V ťahových{0}}typoch skrutkových spojov je celková pevnosť spoja určená najmä nosnosťou- samotnej skrutky. Pevnosť skrutiek je ovplyvnená viacerými faktormi, vrátane materiálových vlastností, konštrukčného tvaru, rozmerových parametrov, výrobných procesov a montážnych techník. Na efektívne zlepšenie únosnosti, odolnosti proti únave a celkovej spoľahlivosti skrutkových spojov je možné dosiahnuť zvýšenie pevnosti prostredníctvom štrukturálnej optimalizácie, zlepšovania procesov a štandardizácie montáže. Tento článok systematicky predstavuje kľúčové technické opatrenia na zlepšenie pevnosti skrutkových spojov.
01 Zlepšenie rozloženia zaťaženia medzi zubami
Pri použití štandardných obyčajných matíc je axiálne zaťaženie nerovnomerne rozdelené medzi každý závitový závit. Počnúc od nosnej plochy matice, prvý závit nesie najväčšiu časť zaťaženia a zaťaženie postupne klesá na nasledujúcich závitoch. Teoretická analýza a experimentálne overenie ukazujú, že väčší počet závitov v zábere vedie k väčšej nerovnomernosti zaťaženia. Závity za 8. až 10. závitom sotva znesú žiadne zaťaženie. Preto jednoduché zvýšenie hrúbky matice a závitov závitov nemôže zlepšiť pevnosť skrutkových spojov.
Závesné napínacie matice môžu výrazne zlepšiť rozloženie zaťaženia závitu. Kužeľová zavesená časť matice a drieku skrutky podliehajú synchrónnej deformácii v ťahu, čím sa znižuje rozdiel deformácie stúpania medzimatica a skrutka, čím sa dosiahne rovnomerné rozloženie zaťaženia na všetky zapojené závity. Kruhové-drážkované matice fungujú na podobnom princípe, účinne vyrovnávajú napätie závitu, zlepšujú účinnosť záberu závitu a zvyšujú celkovú pevnosť spojenia.
02 Predchádzanie a znižovanie dodatočného namáhania pri ohýbaní
V procesoch navrhovania, obrábania a montáže sú skrutky náchylné na dodatočné ohybové napätie spôsobené štrukturálnymi chybami, odchýlkami pri obrábaní a neštandardnou inštaláciou. Dodatočné namáhanie v ohybe výrazne zhoršuje únavovú pevnosť skrutiek a slúži ako hlavná príčina zlomenia skrutiek, ktoré je potrebné eliminovať pri navrhovaní a montáži.
Keď sú skrutky inštalované na neopracovaných drsných povrchoch odliatkov alebo výkovkov, nerovné kontaktné povrchy ľahko spôsobia excentrické zaťaženie a ohnutie skrutiek. V strojárskych aplikáciách sa náliatky a sedlá s valcovým zahĺbením bežne používajú s presným rezaním na vytvorenie plochých nosných plôch. To zaisťuje celoplošné lícovanie, eliminuje excentricitu montáže a zabraňuje vzniku dodatočného ohybového napätia.
03 Zníženie koncentrácie štrukturálneho stresu
Korene závitu a prechodová zóna medzi hlavou skrutky a driekom sú typické oblasti koncentrácie napätia a polohy náchylné na-kritické poruchy. Spomedzi týchto oblastí má koncentrácia napätia v koreňoch závitu najvýznamnejší vplyv na únavovú pevnosť skrutiek. Optimalizácia štrukturálnej geometrie na zníženie koncentrácie napätia je nevyhnutná pre rozšírenieskrutkaúnavový život.
Bežné optimalizačné opatrenia zahŕňajú zväčšenie polomeru zaoblenia koreňov závitu na zmiernenie lokálnych špičiek napätia, zväčšenie prechodového zaoblenia medzi hlavou skrutky a driekom a navrhnutie-odľahčovacích drážok a odľahčovacích zárezov pri vysokom{1}}namáhaní. Tieto metódy rozptyľujú koncentrované napätie, znižujú maximálne hodnoty napätia a zlepšujú odolnosť skrutky proti zlomeniu.
04 Zníženie amplitúdy stresu na zlepšenie výkonnosti pri únave
Pri konštantnom maximálnom pracovnom napätí má menšia amplitúda stresu za následok lepší únavový výkon a dlhšiu životnosť. Pri stabilnom pracovnom zaťažení a zvyškovom predpätí môže zníženie tuhosti skrutiek alebo zvýšenie tuhosti spojených komponentov účinne znížiť amplitúdu napätia a zvýšiť únavovú pevnosť. V takýchto prípadoch by sa malo predpätie primerane zvýšiť, aby sa zabezpečila spoľahlivosť pripojenia.
Bežné metódy na zníženie tuhosti skrutky zahŕňajú zvýšenie efektívnej dĺžky skrutky, mierne zníženie priemeru hladkého drieku, prijatie dutých flexibilných štruktúr skrutiek a inštaláciu elastických prvkov pod maticu na dosiahnutie efektu flexibilnej skrutky. Pružné skrutky sa vyznačujú veľkou deformačnou kapacitou a vynikajúcou absorpciou energie, vďaka čomu sú vhodné pre pracovné podmienky s nárazovým a vibračným zaťažením.
Na zlepšenie tuhosti spojených komponentov by ste sa mali vyhnúť deformovateľným tesneniam s nízkou{0}}tuhou, pretože stlačenie tesnení zvyšuje rozdiely v tuhosti a zvyšuje amplitúdu napätia skrutiek. Na utesnenie spojov sa uprednostňujú tesniace krúžky s vysokou{2}}stabilitou, aby sa zachovala celková tuhosť spoja a optimalizovalo sa rozloženie napätia.
05 Optimalizácia procesov výroby skrutiek
Výrobné procesy priamo určujú mikroštruktúru povrchu, stav zvyškového napätia a únavové vlastnosti skrutiek, najmä preskrutky z-vysokopevnej ocele. Valcovanie závitov zavádza povrchové spevnenie, vytvára súvislé a neporušené línie toku kovu a vytvára priaznivé tlakové zvyškové napätie na povrchu závitu. Valcované závity vykazujú podstatne vyššiu únavovú pevnosť v porovnaní s konvenčne sústruženými závitmi.
Okrem toho úpravy na spevnenie povrchu, ako je karbonitridácia, nitridácia a brokovanie, môžu zjemniť povrchové mikroštruktúry, eliminovať povrchové mikrodefekty a zaviesť rovnomerné zvyškové tlakové napätie. Tieto úpravy inhibujú iniciáciu a šírenie únavových trhlín a výrazne zlepšujú únavovú pevnosť a celkovú nosnosť skrutiek-.
