Cıvata Eksenel Kuvvet Sensörü Uygulaması

Prensip ｜ “Cıvata eksenel kuvveti” nedir?

Cıvata bağlantısı modern toplumda çok çeşitli alanlarda kullanılmaktadır. Makine yapılarının, otomobillerin, uçakların, otoyolların, köprülerin, segment bağlantı elemanlarının ve diğer yapıların cıvatalarına uygulanan eksenel kuvvetin ölçülmesi yoluyla, sabitleme durumunu kontrol etmek mümkündür (gevşeklik, aşırı sıkma ve belirtilen sabitleme kuvvetinin kontrolü). Bu aynı zamanda cıvata mukavemetinin ve cıvata sabitleme tasarımlarının ölçümü için de kullanılır.

Uygulama yöntemi

Biri delik delerek yerleştirme, diğeri karşılıklı kenarlara yapıştırma yöntemidir. Kullanım koşullarına göre bunlar arasında seçim yapılması gerekmektedir.

Cıvatanın ortasına yerleştirilecek Strain Gage göre belli bir çapta  bir delik açılır. Strain Gage deliğe özel bir yapıştırıcı ile yerleştirilir. Bu yöntem, cıvatayı sabitlerken göstergenin bir rondela vb. tarafından zarar görmesini önleme avantajına sahiptir.

Bir cıvataya (vidaya) tork uygulanır ve sıkılırsa, cıvatanın ekseni çekilir ve bir gerilme kuvveti oluşur. Bu çekme kuvveti “eksenel kuvvet” olarak adlandırılır.

Aynı zamanda, cıvatanın içinde orijinal şeklini yeniden kazanmaya çalışan bir kuvvet oluşur ve bu nedenle eksenel kuvvetle aynı miktarda bir sıkıştırma kuvveti sabitlenmiş parçaya etki eder ve sabitler.

Bu nedenle, sabitlenen parçayı sabitleyen kuvvet, eksenel kuvvetin boyutu bilinerek bilinebilir.

Tork yasası genellikle cıvata sıkma yönetimi için kullanılır, ancak hepinizin görmeye alışkın olduğu önerilen sabitleme torku aslında bu eksenel kuvvete göre hesaplanır.

Eksenel kuvvetin parçayı sabitlemek için uygun bir güçte olması gerekir, ancak cıvata titreşim veya sıcaklık nedeniyle gevşerse azalır.

Cıvatanın uygun eksenel kuvvetle sıkılması aşağıdakiler için çok önemlidir

Gevşemeyi ve yorulma hasarını önler.

Cıvata eksenel kuvvetinin doğru ölçümünü sağlar.

Uygulama Yöntemi

Cıvataya takılı Strain Gage’ ler ile eksenel kuvveti ölçer.

Düz delikleri bir delme makinesi ile tamamlayın, genel amaçlı torna, vb.

Derilik cıvata çapına ve uzunluğuna bağlıdır, ancak M10 ve M12 cıvata tipleri için bir cıvata başının altından itibaren 15 mm derinlik tavsiye edilir.

Aşağıdaki montaj kısımlarından herhangi birinin eksikliği veya yanlış uygulanması ölçüm doğruluğunu etkileyecektir.

• Cıvataya açılan deliğin genişlik ve derinlik doğruluğu
• Deliğin içinin temizlenmesi (Delme işlemi sırasında oluşan çapak ve yaşın çıkarılma işlemi)
• Yapıştırıcının uygun formülasyonu (kürlenmiş durum)
• Yapıştırıcının dolum durumu (hava kabarcıklarının karışması)

Sırasıyla etkili oldukları ölçüm koşullarına sahip üç üretim yöntemi vardır.

Cıvata Deliğinin İç Çevresel Yüzeyinin Termal Kıvrılması Yöntemi.

Cıvatada φ 1 ila 2 arasında bir delik açılır ve termal sıkma kullanılarak bir strain gage  (gerinim ölçer) uygulanır.

Aşağıda belirtilen cıvata deliğinin iç kısmına yerleştirme yöntemiyle (madde 3.) karşılaştırıldığında, gerinim ölçer doğrudan deliğin içine takıldığından, sıcaklık değişimlerinin olduğu bir ortamda bile son derece hassas ölçümler yapmak mümkündür.

Ayrıca, ek bir işleme çalışması olarak sadece φ1-2’lik bir delik açmanız gerektiğinden, kesit kusurları azdır.

Bu bizim önerdiğimiz yöntemdir.

Cıvata Ekseninin Dış Yüzeyine Uygulama Yöntemi

Cıvata yüzeyinde ölçüm

Karşılıklı olacak şekilde cıvatanın eksenel yönde ön ve arka tarafına Strain Gage yerleştirerek ölçüm gerçekleştirilebilir. Gerinim ölçerlerin cıvatayı sabitlerken veya bir rondelaya temas ederek hasar görmesini önlemek amacıyla, gerinim ölçerlerin yapıştırıldığı cıvata milinin yüzeyini hafifçe kazımak gerekir. Gerinim ölçerleri sıcaklık dahil kullanım koşullarına göre seçilmesi gerekecektir.

Bu yöntemle ilgili sorunlar

• Strain Gage bağlanmasına izin veren bir boşluk olmalıdır.
• Kabloları ve cıvataları çıkarmak için delikler açmanız gerekir.
• Karşılıklı yüzeyler (ön ve arka) simetrik yüzeyler birbirine denk gelmelidir.

Bu, bükülme etkisini ortadan kaldırma avantajına sahiptir, ancak eksen zımparalanarak temizlendiği için kesit kusurları vardır, böylece gerinim ölçerler cıvata veya pul ile temas ederek hasar görmez.

Cıvata Deliğinin İç Kısmına Yapıştırıcı ile Yerleştirme Yöntemi

Cıvatada φ 2’lik bir delik açılır, özel bir Strain Gage (KFB) yerleştirilir ve yapıştırıcı ile doldurulur. (Soldaki şeklin beyaz kısmı yapıştırıcıyı temsil etmektedir).

Bu yöntem, üç yöntem arasında en ucuz maliyetli uygulama yöntemidir.

Termal sıkma yönteminin sıcaklık karakteristik test sonuçları aşağıda yer almaktadır. Sıcaklık değişimlerinin etkileri küçüktür.

Cıvata ekseni dış yüzeyine uygulama yönteminin işleme örneği aşağıda yer almaktadır.

Solda açıklanan uygulama örneğinde (M8 cıvata), gerinim ölçerlerin takılması için 1 mm derinlikte ve yaklaşık 10 mm uzunlukta ek işlemler gerçekleştirilmiştir.

Uygulama Örnekleri

Motor cıvatalarının eksenel geriliminin ölçülmesi ile ilgili örnek aşağıda yer almaktadır. Cıvata çekme kuvveti sensörleri, sıcaklık kompanzasyonu ile cıvataların eksenel gerilimini 200 °C’ye kadar ölçebilir.

Makine tezgahları ile ilgili bir ölçüm örneği aşağıda yer almaktadır. Cıvata eksenel kuvvet sensörü, makine tezgahlarındaki cıvataların sıkma gerilimini ölçmek için kullanılabilir. Aynı anda birden fazla noktayı uzun süre ölçebilir.