Jokainen kierreliitos kohtaa saman vihollisen käyttöikänsä aikana: kiristysvoiman asteittainen häviäminen tärinän, lämpösyklin tai pinnan laskeutumisen vuoksi. Lukituslevyt kehitettiin torjumaan tätä häviötä tuottamalla jousipainetta ja hammastetuissa malleissa kaivamalla vastinpintoihin pyörimisen estämiseksi. Hammastuoteperheessä kaksi geometriaa hallitsee teollisuus- ja kuluttajalaitteistoluetteloita: ulkoinen hampaiden lukkoaluslevy , jossa hampaat taivutettu ulospäin reunan ympärillä, ja sisäinen hampaiden lukkoaluslevy , hampaat ovat kulmassa sisäänpäin kohti reikää. Molemmat suorittavat saman laajan tehtävän, mutta näiden hampaiden sijoitus muuttaa sitä, miten voimaa käytetään, missä kosketus tapahtuu ja mitkä liitokset kukin malli sopii parhaiten.
Tällä erolla on enemmän merkitystä kuin miltä se aluksi näyttää. Kiinnitininsinööri, joka valitsee näiden kahden välillä, ei valitse kosmeettista varianttia; he valitsevat, missä pesukoneen pinnalla purema tapahtuu, kuinka suuri osa liitospinnasta on merkitty ja kuinka aluslevy käyttäytyy toistuvan vääntömomentin ja tärinän alla. Hampaiden sijoittelun, kuormituksen jakautumisen ja suunnittelutarkoituksen ymmärtäminen antaa ostajalle tai suunnittelijalle mahdollisuuden sovittaa oikea aluslevy oikeaan liitokseen sen sijaan, että hän käyttäisi oletusarvoisesti hyllyssä olevaa osaa.
Sekaannus näiden kahden mallin välillä on ymmärrettävää, koska molemmat näyttävät kaukaa katsottuna metallirenkaalta, jossa on sahalaitainen reuna. Hampaiden suunta tulee ilmeiseksi vasta kun ihminen ottaa sellaisen käteensä ja kääntää sen valossa, ja silloinkaan sen käytännön seuraukset eivät aina ole intuitiivisia ilman taustaa siitä, kuinka puristetut liitokset todellisuudessa epäonnistuvat. Pultti- tai ruuviliitos löystyy harvoin, koska itse kiinnitin irtoaa itsestään tasaisen, muuttumattoman kuormituksen alaisena. Useimmiten löystyminen alkaa pienestä suhteellisesta liikkeestä kiinnityspään, aluslevyn ja sen alla olevan pinnan välillä, usein tärinän, lämpölaajenemisen ja supistumisen laukaisemana tai puristettujen materiaalien lievässä laskeutumisessa pian asennuksen jälkeen. Kun ensimmäinen liikkeen suikale ilmestyy, kitka liitospinnoilla putoaa juuri sen verran, että kiinnitin alkaa pyöriä pienin askelin, ja jokainen lisäys yhdistyy, kunnes liitos on menettänyt puristusvoimansa mitattavasti.
Hammastetut lukkolevyt katkaisevat tämän tapahtumaketjun antamalla liitokselle mekaanisen ostopisteen sen kitkan lisäksi, joka muuten tekisi kaiken työn. Sen sijaan, että luottaisivat puhtaasti pultin pään ja aluslevyn tai aluslevyn ja alustan väliseen pintakitkaan, hampaat pureutuvat fyysisesti molempiin pintoihin luoden pieniä mekaanisia lukituksia, jotka vastustavat pyörimisliikkeen ensimmäistä suikaletta ennen kuin se voi alkaa. Koska tämä ensimmäinen liikkeen suikale käynnistää löystymiskaskadin, sen varhaisella pysäyttämisellä on suuri vaikutus nivelten pitkäaikaiseen luotettavuuteen verrattuna siihen, mitä hampaiden pieni koko voisi viitata.
Kahden aluslevytyypin välinen fyysinen ydinero on helppo todeta, mutta sillä on laaja-alaisia seurauksia. Ulkoisessa hammaspesukoneessa on hampaat muodostettu sen ulkohalkaisijaa pitkin, kierrettyinä siten, että jokaisessa hampaassa on terävä reuna, joka on hieman poispäin aluslevyn tasosta. Sisäinen hammaspesuri kääntää tämän järjestelyn: hampaat on painettu sisähalkaisijaa pitkin, lähellä pultin vartta tai ruuvin runkoa ja kulmaan sisäänpäin.
Koska ulkoinen hammaslevy puree ulkoreunaan, se kytkeytyy laajempaan kosketusympyrään pultin pään tai mutterin alla olevaa laakeripintaa vasten. Tämä leveämpi ympyrä levittää pyörimisvastuksen suuremman kaaren poikki, mikä yleensä auttaa eniten litteissä, pehmeämmissä materiaaleissa, kuten peltikoteloissa, maalatuissa paneeleissa tai kevyemmissä metalliseoskoteloissa. Sisäinen hammaspesuri sitä vastoin keskittää purentansa välittömästi varren ympärille, mikä pitää aluslevyn ulkopinnan suhteellisen merkitsemättömänä ja on usein suositeltua silloin, kun näkyvällä pinnan viimeistelyllä kiinnittimen ympärillä on merkitystä, kuten koristepaneeleissa, laitekoteloissa tai liitoksissa, joissa ulkoreuna on lähellä toista komponenttia eikä siedä ulkonevia hampaita.
Hampaiden lukumäärällä ja kulmalla on myös tukeva rooli. Useimmat leimatut mallit sijoittuvat renkaan ympärille kahdeksasta tusinaan hammasta, joista jokainen on kierretty hieman tasosta ulospäin niin, että ne toimivat puristettaessa pieniä ulokejousia ja leikkuureunoja. Kun kiinnitintä kiristetään, hampaat ensin litistyvät hieman, jolloin jousienergia varastoituu, ja sitten pureutuvat pintaan, kun täysi puristusvoima saavutetaan. Tämän kaksoistoiminnon, osittain jousien ja osittain leikkuureunan, ansiosta hammastetut aluslevyt ryhmitellään joskus laajempaan lukkoaluslevyperheeseen jaetun rengasmallin rinnalle, vaikka löystymisvastusmekanismi onkin merkillisesti erilainen. Halkaistu rengasaluslevy luottaa lähes kokonaan tallennettuun jousen kireyteen, joka työntyy takaisin kiinnikkeen kierteitä vasten, kun taas hammastettu aluslevy lisää mekaanista puremaa leimausprosessin tarjoaman jousen jännityksen päälle.
Materiaalin valinta on vuorovaikutuksessa myös hampaiden sijoittamisen kanssa. Kovemmalla alustalla, kuten paksulla rakenneteräksellä, sekä ulko- että sisähammasmallit eivät pääse puremaan syvälle, ja niiden välinen käytännön suorituskyvyn ero kapenee, koska kumpikaan malli ei saavuta syvää pohjamateriaalia. Pehmeämmällä alustalla, kuten alumiinilevyllä tai maalatulla kotelopaneelilla, ero tulee paljon selvemmäksi, koska hampaat voivat itse asiassa uppoaa materiaaliin sen sijaan, että ne vain uurtaisivat pintaa. Tämä on yksi syy siihen, miksi kokeneet kokoajat pitävät hammaspesurin valintaa nivelkohtaisena päätöksenä eikä yleisstandardina, jota sovelletaan kaikissa suunnittelun kiinnikkeissä.
Kuormituksen jakautuminen on kohta, jossa hampaiden sijoittamisen käytännön seuraukset selviävät. Kiristetyn kiinnikkeen alla oleva aluslevy ei vain vastusta pyörimistä; se myös levittää pultin pään tai mutterin kiristysvoimaa alla olevan materiaalin poikki, jotta jännitys ei keskity yhteen pieneen pisteeseen. Halkaisija, jolla hampaat koskettavat, muuttaa leviämisen sädettä.
Koska ulkoiset hampaat istuvat suurimmalla saatavilla olevalla halkaisijalla tietylle aluslevykoolle, ne jakavat purenta leveämmälle ympärysmitalle, mikä alentaa painetta missä tahansa hampaassa samalla puristusvoimalla. Pienemmällä säteellä sijoitetut sisäiset hampaat keskittävät enemmän voimaa hammasta kohden samalla vääntömomentilla, mikä lisää paikallista purentasyvyyttä, mutta lisää myös riskiä pintajäljestä suoraan reiän ympärille kovemmissa tai ohuemmissa materiaaleissa.
Nämä luvut ovat pikemminkin havainnollistavia kuin laboratoriomittauksia, mutta ne edustavat saumaasennuksessa johdonmukaisesti havaittua mallia: leveämmällä kosketuspurennuksella varustetut aluslevyt levittävät puristusjännityksen suuremmalle jalanjäljelle, mikä vähentää mahdollisuutta, että alla oleva pinta deformoituu tai kiinnike uppoaa pehmeämpään materiaaliin ajan myötä.
Kuorman jakautumisella on myös toissijainen vaikutus, joka on helppo unohtaa: se vaikuttaa siihen, kuinka tasaisesti puristetut osat istuvat toisiaan vasten, kun liitos on kiristetty kokonaan. Aluslevy, joka keskittää laakeripaineensa kapeaan renkaaseen, voi aiheuttaa lievää heilumistaipumusta, jos ympäröivä pinta ei ole täysin tasainen, koska kuormitusreitti kulkee pienen kosketusnauhan läpi sen sijaan, että se pehmustettaisiin laajemman alueen poikki. Leveämpi laakerijalanjälki yleensä laskee pieniä pinnan epäsäännöllisyyksiä, mikä on osa sitä, miksi ulkoiset hampaat on usein määritelty kokoonpanoissa, joissa liitäntäpaneelissa voi olla vähäistä aaltoilua valmistustoleransseista, kuten meistetyissä metallilevysuojissa tai suulakepuristetuissa kotelon osissa.
On kuitenkin huomionarvoinen kompromissi. Kuorman levittäminen laajemmalle alueelle alentaa huippupainetta missä tahansa yksittäisessä hampaassa, mikä on hyvä keino välttää pintavaurioita, mutta voi myös tarkoittaa matalampaa keskimääräistä purentasyvyyttä verrattuna malliin, joka keskittää saman puristusvoiman pienempään renkaaseen. Tämä on keskeinen mekaaninen kompromissi kahden aluslevytyypin välillä: ulkoiset hampaat suosivat laajaa, hellävaraista kiinnitystä, joka sopii suojaamaan ympäröivää pintaa, kun taas sisäiset hampaat suosivat tiukempaa, keskittyneempää purenta, joka sopii vastustamaan pyörimistä pienemmällä jalanjäljellä. Kumpikaan lähestymistapa ei ole yleisesti vahvempi; kukin yksinkertaisesti siirtyy paine-alue-käyrän kohtaan, jossa liitos on.
Molempia hammasmalleja markkinoidaan ensisijaisesti niiden kyvyn perusteella vastustaa löystymistä tärinän vaikutuksesta, mutta tapa, jolla kumpikin kestää pitkittyneen pyöräilyn aikana, vaihtelee hieman pureman esiintymispaikasta kiinnittimen akseliin nähden. Hampaat, jotka on sijoitettu lähemmäksi pultin vartta sisäisessä hammasaluslevyssä, sijaitsevat lähempänä minkä tahansa pyörivän mikroliikkeen kääntöpistettä, mikä antaa niille mekaanisen edun alkujakson kestävyydessä. Hampaat, jotka sijaitsevat kauempana ulkoisessa hammaspesukoneessa, hyötyvät pidemmästä vipuvarresta, mikä voi johtaa vakaampaan pitkäaikaiseen retentioon, kun alkuperäinen purenta on asettunut pintaan.
Tässä esitetyt käyrät heijastavat yleistä kuviota, joka on havaittu monissa yhteistutkimuksissa, eivätkä kiinteää takuuta: sisäiset hammaslevyt alkavat usein hieman vahvemmalla varhaispurenta varren lähellä olevan lyhyemmän vipuvarren vuoksi, kun taas ulkoiset hammaslevyt hajoavat asteittain, koska niiden leveämpi purentasäde vastustaa löystymistä jopa yksittäisten hampaiden osittaisen kulumisen jälkeen. Kumpikaan kuvio ei tee yhdestä mallista yleisesti ylivoimaista; oikea valinta riippuu siitä, odotetaanko liitoksen näkevän voimakasta varhaista tärinää, kuten laitteiston ensimmäisen sisäänajon aikana, vai tasaista pitkäaikaista pyöräilyä, kuten jatkuvatoimisia koneita.
Hammaslevyjä ei myöskään ole tarkoitettu kompensoimaan huonosti määriteltyä kiinnitystä. Jos pultin tai ruuvin halkaisija on liian pieni kuormitukseen nähden tai kiinnitetyt materiaalit ovat liian pehmeitä kestämään vääntömomenttia, mikään hammasgeometria ei täysin korvaa tätä epäsopivuutta. Ne ovat muutoin oikean kokoisen liitoksen päälle kerrostettu jalostus, eivät korvaa oikeaa kiinnityskokoa.
Kiinnikkeiden suunnitteluvalinnat jäävät harvoin yhteen ominaisuuteen. Insinöörit punnitsevat yhdessä pinnan kovuuden, valmiin liitoksen näkyvyyden, käytettävissä olevan säteittäisen välyksen ja odotetun tärinäprofiilin. Alla olevassa taulukossa on yhteenveto yleisistä kokoonpanokäytännöistä poimituista yleisistä päätöskohdista.
| Harkinta | Ulkoinen hampaiden pesukone | Sisäinen hampaiden pesukone |
|---|---|---|
| Pureman säde | Ulkoreuna, leveä ympärysmitta | Sisäreikä, lähellä vartta |
| Pintamerkintä | Leveämpi rengasvalomerkintä | Pieni rengas reiän lähellä |
| Paras päällä | Pehmeät tai ohuet levymateriaalit | Kovemmat, paksummat liitososat |
| Näkyvä viimeistelyvaikutelma | Huomattavampi reunassa | Pääosin piilotettu pultin pään alle |
| Tyypillinen käyttö | Paneelikotelot, kannattimet | Sähköliittimet, pienet kokoonpanot |
| Selvityksen tarve | Vaatii reunatilaa | Sopii tiukempiin alueisiin |
Kotelot ja rakennekannattimet, jotka on usein valmistettu ohuemmasta levymateriaalista, nojaavat ulkoisiin hampaisiin, koska leveämpi purenta levittää puristusvoimaa paneelin muotoa muuttamatta. Sähköliittimet ja kompaktit kotelot, joissa näkyvän pinnan on pysyttävä puhtaana ja reiän ympärillä on rajoitetusti tilaa, nojaavat sisähammasrakenteita kohti. Kumpikaan malli ei ole tiukka sääntö; se heijastaa yleistä logiikkaa, joka ohjaa valintaa, kun kaksi mekaanista käyttäytymistä on ymmärretty.
Maadoitus- ja liimausliitokset ovat yksi yleisimmistä paikoista, joissa hammaslevyjä esiintyy yleisen rakenteellisen kiinnityksen ulkopuolella. Koska hampaat leikkaavat kevyen pinnan hapettumisen pureessaan, molemmat mallit määritellään yleisesti liimaussovelluksissa, jolloin valinta perustuu yleensä päätekorvan ympärillä olevaan tilaan.
Yksi numero harvoin kertoo koko tarinan kiinnityskomponentista, joten usean ominaisuuden vertailu on usein hyödyllisempää valintaprosessin aikana. Alla oleva tutkakaavio kuvaa viisi yleisesti punnittua attribuuttia: tärinänkestävyys, pinnan suojaus, reunojen puremislujuus, linjauksen helppous kokoonpanon aikana ja yleinen kustannustehokkuus tyypillisillä tuotantomäärillä.
Ulkoiset hampaiden aluslevyt saavat yleensä korkeammat pisteet tärinänkestävyyden ja kustannustehokkuuden suhteen, koska leveämpi purentasäde kestää hyvin löystymistä ja ulkohampaiden leimausprosessi on yleensä yksinkertaisempi tilavuudeltaan. Sisäiset hammaslevyt saavat yleensä korkeammat pisteet pinnan suojauksen ja kohdistuksen helppouden suhteen, koska pienempi ulkoprofiili pitää reunan erossa ympäröivistä laitteistoista ja hampaat keskittyvät luonnollisemmin varren ympärille asennuksen aikana. Reunapurentavoima kulkee lähellä näiden kahden välissä, jolloin etu siirtyy liitosmateriaalin kovuudesta riippuen.
Tämän kaltaisen kaavion lukeminen on hyödyllisintä, kun määritteet painotetaan suunnitellun liitoksen mukaan sen sijaan, että niitä pidettäisiin yhtä tärkeinä kaikissa sovelluksissa. Suunnittelija, joka työskentelee ulkorakenteessa, jossa tärinänkestävyys ja pitkäaikainen luotettavuus ovat suurempia kuin kosmeettiset huolenaiheet, nojaa luonnollisesti kohti ominaisuuksia, joissa ulkoisten hampaiden mallit ovat korkeammat. Suunnittelija, joka työskentelee kompaktin elektronisen kotelon parissa, jossa jokaisen ruuvin ympärillä näkyvällä saumalla on merkitystä valmiille tuotteelle ja käytettävissä oleva radiaalinen tila on tiukka, painottaa pintasuojaa ja kohdistuksen helppoutta enemmän ja nojaa sen sijaan sisähammasrakenteisiin. Kaavio on keskustelun lähtökohta, ei lopullinen tuomio, koska todelliset projektit yleensä tasapainottavat useita näistä ominaisuuksista samanaikaisesti keskenään sen sijaan, että optimoitaisiin vain yhdelle.
Oikean hampaan geometrian valinta on vain puolet onnistuneesta nivelestä. Muutama käytännön tarkistus vähentää todennäköisyyttä, että pesukone ei toimi kunnolla asennuksen jälkeen:
Nämä tarkistukset ovat yleinen käytäntö yleisissä kokoonpanotöissä, ja niitä sovelletaan riippumatta siitä, mikä hammasgeometria lopulta valitaan. Niiden väliin jättäminen on yleisempi syy nivelten löystymiseen kuin väärän aluslevytyypin valinta alun perin.
Niitä käytetään tyypillisesti yksi kerrallaan pinoamisen sijaan, koska jokainen on jo suunniteltu tarjoamaan riittävä purenta yksinään ja pinoaminen lisää tarpeetonta nivelkorkeutta ilman, että pitovoima kasvaa suhteellisesti.
Hampaiden sijoitus vaikuttaa lähinnä puristusvoiman jakautumiseen, kun kiinnitin on tiukka, sen sijaan, että kiristysvoima saavutetaan, vaikkakin hieman suurempaa kitkaa voi esiintyä, kun hampaat alkavat purra.
Niitä voidaan käyttää pinnoitetuilla pinnoilla, mutta hampaat tyypillisesti murtautuvat pinnoitteen läpi kosketuspisteissä, mikä on odotettua käyttäytymistä, koska purenta riippuu pohjamateriaalin saavuttamisesta.
Sisäiset hammaslevyt keskittyvät itse helpommin pultin varren ympärille, mikä voi hieman nopeuttaa kohdistusta toistuvan kokoonpanon aikana verrattuna ulkoisten hammasrakenteiden ulkoreunan kosketukseen.
Ne vähentävät tärinästä johtuvan löystymisen todennäköisyyttä, mutta ne eivät korvaa kierrelukitusyhdisteitä liitoksissa, joissa sovellus vaatii erityisesti kemiallista retentiota.
