Stiprinājuma skrūvju lūzuma biežāko cēloņu analīze

Skrūvju lūzumam ir dažādi iemeslistiprinājumi. Vispārīgi runājot, skrūvju bojājumus izraisa stresa faktors, nogurums, korozija un ūdeņraža trauslums.

Skrūves lūzums

1. Stresa faktors
Parastā sprieguma pārsniegšanu (pārspriegumu) izraisa bīdes, stiepes, lieces un saspiešanas viens vai to kombinācija.
Lielākā daļa dizaineru vispirms apsver stiepes slodzes, priekšslodzes spēka un papildu praktiskās slodzes kombināciju. Iepriekš pievilkšanas spēks būtībā ir iekšējs un statisks, kas saspiež savienojuma sastāvdaļas. Praktiskās slodzes ir ārējie, parasti cikliski (virziena) spēki, kas tiek pielietoti stiprinājumiem.
Stiepes slodze mēģina pretoties savienojuma komponentu atvēršanai. Kad šīs slodzes pārsniedz bultskrūves tecēšanas robežu, bultskrūve mainās no elastīgās deformācijas uz plastisku deformāciju, kā rezultātā notiek paliekoša skrūves deformācija. Tāpēc to nevar atjaunot sākotnējā stāvoklī, kad tiek noņemta ārējā slodze. Līdzīgu iemeslu dēļ, ja skrūves ārējā slodze pārsniedz tās maksimālo stiepes izturību, skrūve saplīsīs.
Skrūvju pievilkšana tiek panākta, pagriežot ar priekšslodzes spēku. Uzstādīšanas laikā pārmērīgs griezes moments noved pie pārmērīgas pievilkšanas un samazina stiprinājumu aksiālo stiepes izturību, pakļaujot tos pārmērīgai slodzei. Citiem vārdiem sakot, bultskrūvēm, kas pakļautas nepārtrauktai vērpei, ir zemākas ražības vērtības, salīdzinot ar skrūvēm, kas tieši pakļautas spriegošanai un spriegošanai. Tādā veidā skrūve var piekāpties, pirms tā ir sasniegusi atbilstošā standarta minimālo stiepes izturību. Liels griezes moments var palielināt skrūves priekšpievilkšanas spēku un attiecīgi samazināt savienojuma vaļīgumu. Lai palielinātu bloķēšanas spēku, priekšpievilkšanas spēks parasti tiek iestatīts uz augšējo robežu. Tādā veidā, ja vien atšķirība starp tecēšanas robežu un galīgo stiepes izturību nav maza, bultskrūves parasti nepiekāpsies vērpes dēļ.
Bīdes slodze pieliek vertikālu spēku gareniskajai asijskrūve. Bīdes spriegums ir sadalīts vienā bīdes spriegumā un dubultā bīdes spriegumā. No empīriskiem datiem maksimālais vienreizējais bīdes spriegums ir aptuveni 65% no galīgā stiepes sprieguma. Daudzi dizaineri dod priekšroku bīdes slodzei, jo viņi izmanto skrūvju stiepes un bīdes izturību. Tie galvenokārt darbojas kā dībeļi, veidojot salīdzinoši vienkāršus savienojumus stiprinājumiem, kas pakļauti bīdei. Trūkums ir tāds, ka bīdes savienojumiem ir ierobežots pielietojums, un tos nevar izmantot bieži, jo tiem ir nepieciešams vairāk materiālu un vietas. Mēs zinām, ka arī materiālu sastāvam un precizitātei ir izšķiroša nozīme. Tomēr materiālu dati, kas pārvērš stiepes spriegumu bīdes slodzē, bieži vien nav pieejami.
Stiprinājumu iepriekšējais pievilkšanas spēks ietekmē bīdes savienojumu integritāti. Jo mazāks priekšslodzes spēks, jo vieglāk savienojuma slānim ir slīdēšana, saskaroties ar skrūvi. Bīdes slodzes jauda tiek aprēķināta, reizinot šķērsplakņu skaitu (vienu bīdes plakni sauc par vienu bīdes plakni, bet divas bīdes plaknes sauc par dubulto bīdi), kam jābūt bezvītnes skrūvju šķērsgriezumiem. Mēs neatbalstām bīdes projektēšanu caur vītnēm, jo ​​stiprinājumu bīdes izturību var pārvarēt ar sprieguma koncentrāciju, mainoties šķērsgriezumam. Nosakot stiprinājumu bīdes izturību, daži dizaineri izmanto stiepes sprieguma zonu, bet citi dod priekšroku maza diametra sekcijām. Ja bīdes savienojuma skrūve ir savērpta līdz norādītajai vērtībai (kā parādīts 2. attēlā), kontaktslāņa savienojuma virsma nevar sākt slīdēt, līdz tā pārsniedz berzes pretestību ārpusē. Palielinot berzi starp savienojošām virsmām, var uzlabot savienojuma vispārējo integritāti. Dažkārt detaļu izmēra un konstrukcijas prasību dēļ izmantojamo skrūvju skaits var būt ierobežots.

2. attēls. Neatkarīgi no tā, vai savienojošais komponents ir viens vai dubults griezums, griešanas virsma nedrīkst iziet cauri stiprinājuma vītņotajai daļai.
Papildus stiepes un bīdes slodzēm lieces spriegums ir vēl viena slodze, ko piedzīvo skrūves, ko izraisa ārējie spēki, kas nav perpendikulāri skrūves gareniskajai asij un atrodas uz gultņu un savienojuma virsmām. Kopumā, jo vienkāršāks ir stiprinājuma savienojums, jo lielāka ir tā integritāte un uzticamība.
2. Nogurums
Pašlaik nav īpašu tiesību aktu, kas norādītu piegādātājiem iegādāties galvenās sastāvdaļas, kas atbilst rūpnieciskajiem standartiem attiecīgajos noteikumos par rūpnieciskajiem stiprinājumiem, īpaši neminot galveno stiprinājumu atteices cēloni - nogurumu. Tiek lēsts, ka noguruma bojājumi veido 85% no kopējā stiprinājuma atteices skaita.
Skrūvju nogurums ir nepārtraukta ciklisku stiepes slodžu darbība, kuras rezultātā rodasskrūvestiek pakļauti salīdzinoši maziem priekšslodzes spēkiem un mainīgām darba slodzēm. Šādos dubultās slodzes apstākļos ilgu laiku skrūves sabojāsies, ja to nominālā stiepes izturība ir mazāka par. Noguruma kalpošanas laiku nosaka slodzes sprieguma ciklu skaits un amplitūda. Dažiem saspiestiem savienotājiem, piemēram, presēm, štancēšanas iekārtām un formēšanas iekārtām, var rasties arī noguruma lūzumi. Darbības laikā starp jaudu un priekšslodzi tiek radīti vairāki saliktie spriegumi. Atkārtotās stiepšanās kustībās stresa izmaiņu skaitu un amplitūdu ietekmē noguruma un bojājumu pakāpe.
Tipiski rūpnieciskie stiprinājumi, piemēram, sešstūra skrūves, pastāvīgi pagarinās un noteiktā elastības diapazonā atgriežas sākotnējā formā. Ja tie tiek pakļauti spriegumam, kas pārsniedz normālu un pārsniedz elastības diapazonu, tie tiks pakļauti pastāvīgai deformācijai, līdz galu galā saplīst. Pagarināšanas un atgriešanās paplašinātā stāvoklī uzvedību sauc par ciklu. Sešstūra ligzdas skrūve var izturēt aptuveni 240-10 grādi dienā (maksimums), kā parādīts 3. attēlā.

3. attēls Uzlabota Gudmena diagramma

Punktētā diagonāle norāda mainīgas skrūves slodzes vidējo vērtību ar 90% varbūtību 10 miljoniem ciklu. Faktiskā diagonālā līnija parāda, ka tad, kad skrūves priekšpievilkšanas spēks sasniedz 100 ksi, maksimālā novirze starp dinamisko slodzi un vidējo spriegumu ir 12 ksi.
Stiprinājumi galu galā saplaisās atkārtotu sprieguma ciklu dēļ no maksimuma līdz maksimumam. Lūzums parasti notiek visneaizsargātākajā stiprinājuma punktā, ko inženieri dēvē par "maksimālās sprieguma koncentrācijas zonu". Tiklīdz sprieguma koncentrācijas punktā rodas mikroplaisas un tās turpina pakļaut spriedzei, plaisas ātri izplatīsies, izraisot stiprinājuma noguruma bojājumus. Uzņēmumi, kas ražo stiprinājumus rūpnieciskai lietošanai, nepārtraukti pēta jaunus liešanas procesus un izstrādā un izstrādā jaunas ražošanas metodes, kas var pārvarēt iepriekš minētās fatālās nepilnības.
Visbiežāk sastopamās noguruma atteices vietas ir savienojums (ti, pirmais noslogotais pavediens), saknes fileja, vītne un vītnes gals. Sakarā ar noguruma stiprības uzlabošanos, attīstot labākus materiālus un ražošanas metodes apstrādes rūpniecībā, vītnes ir kļuvušas par stiprinājumu vājāko vietu un šobrīd vislielāko noguruma bojājumu izraisīto bojājumu īpatsvaru.
Savstarpējā saistība starp sprieguma mainīgajiem konstrukcijā un stiprinājumu veiktspējas īpašībām padara noguruma stiprības standartu noteikšanu par sarežģītu uzdevumu. Pašlaik tas ir sarežģīts process, lai noteiktu "ciklu līdz lūzumam" skaitu un noteiktu stiprinājumu sērijas relatīvo izturību.
3. Korozija
Vēl viens skrūvju lūzuma iemesls ir korozija. Korozijai ir dažādas formas, tostarp parastā korozija, ķīmiskā korozija, elektrolītiskā korozija un sprieguma korozija. Elektrolītiskā korozija attiecas uz savienotājelementu pakļaušanu dažādiem mitriem līdzekļiem, piemēram, lietus ūdenim vai skābes miglai, kas ir elektrolīti, kas var izraisīt stiprinājumu ķīmisko koroziju; Otrkārt, stiprinājumu dažādo materiālu dēļ to elektrolītiskie potenciāli ir atšķirīgi, un potenciālu atšķirība var viegli radīt "mikrobaterijas". Projektētājiem jāizvēlas materiāli ar līdzīgu elektrolītisko potenciālu, cik vien iespējams, pamatojoties uz metālu savietojamību, vienlaikus novēršot elektrolītu veidošanās apstākļus, lai novērstu elektrolītiskās korozijas izraisītu plaisāšanu.
Sprieguma korozija ir salīdzinoši ierobežota. Sprieguma korozija pastāv pie lielas stiepes slodzes un galvenokārt ietekmē stiprinājumus, kas izgatavoti no augstas stiprības leģētā tērauda. Stiprinājumi, kas izgatavoti no leģētā tērauda (īpaši tērauda ar augstu sakausējuma sastāvu), ir pakļauti plaisāšanai spriedzes ietekmē. Sākumā uz virsmas parasti veidojas plaisas un bedres, un tad notiek tālāka korozija, kas veicina plaisu izplatīšanos. Plaisu izplatīšanās ātrumu nosaka spriegums uz skrūvi un materiāla izturība pret lūzumiem. Kad atlikušais materiāls funkcionē tiktāl, ka tas nevar izturēt pielietoto spriegumu, notiek lūzums.
4. Ūdeņraža trauslums
Augstas izturības tērauda stiprinājumi (parasti ar Rokvela cietību C36 vai augstāku) ir vairāk pakļauti ūdeņraža trauslumam. Ūdeņraža trauslums ir galvenais stiprinājuma plīsuma cēlonis. Ūdeņraža trauslums ir parādība, kurā ūdeņraža atomi iekļūst un izkliedējas visā materiāla matricā. Kad ūdeņraža atomi nonāk materiāla matricā, matrica tiek izkropļota, izjaucot sākotnējo līdzsvara stāvokli un atvieglojot to plaisāšanu ārējo spēku ietekmē. Kad tiek piemērota ārēja slodzeskrūve,ūdeņraža atomi migrē uz ļoti koncentrētu sprieguma zonu, radot ievērojamu spriegumu starp kristāla robežu malām, kas noved pie lūzuma starp stiprinājuma kristāla daļiņām.
Ja stiprinājumi pirms uzstādīšanas satur kritisko ūdeņradi, tie parasti saplīst 24 stundu laikā. Ja ūdeņradis iekļūst stiprinājumā, nav iespējams paredzēt, kad tas saplīsīs. Tāpēc, izmantojot attiecīgos stiprinājumus, projektētājiem ir jāprecizē piegādātāju izvēle ar specializētiem procesiem un minimālu iespējamo ūdeņraža trauslumu.
5. Citi faktori
Savienojuma lūzums ne vienmēr ir tieši saistīts ar katastrofālu stiprinājuma lūzumu. Daudzi ar stiprinājumiem saistīti faktori, piemēram, priekšslodzes zudums vai stiprinājumu savienojumu nogurums, var izraisīt nolietojumu; Stiprinājumu centra nobīde lietošanas laikā var radīt troksni un noplūdi, tādēļ ir nepieciešama neplānota apkope, lai novērstu bojājumus. Piemēram, vibrācija var samazināt vītņu berzes pretestību, un stiprinājumu savienojumi var atslābt darba slodzes dēļ pēc uzstādīšanas. Šie faktori kopā ar skrūvju slīdēšanu augstā temperatūrā var izraisīt priekšslodzes spēka zudumu. Dažreiz savienojuma lūzumu var saistīt ar pārāk lielu vai pārāk mazu caurumu, pārāk mazu gultņa laukumu, pārāk mīksta materiāla vai pārāk lielas slodzes cēloni. Jebkura no šīm situācijām neizraisīs tiešu skrūvju lūzumu, bet izraisīs savienojuma integritātes zudumu vai iespējamu skrūvju lūzumu.