Moer van schroef trillen

[Benm]

Ik denk niet dat je het hier in entropie moet zoeken: theoretisch gezien zal een moer los van zn bout een hogere entropie hebben dat wanneer ie er nog op zit, maar op macroschaal is dit echt een verwaarloosbaar effect.

Overigens is dat lostrillen van moeren en bouten wel een serieus probleem. Ik ken iemand die een autowiel verloor doordat de garage de bouten niet goed had aangedraaid. Na een kilometer of 10 gereden te hebben kwam het hele wiel eraf, gelukkig net nadat ze van de snelweg af was en met lage snelheid reed. Allemaal goed afgelopen met een wiel dat nog terug te vinden was en een remschijf die wat strepen in het asfalt gemaakt had. Maar als dat (voor)wiel er met 100 km/h vanaf was gekomen denk ik dat het resultaat minder fraai was geweest.

[descheleschilder]

Maar waarom zou een moer los trillen van een horizontale schroef? Hoe ``weet`` de schroef wat de richting naar de vrijheid is of de richting naar het punt waar hij vast komt te zitten? En hoe komt de schroef in de eerste plaats los nadat je hem strak hebt aangedraaid? Hoe vast je hem ook aandraait, na verloop van tijd gaat hij altijd los komen, bij veel beweging. Als hij dan eenmaal los is (ik heb het nu nog steeds over een horizontale schroef) zou je denken dat er voor de schroef geen verschil meer is tussen naar het einde bewegen of terug naar het begin bewegen. Blijkbaar is de schroef door veelvuldig gebruik zo gevormd dat het naar de vrijheid bewegen minder wrijving geeft dan omgekeerd. En een (veel gebruikte) schroef die in beweging is zal  de moer die erop zit naar een steeds vrijere toestand (van meer entropie) doen bewegen. Als er geen macroscopisch verschil in entropie tussen beide toestanden zou bestaan zou de schroef op zijn plek blijven. Ongeacht hoe de schroef tot zijn beweging komt.

[Anton_v_U]

Maar waarom zou een moer los trillen van een horizontale schroef?

 
Dan is er geen voorkeursrichting, Stel je voor dat hij dan een beetje willekeurig heen en weer beweegt. Als het trillen niet symmetrisch is wordt het een soort random walk. Het kan lang, heel lang duren maar hij komt een keer los, hoe lang de schroef ook is. Model: trek een random getal in [-1,1], tel het op bij het totaal maar als het totaal <0 is maak het dan 0. Het totaal zal odd elk getal M>0 bereiken.
 
 

En hoe komt de schroef in de eerste plaats los nadat je hem strak hebt aangedraaid? 

 
Dat komt door de materiaalspanning (zie div. posts eerder in deze draad). Door de schokken wordt de wrijving tijdelijk gereduceerd waardoor hij een klein stukje beweegt in de richting waarin de spanning afneemt.
 
 

En een (veel gebruikte) schroef die in beweging is zal  de moer die erop zit naar een steeds vrijere toestand (van meer entropie) doen bewegen. Als er geen macroscopisch verschil in entropie tussen beide toestanden zou bestaan zou de schroef op zijn plek blijven. Ongeacht hoe de schroef tot zijn beweging komt.

 
Entropie geeft hier geen inzicht, lijkt  me te ver gezocht. Het aantal bits waarmee de toestand van alle deeltjes in het systeem kan worden beschreven hangt niet er vanaf op welke plek een schroef op een bout zit.

[Benm]

Als het een random walk is denk ik dat dat wel vast te stellen is. Gewoon een kwestie van langdurig een moer op een trillend draadeind zetten, en zien of die er met een aantal zigzag bewegingen uiteindelijk over het uiteinde heen gaat. Voor een horizontaal draadeid denk ik dat dat best een plausibel model is.

Bij een verticaal draadeind zou ik echter verwachten dat er een bias naar beneden is waardoor je niet iedere willekeurige lengte kunt overbruggen met random stapjes in redelijke tijdspanne. Zeker als er iets zwaars op de moer drukt zoals bij een fietsbel moet er m.i. meer dan random aan de hand zijn om het consequent te doen loskomen.

[Anton_v_U]

Bij een verticaal draadeind zou ik echter verwachten dat er een bias naar beneden is waardoor je niet iedere willekeurige lengte kunt overbruggen met random stapjes in redelijke tijdspanne. Zeker als er iets zwaars op de moer drukt zoals bij een fietsbel moet er m.i. meer dan random aan de hand zijn om het consequent te doen loskomen.

 
Dat is hier bovenbesproken. De zwaartekracht beïnvloedt de wrijvingskracht voor het draaien naar beide kanten verschillend waardoor een voorkeursrichting omhoog ontstaat voor losdraaien. Een verticale schroef zal dan eerder los trillen dan een horizontale (dat is althans de verwachting die geloof ik wel strookt met de ervaring).

[Michel Uphoff]

Een paper over dit onderwerp:

VIBRATION LOOSENING

(650.12 KiB) 10635 keer gedownload

[descheleschilder]

 
 

 
Dan is er geen voorkeursrichting, Stel je voor dat hij dan een beetje willekeurig heen en weer beweegt. Als het trillen niet symmetrisch is wordt het een soort random walk. Het kan lang, heel lang duren maar hij komt een keer los, hoe lang de schroef ook is. Model: trek een random getal in [-1,1], tel het op bij het totaal maar als het totaal <0 is maak het dan 0. Het totaal zal odd elk getal M>0 bereiken.

 
Stel je voor je je neemt grote verzameling spiksplinternieuwe schroeven met twee open einden. Bij alle schroeven zit een moer in het midden. Nu laat je alle schroeven lange tijd (ho lang hangt Natuurlijk van de lengte af) willekeurig bewegen, in horizontale richting. Dan kan ik mij voorstellen dat er na die tijd evenveel schroeven van beide kanten van de schroeven vallen. Maar zou er bij een verzameling van dezelfde, maar oude, schroeven, waarop de schroef altijd in één richting is vast gedraaid (je zaagt bijvoorbeeld de schroef van de voorwiel los, zodanig dat beide uiteinden gelijk van vorm worden). Zullen bij willekeurig bewegen van al déze schroeven na geruime tijd de moeren ook in gelijke mate aan beide kanten eraf bewegen? Doordat de moeren steeds in één richting erop vastgedraaid zijn, lijkt het mij aannemelijk dat er een spoor is achtergelaten, hetgeen de actie-integraal in één richting kleiner maakt dan in de andere.
En is het niet zo dat de overgang van een vaste moer (schreef ik alweer schroef, terwijl ik moer bedoelde) naar een losse een overgang is naar een toestand met veel meer vrijheidsgraden?

[Michel Uphoff]

Doordat de moeren steeds in één richting erop vastgedraaid zijn, lijkt het mij aannemelijk dat er een spoor is achtergelaten

 
Dat is m.i. een van de mogelijke oorzaken. Soms draaien moeren met een merkbare draairichtingafhankelijke weerstand. Je kan je voorstellen dat de draadflanken van een vaak aangehaalde moer/bout combinatie verschillende onderlinge wrijvingscoëfficiënten krijgen door veranderde oppervlakteruwheid.
 
Welke resultaat dat oplevert is m.i. niet op voorhand te zeggen. Een vaak correct aangehaalde moer zal bijvoorbeeld op de belaste flanken gladder geslepen kunnen zijn, maar een vaak zwaar aangehaalde moer zal op dezelfde flanken sporen van vreten kunnen vertonen en daardoor juist meer weerstand in de aanhaalrichting kunnen vertonen.
 
Verschillen in wrijvingscoëfficiënt tussen de belaste en niet belaste draadflank van een bout-moer combinatie zorgen dan ook bij symmetrische trillingen voor een asymmetrische situatie, en dus een voorkeursrichting.
 
Een zeer lage wrijvingscoëfficiënt kan volgens het paper zelfs leiden tot het (in beperkte mate) vaster trillen van de moer (pag 14):
 

At zero pre-load, vibration tightening may occur at very small thread friction coefficients (0.02).

[Benm]

Ik vermoed uit praktijkervaring dat hier best wel eens wat in kan zitten. Soms heb je situaties waarbij je een moer op of vanaf een bout wilt draaien. Zodra die los komt probeer je dan de resterende afstand te overbruggen door de moer met je vinger een zet te geven en te zien hoe ver deze komt. Er lijkt soms verschil te zitten in het gemak waarmee dat gaat afhankelijk van de richting, ook midden op het draadeind van de bout dat feitelijk nooit aan grote kracht is blootgesteld.

Bij bouten die relatief diep in een thread zitten merk je het ook: soms kost het meer kracht ze losser te krijgen dan vaster, en helpt het zelfs ze een paar keer heen en terug te draaien om ze er uiteindelijk uit te krijgen.

Wat daar de preciese oorzaak van is, is me echter niet duidelijk: het zou ook kunnen komen door problemen als vervuiling, oxidatie en/of toleranties die ervoor zorgen dat niet over de gehele draadlengte dezelfde kracht nodig is om iets los of vast te draaien.

[descheleschilder]

Ik denk dat er buiten aspecten als vervuiling, oxidatie etc. een groot verschil is of je de moer zoals normaal het geval is, drukkend aandraait, of, wat niet normaal het geval is, de moer aandraait terwijl je er aan trekt. Beide mogelijkheden hebben een verschillend effect op de moer, en zullen er een asymmetrie tussen links en rechts doen ontstaan.

[Ruud1234]

zie figuur,
 
Linkerkant: stukje schroefdraad van de bout dat omhoog stuitert tegen schroefdraad van de verticale spindel met schroefdraad onder hoek Θ. Het stuiteren betekent dat de bout met een verticale kracht F-F_z tegen het schroefdraad van de spindel wordt geduwd. F is de kracht door het stuiteren zonder de zwaartekracht (als je de zwaartekracht wegneemt, stuitert het even hard met kracht F tegen de bovenkant en tegen de onderkant)
 
Als je een wrijvingscoëfficiënt f aanneemt en dynamische wrijving in beide gevallen (i.e. er is beweging), kun je de resulterende kracht F_res,los waarmee de bout langs het schroefdraad los draait berekenen (zie constructie).
 
Rechterkant: stukje schroefdraad van de bout stuitert omlaag. Daaruit volgt op dezelfde manier F_{res, vast}
 
Het verschil is voor kleine hoek positief, dat wil zeggen dat de bout los trilt als de bout even lang los draait met F_res,los ondervindt als vast draait met F_res,vast

Uw conclusie over dat de moer lostrilt bij een kleine hoek, volg ik even niet.
Zonder zwaartekracht, zonder verliezen en zonder formules, zou de situatie symetrisch zijn en zo de moer nergens heen gaan, alleen een beetje even ver linksom en rechtsom.
 
Ik heb nog wel twee argumenten voor losdraaien.
1 als de fietsbel een stoot omhoog krijgt, zal de bel los willen draaien, door de klap die hij maakt met het schroefdraad..
Daar mee is de bel tevens energie kwijt geraakt.
Als die dus weer tegen de onderkant van het schroefdraad terug valt is dat met minder energie.
De kracht om de bel terug te laten draaien is dus kleiner.
 
2 Voor losdraaiende moeren geldt waarschijnlijk, dat trillingen niet alleen in de lengterichting van de bout gaan.
Het materiaal waar de bout in zit zal waarschijnlijk ook sinusvomige trillingen hebben.
Dat wil zeggen, dat het uiteinde van de bout heen en weer zwaait.
Dat werk dan een centrifugale kracht op die de moer naar het einde van de bout wil laten bewegen.

[Anton_v_U]

Uw conclusie over dat de moer lostrilt bij een kleine hoek, volg ik even niet.

 
De logica is: als bij het trillen de ene kant op de moer vastdraait en de andere kant op de moer losdraait en als hij per keer een stukje verder losdraait als dat hij vastdraait, zal de moer op den duur lostrillen. 
 
 

1 als de fietsbel een stoot omhoog krijgt, zal de bel los willen draaien, door de klap die hij maakt met het schroefdraad..
Daar mee is de bel tevens energie kwijt geraakt.
Als die dus weer tegen de onderkant van het schroefdraad terug valt is dat met minder energie.
De kracht om de bel terug te laten draaien is dus kleiner.

 
Je vergist je in de richting: hij wil vastdraaien als hij een verticaal omhoog wordt geduwd.
 

2 Voor losdraaiende moeren geldt waarschijnlijk, dat trillingen niet alleen in de lengterichting van de bout gaan.
Het materiaal waar de bout in zit zal waarschijnlijk ook sinusvomige trillingen hebben.
Dat wil zeggen, dat het uiteinde van de bout heen en weer zwaait.
Dat werk dan een centrifugale kracht op die de moer naar het einde van de bout wil laten bewegen.

 
Inderdaad is het een simplificatie de trilling als een zuivere "heen en weer" beweging te beschouwen. De centrifugale kracht zal de bel net zoveel omlaag duwen als omhoog tenzij je de gewoonte hebt om loopings te maken met je fiets.

[Benm]

Ik denk dat je het moet beschouwen als een situatie waarbij de onderkant van het draad vast zit (dwz aan het stuur) en de bovenkant vrij kan slingeren. Daardoor krijg je wel een centrifuge-achtig effect. Dit zou overigens ook moeten werken met iets anders dan een schroefdraad, bijvoorbeeld een ringetje dat redelijk strak om een gladde metalen pin zit.

[Anton_v_U]

De bel trilt doordat het stuur trilt, het stuur zit trilt doordat het wiel trilt en het wiel trilt doordat de weg niet vlak is. Als je over een hobbelige weg fietst, is het oppervlak net zo vaak hol als bol dus de draaias van de rotatie van de bel zit niet vaker onder de bel dan er boven.

[jkien]

Bij een klassieke fietsbel die rinkelt, en dus een rotor bevat, kun je de kap trouwens loskrijgen door op een speciale manier te bellen. Beweeg de hendel langzaam heen, en laat hem dan snel (ongeremd) terugveren. Bij het terugveren slaat de rotor harder tegen de kap, en die raakt los.
 

fietsbel 676 keer bekeken

1
 
De natuurlijke manier van met de duim bellen is het omgekeerde: snel heen en langzaam terug. Dan draait de kap vast.