cele două tipuri de mașini de spălat este simplu de afirmat, dar are consecințe ample. O șaibă dentară externă are dinți formați de-a lungul diametrului său exterior, răsuciți astfel încât fiecare dinte să prezinte o margine ascuțită care se înclină ușor în afara planului șaibei. O șaibă dentară internă răstoarnă acea dispoziție: dinții sunt ștanțați de-a lungul diametrului interior, aproape de tija șurubului sau de corpul șurubului și unghiul spre interior.
Deoarece șaiba dinților exterioară mușcă de marginea exterioară, aceasta se angajează într-un cerc mai larg de contact pe suprafața lagărului de sub capul șurubului sau a piuliței. Acest cerc mai larg răspândește rezistența la rotație pe un arc mai mare, care tinde să ajute cel mai mult pe materialele plate și mai moi, cum ar fi carcasele din tablă, panourile vopsite sau carcasele din aliaj mai ușor. În schimb, șaiba dentară internă își concentrează mușcătura imediat în jurul tijei, ceea ce menține fața exterioară a șaibei relativ nemarcată și este adesea preferată acolo unde finisajul vizibil al suprafeței din jurul elementului de fixare contează, cum ar fi pe panourile decorative, carcasele aparatului sau îmbinările în care marginea exterioară se află aproape de o altă componentă și nu poate tolera dinții proeminenti.
Numărul și unghiul dinților joacă, de asemenea, un rol de susținere. Cele mai multe modele ștanțate plasează între opt și o duzină de dinți în jurul inelului, fiecare răsucit ușor în afara planului, astfel încât sub compresie să acționeze ca niște mici arcuri în consolă, precum și ca muchii de tăiere. Pe măsură ce elementul de fixare este strâns, dinții se aplatizează mai întâi ușor, stocând energia arcului, apoi mușcă suprafața pe măsură ce se atinge forța de strângere completă. Această dublă acțiune, parțial arc și parțial tăiș, este motivul pentru care șaibe dințate sunt uneori grupate în familia mai largă de șaibe de blocare alături de modelele cu inele despicate, chiar dacă mecanismul de rezistență la slăbire este semnificativ diferit. O șaibă cu inel divizat se bazează aproape în întregime pe tensiunea stocată a arcului care împinge înapoi pe firele de fixare, în timp ce o șaibă dințată adaugă o mușcătură mecanică peste tensiunea arcului pe care o oferă procesul de ștanțare.
Selectarea materialului interacționează și cu plasarea dinților. Pe un substrat mai dur, cum ar fi oțelul structural gros, atât designul dinților externi, cât și cei interni se vor lupta să muște adânc, iar diferența de performanță practică dintre ele se micșorează, deoarece niciunul dintre modele nu realizează o achiziție profundă a materialului de bază. Pe un substrat mai moale, cum ar fi foaia de aluminiu sau un panou de incintă vopsit, diferența devine mult mai pronunțată, deoarece dinții se pot scufunda efectiv în material, mai degrabă decât să doarmă pe suprafață. Acesta este unul dintre motivele pentru care montatorii cu experiență tratează selecția spălătoarelor dentare ca o decizie specifică articulației, mai degrabă decât un standard general aplicat pentru fiecare element de fixare dintr-un proiect.
Distribuția sarcinii este locul în care consecințele practice ale plasării dinților devin cele mai clare. O șaibă sub un dispozitiv de fixare strâns nu rezistă doar la rotație; de asemenea, distribuie forța de strângere a capului șurubului sau a piuliței peste materialul de dedesubt, astfel încât stresul să nu se concentreze într-un singur punct mic. Diametrul la care dinții intră în contact modifică raza acelei răspândiri.
Deoarece dinții externi se află la cel mai mare diametru disponibil pentru o anumită dimensiune a șaibei, ei distribuie mușcătura pe o circumferință mai largă, ceea ce scade presiunea la orice dinte individual pentru aceeași forță de strângere. Dinții interni, poziționați la o rază mai mică, concentrează mai multă forță pe dinte pentru același cuplu, ceea ce crește adâncimea locală a mușcăturii, dar crește și riscul de a marca suprafața direct în jurul alezajului pe materiale mai dure sau mai subțiri.
Aceste cifre sunt ilustrative mai degrabă decât măsurători de laborator, dar reprezintă un model observat în mod constant în practica de asamblare a îmbinării: șaibe cu o mușcătură de contact mai largă răspândesc efortul de strângere pe o amprentă mai mare, ceea ce reduce șansa de deformare a suprafeței subiacente sau de scufundare a elementului de fixare într-un material mai moale în timp.
Distribuția încărcăturii are, de asemenea, un efect secundar care este ușor de trecut cu vederea: influențează cât de uniform se așează piesele prinse una pe cealaltă, odată ce îmbinarea este complet strânsă. O șaibă care își concentrează presiunea lagărului într-un inel îngust poate crea o ușoară tendință de balansare dacă suprafața înconjurătoare nu este perfect plană, deoarece calea de încărcare trece printr-o bandă de contact mică, mai degrabă decât să fie amortizată pe o zonă mai largă. O amprentă mai largă a rulmentului tinde să medieze micile neregularități ale suprafeței, ceea ce face parte din motivul pentru care modelele de dinți externi sunt adesea specificate pe ansambluri în care panoul de îmbinare poate avea ondulații minore din cauza toleranțelor de fabricație, cum ar fi capacele din tablă ștanțată sau secțiunile carcasei extrudate.
Există totuși un compromis care merită remarcat. Răspândirea sarcinii pe o zonă mai largă scade presiunea de vârf la orice dinte, ceea ce este bun pentru a evita deteriorarea suprafeței, dar poate însemna și o adâncime medie de mușcătură mai mică în comparație cu un design care concentrează aceeași forță de strângere într-un inel mai mic. Acesta este compromisul mecanic de bază între cele două tipuri de șaibe: designul dinților externi favorizează angajarea largă și blândă, potrivită pentru protejarea suprafeței înconjurătoare, în timp ce designul dinților interni favorizează o mușcătură mai strânsă, mai concentrată, potrivită pentru a rezista la rotație într-o amprentă mai mică. Niciuna dintre abordări nu este universal mai puternică; fiecare pur și simplu se mută în locul în care se află articulația pe curba presiune-versus-zonă.
Ambele modele de dinți sunt comercializate în principal pe baza capacității lor de a rezista slăbirii sub vibrații, dar modul în care fiecare rezistă în timpul ciclistului prelungit diferă ușor din cauza locului în care apare mușcătura față de axa dispozitivului de fixare. Dinții poziționați mai aproape de tija șurubului pe o șaibă dentară internă se așează mai aproape de punctul de pivotare al oricărei micro-mișcări de rotație, oferindu-le un avantaj mecanic în ceea ce privește rezistența la începutul ciclului. Dinții poziționați mai departe pe o spălătorie dentară externă beneficiază de un braț de pârghie mai lung, care se poate traduce printr-o retenție mai stabilă pe termen lung, odată ce mușcătura inițială a ajuns la suprafață.
Curbele prezentate aici reflectă un model generalizat observat în multe studii comune, mai degrabă decât o garanție fixă: șaibele dentare interne încep adesea cu o mușcătură timpurie puțin mai puternică din cauza brațului de pârghie mai scurt din apropierea tijei, în timp ce șaibele dentare externe tind să se degradeze mai treptat, deoarece raza lor mai mare de mușcătură rezistă la rulare, chiar și după ce dinții individuali s-au uzat parțial. Niciun model nu face un design universal superior; alegerea corectă depinde dacă se așteaptă ca îmbinarea să vadă vibrații intense timpurii, cum ar fi în timpul rulării inițiale a echipamentului, sau cicluri constante pe termen lung, cum ar fi mașinile de funcționare continuă.
Nici șaibe dințate nu sunt menite să compenseze un element de fixare prost specificat. Dacă diametrul șurubului sau șurubului este subdimensionat pentru sarcină sau materialele prinse sunt prea moi pentru a menține cuplul, nicio cantitate de geometrie a dintelui nu va compensa complet această nepotrivire. Sunt un rafinament stratificat deasupra unei îmbinări altfel dimensionate corect, nu un substitut pentru dimensionarea corectă a elementelor de fixare.
Opțiunile de proiectare a elementelor de fixare se reduc rareori la o singură proprietate. Inginerii cântăresc împreună duritatea suprafeței, vizibilitatea îmbinării finite, jocul radial disponibil și profilul de vibrații așteptat. Tabelul de mai jos rezumă punctele comune de decizie extrase din practica adunării generale.
| Considerare | Mașină de spălat dinți extern | Spalator de dinti intern |
|---|---|---|
| Raza mușcăturii | Jantă exterioară, circumferință largă | Alezajul interior, aproape de tijă |
| Marcarea suprafeței | Inel mai larg de marcare luminoasă | Inel mic aproape de alezaj |
| Cel mai bun pe | Materiale din foi moi sau subțiri | Părți de împerechere mai dure și mai groase |
| Impact vizibil de finisare | Mai vizibil la jantă | În mare parte ascuns sub capul șurubului |
| Utilizare tipică | Carcase panouri, console | Borne electrice, ansambluri mici |
| Nevoie de autorizare | Necesită spațiu pe jantă | Se potrivește zonelor cu alezaj mai strâns |
Carcasele și suporturile structurale, care sunt adesea realizate din tablă mai subțire, se înclină spre designul dinților externi, deoarece mușcătura mai largă răspândește forța de strângere fără a deforma panoul. Terminalele electrice și carcasele compacte, unde fața vizibilă trebuie să rămână curată și spațiul din jurul orificiului este limitat, se înclină spre designul dinților interni. Nici un model nu este o regulă strictă; reflectă logica generală care ghidează selecția odată ce cele două comportamente mecanice sunt înțelese.
Îmbinările de împământare și lipire sunt unul dintre locurile mai frecvente în care șaibe de dinți apar în afara fixării structurale generale. Deoarece dinții trec prin oxidarea ușoară a suprafeței pe măsură ce mușcă, ambele modele sunt specificate în mod obișnuit în aplicațiile de lipire, alegerea fiind de obicei determinată de spațiul disponibil din jurul urechii terminale.
Un singur număr spune rareori povestea completă a unei componente de fixare, așa că o comparație cu mai multe atribute este adesea mai utilă în timpul procesului de selecție. Graficul radar de mai jos prezintă cinci atribute cântărite în mod obișnuit unul față de celălalt: rezistența la vibrații, protecția suprafeței, rezistența la mușcătura marginii, ușurința de aliniere în timpul asamblarii și eficiența generală a costurilor la volumele de producție tipice.
Șaibele dentare externe tind să obțină un scor mai mare în ceea ce privește rezistența la vibrații și eficiența costurilor, deoarece raza mai mare a mușcăturii rezistă bine slăbirii, iar procesul de ștanțare pentru dinții exteriori este în general mai simplu la volum. Șaibele dentare interne tind să obțină un scor mai mare la protecția suprafeței și la ușurința de aliniere, deoarece profilul exterior mai mic menține janta departe de feroneria din jur, iar dinții se centrează mai natural în jurul tijei în timpul asamblarii. Rezistența mușcăturii marginilor se află aproape între cele două, avantajul schimbându-se în funcție de duritatea materialului de împerechere.
Citirea unei astfel de diagrame este cea mai utilă atunci când atributele sunt ponderate în funcție de îmbinarea specifică proiectată, mai degrabă decât tratate ca fiind la fel de importante pentru fiecare aplicație. Un designer care lucrează la un suport structural exterior, în care rezistența la vibrații și fiabilitatea pe termen lung depășesc preocupările cosmetice, se va înclina în mod natural către atributele în care designul dinților externi are un scor mai mare. Un designer care lucrează la o carcasă electronică compactă, în care cusătura vizibilă din jurul fiecărui șurub contează pentru produsul finit și spațiul radial disponibil este strâns, va cântări mai mult protecția suprafeței și ușurința de aliniere și va înclina în schimb spre designul dinților interni. Graficul este un punct de plecare pentru acea conversație, nu un verdict final, deoarece proiectele reale echilibrează de obicei mai multe dintre aceste atribute unele față de altele simultan, în loc să optimizeze doar pentru una.
Selectarea geometriei corecte a dintelui este doar jumătate dintr-o articulație de succes. Câteva verificări practice reduc șansa ca o mașină de spălat să aibă performanțe insuficiente odată instalată:
Aceste verificări sunt o practică obișnuită în cadrul lucrărilor de asamblare generală și se aplică indiferent de geometria dintelui selectată în cele din urmă. Omiterea lor este o cauză mai frecventă a slăbirii articulațiilor decât alegerea tipului de șaibă greșit în primul rând.
Ele sunt de obicei folosite unul câte unul, mai degrabă decât stivuite, deoarece fiecare este deja proiectat pentru a oferi suficientă mușcătură pe cont propriu, iar stivuirea adaugă înălțime inutilă a articulațiilor fără un câștig proporțional în puterea de reținere.
Plasarea dinților afectează în principal modul în care este distribuită forța de strângere odată ce dispozitivul de fixare este strâns, mai degrabă decât cuplul necesar pentru a atinge acea forță de strângere, deși poate apărea o frecare puțin mai mare pe măsură ce dinții încep să muște.
Ele pot fi utilizate pe suprafețe acoperite, dar dinții vor sparge în mod obișnuit acoperirea la punctele de contact, ceea ce este un comportament așteptat, deoarece mușcătura depinde de atingerea materialului de bază de dedesubt.
Şaibele dentare interne au tendinţa de a se autocentra mai uşor în jurul tijei şurubului, ceea ce poate accelera uşor alinierea în timpul asamblării repetitive, în comparaţie cu contactul cu marginea exterioară a modelelor de dinţi externi.
Acestea reduc probabilitatea de slăbire din cauza vibrațiilor, dar nu sunt un substitut pentru compușii de blocare a filetului în îmbinările în care retenția chimică este cerută în mod specific de aplicație.
