topbanner


Cıvata Bağlarında Çözülme Problemlerinin Analizi

Doç. Dr. Müh. Kadir ÇAVDAR / Uludağ Üni. Mak. Müh. Bölümü

1. GİRİŞ
 
Bu çalışmada, ön gerilmeli cıvata bağlantılarda nedenleri üzerinde henüz tam olarak anlaşılamamış, buna karşın teknik uygulamalarda oldukça sık görülen sıkma torkunun kısmen veya tamamen kaybolması problemi hakkında, literatürde mevcut çalışmalar analiz edilerek cıvata bağlarında tork kaybının tespiti ve alınabilecek karşı önlemler sıralanmıştır. 
 
Bir cıvata aslında yüksek rijitlikli bir yay olarak düşünülebilir. Bu yay, cıvatanın sıkılma işlemi esnasında ve sonrasında elastik olarak şekil değiştirir; yani çekme, burulma ve eğilme gerilmesine zorlanır. Bir cıvatanın çözülmesi –istenen anlar dışında- istenmez, sonuçları çok kötü olabilir. Ancak bazı durumlarda cıvataya sıkılması esnasında yüklenen enerji, dışarıdan etkiyen kuvvetler nedeni ile serbest kalır ve cıvata bağı artık görevini yapamaz hale gelir. 
 
Titreşimli yüklemeler bir cıvata bağının çözülme davranışını belirleyen en büyük etkendir. Belirli koşullar altında ön gerilmeli cıvatalarda karşılaşılan çözülme problemi birçok endüstriyel makine ve tesisatta görülebilir. Çok büyük problemlere neden olabilecek olan çözülme probleminin azaltılması veya engellenmesi mümkündür. Cıvatalarda tekrarlı yükler nedeniyle ön gerilme kuvveti kaybı sıkma kuvvetinin istikrarsızlığı olarak da tanımlanabilir.  
 
Tekrarlı yükler altında ön gerilme kaybı oluşumlarının yanı sıra sıkılan parçaların enine yer değişim hareketleri, bağlama elemanlarının esnekliği, ısıl değişimler ve diğer bilinmeyen etkiler de cıvata bağını çözebilir.
 
Bir cıvatanın titreşim, darbe, ısıl değişimler ve benzeri durumlarda neden gevşediği veya çözüldüğü ile ilgili literatürde çalışmalar olmakla birlikte henüz tam olarak çözülme olayını açıklayan bir teori mevcut değildir. Mevcut teoriler,  cıvata ve somun dişlerini birbirine bağlayan sürtünme kuvvetlerinin, dışarıdan etkiyen kuvvetler nedeniyle kaybolması sonucunda çözülmenin oluştuğu konusunda birleşirler. Ancak bunun oluşum mekanizması hakkında bir fikir birliği henüz oluşmamıştır. 
 
Şok, titreşim veya ısıl değişimler sonucunda cıvata bağının aniden tüm ön gerilme kuvvetinin tamamını kaybetmeyeceği ancak ön gerilmenin izafi olarak yavaş yavaş azalmaya başlayacağı yaklaşımı genel kabul görmektedir. Sürekli artan bu kaybın oluşumu tam olarak bilinmezken kayıp süreci ile ilgili birçok deney süreci tanımlanmıştır (Cavdar, 2015).
 
Bhattacharya ve diğ. (2010) tarafından vidalı bağlama elemanlarının çözülmesi konusu detaylı şekilde araştırılmıştır. Parçaların vidalar ile birbirine bağlandığı bir sistemde, cıvata ekseni üzerindeki çekme kuvveti ile parçalar üzerindeki sıkma kuvveti birbirini dengeler ve sıkılan parçalara dışarıdan bir kuvvet etki etmedikçe bu iki kuvvet denge halinde kalır. Bu iki kuvvete ön gerilme kuvveti adı verilir. Montaj işlemi esnasında ön gerilme kuvveti cıvatalara uygulanır, ancak geçen zaman içerisinde dış etkilerden dolayı bu ön gerilme kuvveti azalır. Bu genel olay cıvatanın çözülmesi olarak isimlendirilir.
 
Cıvatanın uzamasında, bağlanan parçaların kısalmasında, somun başı altındaki veya dişler arasındaki parlak yüzeylerde oluşan kaymalarda her zaman bazı artık plastik deformasyonlar görülebilir. Bu problemler ancak cıvata ve somun malzemelerinin uygun şekilde seçilmesi ile çözülebilirler.
 
Cıvata bağında iki tip izafi hareketle karşılaşılabilir: Cıvata ile somun arasındaki ve cıvata/somun ile bağlanan parçalar arasındaki hareketler.

Cıvata ve somun dişleri arasında izafi hareket oluşumunun yani çözülme başlangıcının üç ana nedeni vardır:
 
a. Sürtünen yüzeylerde meydana gelen kuvvetler nedeniyle bağlanan parçalar üzerinde oluşan eğilme zorlamaları kaymaya neden olur, cıvata başı ve dişleri gevşer.
b. Sıkılan parçalardaki farklılıklar ve sıcaklık değişimleri de çözülme davranışını etkiler.
c. Bağlantıya etki eden titreşimli kuvvetler bağlantı yüzeylerinin kaymasına neden olarak çözülmeye neden olabilirler.
 
Bağlantıya dışarıdan bir titreşim kuvveti etki ettiğinde cıvata başı ile somun arasında sıkılmış olan parçalara çeki ve bası şeklinde zamanla değişen kuvvetler etki eder. Dış kuvvet, dişlerin eğim açısı ve flanş açısı nedeni ile üç bileşene ayrılır. Bu bileşenlerden ilki cıvatanın ekseni boyunca, diğeri radyal yönde ve sonuncusu da yüzeylere teğet yönde etki eder. Cıvata ekseni boyunca etkiyen kuvvet bileşeni şaftı uzatıp deforme ederken radyal kuvvet de diş profilini eğmeye çalışır. Teğetsel kuvvet ise ters yönde bir moment oluşturarak çözülmenin oluşmaması için çalışır. 
 
Sıkılan veya bağlanan parçalar arasında dış kuvvetler sonucu teğetsel veya radyal yönde bir izafi hareket oluşacak olursa çevresel yönde de sürtünme bağı kalmayacağından somun dönme açısından serbest kalır. Yani başlangıçta oluşturulan ön gerilme kuvveti ortadan kalkar ve cıvata gevşer.
 
Eksenel olarak yüklenen bağlantılarda, değişken gerilmeler cıvata/somun dişleri arasında veya bağlanan parçaların temas yüzeyleri arasında radyal yönde kayma hareketleri meydana getirirler. Bunun nedenleri; poisson oranına bağlı olarak cıvata kesitinin daralması ve eksenel gerilme nedeni ile somun duvarlarının genişlemesidir. Böylece somun, bağladığı parçaların üst yüzeyleri üzerinde de bir miktar genişler. Bu da cıvata ve somun arasında izafi bir harekete neden olarak cıvatayı çözülmeye götürür.
 
Dinamik olarak yüklenen bağlar için, diş flanşları ve diğer bağlanan parça yüzeyleri arasındaki izafi hareket dişin izin verebileceği maksimum yer değiştirmeye kadar çıkabilir. Enine yüklerin etki ettiği durumda büyük yer değiştirmeler görülebilir ve sıkılan parçaları bir arada tutan sürtünme bağı ortadan kalkar. Sıkılan parçalar arasındaki enine yönde oluşan sonuç kayma hareketi cıvatayı sarkaç hareketi yapmaya zorlar, bunun sonucu olarak da diş boşluğu ve diş flanşlarında izafi bir hareket görülür. Enine yöndeki bu hareketlerin genlikleri yeterli büyüklüğe ulaştığında somun ve cıvata başı parça yüzeyleri üzerinde kayar ve sürtünme bağı kalmadığından cıvata dönme yönünde tamamen serbest kalır. Eksenel yüklemedeki şartların aksine enine yönde kuvvet nedeni ile bağlantı kaymaya başladığında somunun tüm dişleri arasındaki sürtünme bağı ortadan kalkacaktır. Uygulamada yanal (enine) yöndeki kuvvetlerin etkisiyle oluşan, bağlanan parçalar arasındaki kayma olayının dişler arasındaki kaymadan daha çabuk şekilde ortaya çıktığı gözlenmiştir. Bu tür bağların çok daha kolay çözüldüğü ise deneylerle kanıtlanmıştır.
 
2. LİTERATÜR ANALİZİ
 
Çalışmanın bu bölümünde literatürdeki mevcut çalışmalar alt gruplara ayrılarak analiz edilmiştir. Oluşturulan alt gruplar şunlardır:
 
1. Kendinden çözülme olayının incelendiği çalışmalar
2. Ön gerilme kontrolünün incelendiği çalışmalar
3. Ön gerilme kaybını engellemek için alınabilecek önlemler
 
2.1 Kendinden çözülme olayı
 
Cıvataların özellikle titreşimli yükler altında kendi kendine çözülme olayını anlamlandırmak için çeşitli deneysel ve teorik çalışmalar yapılmıştır. Bu bölüm için literatürden seçilen çalışmalar şunlardır:
 
Ramey ve Jenkins tarafından 1995 yılında NASA için yapılan araştırmanın sonuç raporunda, titreşime bağlı cıvata bağlarındaki çözülme olayının anlaşılabilmesi için ana tasarım parametreleri açıklanmış ve cıvata çözülme olayının önemi vurgulanmıştır. Titreşim testleri, Marshall Uzay Uçuş Merkezi (MSFC)’nin Yapısal Test Birimindeki dinamik test laboratuarında, kontrollü rastgele giriş yapılabilen titreşim düzeneği kullanılarak yapılmıştır. Deneylerde, bir cıvatayla sıkılan test numunesi belirli bir süre titreştirilmiş ve ön gerilmedeki azalma tespit edilmiştir. Test edilen her numuneye, Taguchi deney metodolojisi kullanılarak tasarlanan 11 tasarım parametresi birkaç kombinasyonda uygulanmıştır. Cıvatanın çözülmesinde etkili olan en önemli 11 parametre; cıvata çapı, cıvatanın yağlanma durumu, boşluk toleransı, ön gerilme değeri, somun kilitleme gereci, bağlama uzunluğu, hatve, sıkılan parçalar arasındaki yağlama durumu, sıkılık derecesi, bağlantı konfigürasyonu ve bağlantının kütlesi olarak belirlenmiştir. Her tasarım parametresi için iki değer belirlenip, test edilen her parametre kombinasyonu iki farklı yönde ve iki farklı ivme değerinde titreşime maruz bırakılmıştır. Deneysel hata için bazı ipuçları elde etmek, tekrarlanabilirlik ve verilere istatistiksel güvenilirlik dereceleri vermek amacıyla her test için fazladan bir test daha yapılmış olup toplamda 96 adet test kullanılmıştır. Araştırmanın sonucunda; somun kilitleme gereci, bağlantı biçimi, bağlantı elemanı boyutu ve kütlenin titreşime bağlı cıvata çözülmesinde önemli etkenler olduğu görülmüş, bu test sonuçlarının sonraki araştırmalar için yol gösterici olabileceği vurgulanmıştır.
 
Ön gerilmeli cıvata bağlarında ön gerilmenin titreşim kaynaklı çözülmedeki etkinliği üzerine bir araştırma çalışması Yang ve Nassar (2010) tarafından sunulmuştur. Çalışmada, titreşimden kaynaklanan ön gerilme kaybını hesaplamak için lineer olmayan bir model önerilmiştir. Bu modelde cıvatalar enine yönde kuvvetler ile zorlanmaktadır. Bildirinin sonucunda, deneysel ve analitik sonuçlarının uyumlu olmasıyla önerilen modelin cıvatalı bağlantılarda kendinden çözülme performansını karakterize edebileceği vurgulanmıştır. 
 
Cıvatayı şaftı boyunca zorlayan tekrarlı yükler altında somunun çözülmesi olayını Sawa ve diğ. (2010) teorik ve deneysel olarak incelemişlerdir. Çalışmada özellikle somun başı altında kalan yüzeylerin eğimli olması hali üzerinde durulmuştur. Bu uygulamada ihmal edilen ancak sık karşılaşılan bir durumdur. Eğim açıları 0,2°-3° arasında değiştirilip sonlu elemanlar analizi ile bağlantının davranışı araştırılmıştır. Sonuçların doğrulanması için ise Junker makinesinde yapılan testler kullanılmıştır. Çalışmanın belirtilen sonuçları arasında; yüzey açı değerinin büyümesinin çözülme olayını kolaylaştırdığı ve eksantrik somun gibi bilinen çözülme engelleyici uygulamaların aslında kolayca çözülebildiği dikkat çekicidir. 
 
Sonlu eleman modelleri cıvata bağlarının araştırılmasında sıkça kullanılmaktadır. Literatürde çok farklı özelliklere sahip genellikle lineer olmayan modellere rastlanmaktadır. Modellerin gerçekle ilişkisini deneylerle kurma ve modelin etkinliğini kanıtlama çalışmalarından bir tanesi de Pratt ve Pardoen (2002) tarafından yayınlanmıştır. Çalışmada bir disk üzerinde sıralanan eğilme momentine maruz cıvatalar incelenmiştir. Doğru sonuçlar için mutlaka sürtünme katsayılarının deneysel olarak tespit edilmesi ve sonlu elemanlar modelinin deney parçalarının geometrisini tam olarak yansıtması önerilmektedir. 
 
Kurban (1985) hazırladığı yüksek lisans tez çalışmasında, işletme kuvvetini dikkate alarak basınçlı kapların sızdırmazlığı için önemli olan elemanların özelliklerini ve yaylanma rijitliğinin ön gerilmeye etkilerini araştırmıştır. Çalışmada:
 
- Cıvata bağlantısında ön gerilmenin çalışma sırasında değişmemesi için yüzeylerin çok iyi işlenmesi gerektiği,
- Yorulma kırılmasını önlemek için Wöhler eğrisine göre cıvatadaki gerilme ve gerilme genliği değerleri azaltılarak daha uzun ömür sağlanabileceği, 
- Bağlantıda sağlanacak uygun ön gerilmenin bağlantının sızdırmazlığı sağlayacağı ve ön gerilme değerinin flanş çapına bağlı olarak değiştiği,
- Cıvatanın ön yükleme değerinin cıvata malzemesinin akma gerilmesinin %75’ini geçmemesi gerektiği,
- Bağlantı güvenliği açısından az sayıda büyük çaplı cıvata yerine çok sayıda küçük çaplı cıvata kullanmanın daha uygun olacağı,
- Bağlantıya verilecek ön gerilme değerini azaltmak için elastisite modülü daha küçük contaların kullanılabileceği,
- Rijitlik oranının azalması parçalarda kalan ön gerilme kuvvetini azaltacağından sızdırmazlık bakımından uygun olmayacağı ve
- Cıvata ve bağlanan parçaların malzemesi ve boyutları değiştirilmeden, elastik elemanlar kullanılarak rijitlik oranının değiştirilebileceği sonuçlarına ulaşılmıştır.
 
Nassar ve Housari (2007) yayınlarında ön gerilmeli bağlama elemanlarında (Şekil 1), titreşim kaynaklı çözülmelere delik boşlukları ve toleranslarının etkisi üzerine yaptıkları teorik ve deneysel çalışmayı sunmuşlardır. Çalışmada lineer olmayan bir model, periyodik enine yükleme altındaki kapağın titreşim kaynaklı çözülmesiyle oluşan ön gerilme kuvvetindeki azalmayı tahmin etmek için kullanılmıştır. Deneysel çalışmalarda da sıkma torku varyasyonları ve ön gerilme değerinin enine yer değiştirmeye etkileri gözlenmiştir. Deneysel ve analitik sonuçlar karşılaştırıldığında, önerilen modelin kendiliğinden çözülme performansını doğru bir şekilde tahmin edebildiği anlaşılmıştır. Deneysel ve matematiksel model sonuçlarına göre cıvata ile somun dişleri arasındaki geçme değeri ne kadar sıkı olursa çözülme olayı da o kadar az oluşmaktadır. Ancak analitik sonuçlarda, diş boşluğu artırıldığında çözülme oranının neredeyse katlanarak arttığı görülmüştür. 

 
Hattori ve diğ. (2010) ise cıvata-somun bağı ile birbirine bağlanan parçaların ara yüzeylerindeki kaymaların somunu gevşetecek şekilde dönmelere yol açtığı ve ön gerilme kuvvetinin azaldığı sonuçlarını ortaya koymuştur. Yazarların plakaların izafi hareketlerini anlatan ve bu hareketlerin ölçülmesi için kullandıkları yaklaşım Şekil 2’de görülmektedir. Özellikle cıvata üzerine straingage montajı araştırmalar açısından yeni bir yaklaşımdır.


 
Sanclemente ve Hess (2007), cıvata bağlantılarında periyodik enine yüklere bağlı mekanik çözülmeler için deneysel çalışmalarını sunmuşlardır. Ön gerilme kuvveti, bağlama elemanının elastisite modülü, nominal çap, delik boşluğu ve yağlama gibi ana parametrelerin çözülme direnci üzerindeki etkisi çalışmada yer almıştır. Nominal çapın, hatve ve delik boşluğunun ön gerilme kuvvetine etkisini analiz etmek için 64 adet deney yapılmış ve ardından çözülmeye karşı direncin tespiti için de istatistiksel analizlere başvurulmuştur. Çözülme davranışında en etkili parametrelerin ön gerilme kuvveti ve cıvata elastisite modülü olduğu görülmüştür. Çalışmanın sonunda çözülmeyi engelleyecek optimal koşulların; büyük ön gerilme, düşük elastisite modülü, büyük çap, yağlama ve deliğe sıkı şekilde geçme şeklinde sıralanabileceği vurgulanmıştır. 
 
Radyoaktif malzeme paketleri genel olarak cıvataların sıktığı kapaklar tarafından kapatılır. Böyle önemli bir bağlantıda, cıvataların normal paketleme şartları esnasında cıvataya gelen yüklerle ve uygulanan sıkma torku arasındaki ilişki Smith (2010) tarafından araştırılmıştır. Deneylerde cıvata dişlerinin yağlanmış ve kuru olduğu hal incelenmiş ve sonuçların neredeyse her cıvata bağında önemli sapmalar gösterebildiği vurgulanmıştır. Ayrıca dişlerin yağlanması halinde cıvataya daha fazla tork aktarılabileceği hesap ile gösterilip deneysel olarak da kanıtlanmıştır.
 
Sakai tarafından 1978 yılında gerçekleştirilen temel çalışmada vidalı bağlantılardaki sürtünme katsayıları deneysel olarak belirlenmiştir.

Cıvatalardaki ve somunlardaki yağlamanın etkisi, dağılımı ve sürtünme katsayısına etkisi elde edilmiştir. Bazı kaplama materyallerinin sürtünme katsayısını düşürdüğü öngörülerek çeşitli deneyler ile kontrol edilmiştir. Ayrıca sürtünme katsayısı sabitleyicileri ile yapılan testler sonucunda bu malzemelerin sürtünme katsayısını sabitlemede etkili olduğu bulunmuş, kullanılabilirlikleri ispatlanmıştır. Dişlerdeki sürtünme katsayısının belirlenmesi ve sürtünme katsayısının çözülme olayına etkilerinin açıklanması açılarından temel bir çalışmadır.
 
Alkatan ve diğ. (2007) cıvata bağının sıkma süreci ve yorulma davranışlarında önemli olan bağlantının eksenel rijitlik hesabı için bir modelleme tekniği önermişlerdir. Sonlu elemanlar modeli deformasyona uğrayan parçaların enerjisindeki artış üzerine kurulmuş olup modelde sürtünme katsayısı ve malzeme tipi de dikkate alınmaktadır. Teorik yaklaşım ayrıca bir deneysel çalışma ile de desteklenmiş olup sunulan model basit bir yapıda olmasına rağmen çok kompleks uygulamalar için de kullanılabilir. 
 
2.2 Ön gerilme kontrolü 
 
Ön gerilmeli cıvata bağları oluşturulurken sıkma torkunun doğru şekilde uygulanması çok önemlidir. Yeni bir sıkma torku uygulama metodu Hashimura ve diğ. (2008) tarafından önermektedirler. Bu metot ile sıkma torku çok daha hassas şekilde kontrol altında tutulabilmekte, böylece cıvata bağları da daha uzun ömürlü olabilmektedir. Sıkma işlemi, istenilen sıkma kuvvetine karşılık gelen bir kuvvetle cıvata somuna doğru çekilerek aynı anda da somunun sıkılmasıyla yapılmaktadır (Şekil 3). Bu yöntemin uygunluğunu kanıtlamak için yapılan deneysel çalışmalar da yayında sunulmaktadır. Normal sıkma torku uygulamalarında görülen ±%50’ye varan sapmalar bu metot ile ±%10’a düşürülmüştür.

 
Cıvata bağında sıkma esnasında oluşturulan ön gerilme kuvvetinin ölçümü için uygulanan deneysel bir metot Vand ve diğ. (2008) tarafından önerilmiştir. Deneylerde, tek bir cıvata ve bu cıvatanın içinden geçtiği bir delikli levhadan oluşan sadeleştirilmiş bir cıvata bağlantısı kullanılmıştır.

Metot, Hooke kanunlarına göre çelik parçaya ekseni doğrultusunda uygulanan kuvvetin etkisi ile gözlenen şekil değişimini temel almaktadır.

Somunla bağlanan parçalar arasında oluşan basınç ölçülmektedir. Bu deneysel prosedürde, uygulanan yedi farklı düzeydeki sıkma torkunun oluşturduğu sıkma kuvveti değerleri hesaplanmış ve bu uygulama her tork değeri için üç kez yinelenmiştir. Ayrıca aynı deneyler cıvata dişleri yağlanarak da tekrar edilmiştir. Sıkma torku ile ön gerilme kuvveti arasındaki ilişkiyi gösteren grafiklere göre, yağlama yapıldığı durumda sürtünme katsayısının azalmasından dolayı kuru olan duruma göre daha fazla ön yükleme yapılmaktadır, Şekil 4. Çalışmanın sonucunda daha fazla ön gerilme oluşturulabildiğinden cıvata dişlerinin yağlanmasının bağlantı güvenliğini arttıracağı vurgulanmıştır. 

 
Yağlamanın cıvata sıkma torku ve ön gerilme üzerine etkisini inceleyen detaylı bir çalışma Zou ve diğ. (2007) tarafından sunulmuştur. Deneylerde farklı alt türleri de olmak üzere; yağ, gres ve katı yağ şeklinde üç farklı yağlama elemanı parçaya değen cıvata başı altına, cıvata ve somun dişlerine sürülmüş ve laboratuvar ortamında giriş torku, şafttaki gerilme, dişlerde harcanan sürtünme momenti ve cıvata başının açısal dönme miktarı değerleri ölçülmüştür. Her bir testte; cıvata beş kez sökülüp takılmış, bu arada hız değerleri de 1 ile 100 d/dk arasında değiştirilmiştir. Araştırmaların sonucunda yağlamanın sürtünme ve sıkma torku davranışında belirleyici etken olduğu gözlenmiştir. Gres ve yağın birbirine benzer özellikler gösterdiği sonuçlara göre en iyi bağlama davranışı katı yağlayıcılar ile yapılan bağlantılarda gözlenmiştir.
 
Özellikle kritik cıvata bağlantılarında bağlantının çözülmemesi için sıkma torklarının doğru şekilde uygulandığına karar vermek için ölçme olayı önem kazanmaktadır. Marshall ve diğ. (2010) de çalışmalarında ultrasonik temellere dayanan ve cıvatayı sıkan momentin değerinin anlaşılmasını amaçlayan bir yöntem önermektedirler. Çalışmada ayrıca bağlantının en iyi şekilde yüzeye dağıtılmış bir basınç oluşturabilmesi için farklı pulların kullanımı da incelenmiştir. Bağlantı modeli oluşturulmuş ve önerilen hesaplamalar deneyler ile uyumu açısından kontrol edilmiştir. 
 
2.3 Kendinden çözülmenin engellenmesi  
 
Çözülmeye karşı emniyet için kullanılan çeşitli modern kilitlemeli bağlantı elemanları (örneğin nylock somunu, aerotight somunu, kimyasal kilitleme yöntemi (yapıştırma), cleveloc somunu, düz rondela, nylon rondela, dişli rondela, yaylı rondela) Bhattacharya ve diğ. (2010) tarafından değişik malzeme, boyut ve tipteki cıvatalar için, test düzeneğinde oluşturulan hızlandırılmış titreşim koşullarında, çeşitli sıkma kuvveti değerlerinde bağlantı emniyeti testlerine tabi tutulmuşlardır. Deney sonuçlarına göre sıkma kuvvetindeki azalmanın, çözülme derecesini belirlediği görülmüştür. Ayrıca cıvata bağındaki çözülmenin başlangıç sıkma torku ile ilişkisi de ortaya konmuştur. Yapılan kıyaslama çalışmasının sonucunda, kimyasal kilitlemenin nylock ve aerotight somununa göre daha etkin bir yöntem olduğu görülmüştür. 
 
Friede ve Lange (2009), özellikle tekrarlı yüklerin oluştuğu vinç, asansör, baca ve köprülerde karşılaşılan cıvata bağının kendiliğinden çözülme mekanizmalarını analiz etmek için TU Darmstadt’ta gerçekleştirilen çalışmaları tanıtmışlardır. Cıvata bağlantılarını kendiliğinden çözülme olayından korumak için yapısal bir çözüm bulma amacıyla başlatılan çalışmalarda, önemli parametreleri belirlemek için çeşitli ön testler yapılmıştır. Özellikle sıkma boyundaki değişimler incelenmiş ve sıkma boyunun, yük çevrimine bağlı ön gerilmeye etkileri grafiklerle gösterilmiştir. İki parçanın bir arada tutulduğu klasik bir cıvata bağında kendinden çözülmeyi engellemek için beş öneri şu şekilde sıralanmıştır: Ön gerilmeyi arttır, uzun ve ince cıvata kullan, sıkma boyunu büyüt ve olası cıvata yer değiştirmelerini daha uygun cıvata kullanarak küçült ve sürtünme katsayısını büyüt. Çalışmanın sonucunda, bağlantıda kayma nedeniyle meydana gelen periyodik enine yer değiştirmelerin, ön gerilme kuvvetini azaltarak kendinden çözülmeyi kolaylaştırdığı vurgulanmıştır. Oluşan enine yer değiştirmeler bağlantıyı bir miktar gevşettiği taktirde, çok düşük bir yük çevriminde dahi ön gerilmenin tamamen kaybolacağı da belirtilmiştir. 
 
1998 yılında yapılan çalışmanın ardından hazırlanmış olan raporda bağlantı elemanlarının ayarlarında Doğrudan Gerilim İndikatörleri (DTI, Şekil 5) kullanımının sonuçları araştırılmıştır. Denemelerde somun-cıvata-rondela montajı ile somun-cıvata-DTI montajı Junker’ın enine titreşim-çözülme test düzeneği kullanılarak karşılaştırılmıştır. Test sonuçlarının, titreşim kaynaklı çözülmeyi önlemede veya tamamen önlenemeyen yerlerde etkilerini azaltmada, cıvata ile bağlama stratejilerinin düzenlenmesinde faydalı olacağı vurgulanmıştır. DTI’nin titreşim kaynaklı çözülmeye karşı çok iyi direnç gösterdiği yapılan deneyler ile kanıtlanmıştır.

 
Çift somun ve yaylı rondela kullanılarak, M10 cıvata bağının enine yükler karşısında çözülmeye karşı emniyete alınma mekanizmaları Izumi ve diğ. (2009) tarafından sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak analiz edilmiştir. Çalışmada, eğer sıkma prosedürüne dikkat edilirse çift somunun çözülmeyi önleyebileceği ancak yaylı rondelanın çözülmeyi kolaylaştırıcı yönde etkidiği vurgulanmıştır.
 
Yang ve diğ. (2010) tarafından sunulan çalışmada tekrarlı enine yüklerle zorlanan mekanizmalarda cıvatalı bağlantıların kendinden çözülmesini engellemek için bir yöntem önerilmektedir. Bu model deneysel olarak da doğrulanmış olup kendi kendine çözülmeyi doğru bir şekilde tahmin edebilmektedir. Çalışmanın sonucunda oluşturulan modelin ışığında daha az rijit olan, boyu daha uzun ve elastisite modülleri düşük cıvataların daha zor çözülme olayı ile karşılaşacağı vurgulanmıştır.
 
Cıvata bağının çözülmesini engellemek amacıyla ortaya konmuş tekniklerin bir tanesi de Jung ve diğ. (2009) tarafından getirilen, eksenel tekrarlı yüklemelerden sonra gevşeyen vidaların çözülmesini engellemek için cıvata bağına yay ekleme önerisidir. Bu yöntemde yay somuna sürekli bir ön gerilme kuvveti uygulanmasını sağlayarak çözülme mekanizmasının oluşmasını önleyecektir. Çalışmada; cıvatanın, somunun, yayın ve titreşim plakasının üç boyutlu modelleri oluşturulup sonlu elmalar analizlerine tabi tutulmuşlardır. Bu testler sonucunda kullanılacak yay optimize edilmiş ve üretilmiştir. Bu üretilen yeni yaylı bağlantının klasik cıvata-somun bağlantısıyla karşılaştırması yapılmış ve yeni modelin etkinliği doğrulanmıştır. Ayrıca gerçekleştirilen optimizasyon çalışması ile bağlantı daha da iyileştirilmiştir. Geliştirilen sistem elemanları ve deneysel sonuçlar Şekil 6’da görülmektedir.



 
3. Tartışma ve Sonuç
 
Bu çalışmada; ön gerilmeli cıvata bağlarında yaşanan çözülme olayının nedenleri irdelenmiş ve literatürde mevcut bazı çalışmalardan örnekler verilmiştir. Buna göre cıvata ile somun arasındaki izafi dönme hareketi nedeni ile yaşanan çözülmeyi engellemek için aşağıdaki tedbirler alınmalıdır:
 
1. Vida helis açısı (basınç açısı) küçültülmelidir: İzafi kayma helis açısıyla doğru orantılıdır. Helis açısı sürtünme açısından büyük olursa otoblokaj şartı sağlanmaz, sürtünme bağı oluşmaz. Helis açısı sıfıra düşürülürse de bu kez dişe döndürme momenti uygulanamaz.
2. Diş tepe açısı mümkün olduğunca küçük yapılmalıdır: Küçük flanş açıları cıvatanın sıkılması için gereken torku büyütür, bu durum ve titreşim esnasında somunun ters yönde dönmesini engeller. 
3. Somunun alt yüzeyi ve bağlanan parçaların üst yüzeyi arasındaki izafi kaymayı azaltmak için araya konik bir eleman konulabilir. Bu uygulamada temas alanındaki sürtünme kuvvetleri büyürken montaj zorlaşır. 
Bu önerilerin dışında çözülmeyi engellemek amacıyla literatürde mevcut kilitleme elemanları ortak adı ile gruplanan çeşitli elemanlar da kullanılabilir. Amerikan ulusal standartlar alt komitesine göre üç temel kilitleme kategorisi vardır: 
 
a) Serbest dönen mekanizmalar: Bu mekanizmada düz cıvata ve cıvata başının altında dişler yer alır. Bu dişler, cıvatanın sıkma yönünde dönmesine izin verecek şekilde eğimlidirler. Çözülme yönünde dönmek istediğinde ise yüzeye kilitlenerek buna izin vermezler. 
b) Sürtünmeli kilitler: Bu grup iki alt bölüme ayrılabilir; metalik ve metalik olmayanlar. Mekanik sürtünme kilidinde genellikle çarpıtılmış dişleri olan bir somun, sıkma torkunun kaybolmamasını sağlar ki bu gruba Philidas somunu örnek verilebilir. Metal olmayan bağlarda ise plastik ara elemanlar vardır ve bunlar dişi kilitlerler. 
c) Kimyasal kilitler: Cıvata ve somun dişleri arasındaki boşlukları doldurarak bunları birbirine bağlayan yapıştırıcılar bu gruba girerler. Mikro kapsüller şeklinde elde edilen bazı yapıştırıcılar cıvata üzerine sıkılma işlemi öncesinde sürülerek kullanıma sunulmaktadırlar.
Sonuç olarak, ön gerilmeli cıvata bağlarını doğru şekilde ortaya koyabilmek için şunlara dikkat edilmelidir:
 
1. Cıvata malzemesinin yanısıra sıkılan parça malzemesinin de kendinden çözülme davranışı üzerine önemli katkısı olduğu unutulmamalıdır. 
2. Paslanmaz çelikten yapılmış cıvatalar yüksek mukavemetli çelik ve düşük karbonlu çelikten yapılmış cıvatalara göre çözülmeye karşı daha dirençlidirler.
3. Farklı çözülme emniyet mekanizmalarının test sonuçlarına göre; en iyi sonuç yapıştırma bağında ardından da nylock ve aerotight somunlarında görülmüştür. Kötü titreşim koşullarında nylock ve aerotight somunlar özelliklerini kaybetmekle birlikte tork kaybını önemli ölçüde azalttıkları için kullanılabilirler. Bunun gibi yeni çözümler sürekli takip edilmelidir.
4. Yaylı rondela ve iç/dış tırtıllı rondelalar da çözülme olasılığını düşürürler ancak sadece bir kez kullanılıp atılmalıdırlar.
5. Düz pullar ile naylon pulların çözülmeyi engelleme konusunda bir etkileri yoktur ama yaylı rondela ve çift somun uygulaması az da olsa çözülmeye karşı bir direnç gösterebilir.
6. Metrik vidalar sıkma kuvvetlerinin arttırılması ile daha büyük bir temas alanına sahip olduklarından olası deformasyonu düşürürler.
 

Tarih : 6.12.2018