Mechanické zariadenia a oceľové konštrukcie sú zostavené z rôznych komponentov, z ktorých väčšina je pevne spojená pomocou závitových spojov. Porucha závitových upevňovacích prvkov priamo vedie k poruche zariadenia. V závažných prípadoch môže spôsobiť odstavenie zariadenia, kolaps konštrukcie a dokonca aj nehody so zranením osôb.

Vzhľadom na vysokú frekvenciu a vážne riziká zlyhania spojovacích prvkov musia technici systematicky analyzovať vyvolávajúce faktory a formulovať cielené nápravné a preventívne opatrenia na zásadné odstránenie porúch upevnenia.

Poruchy spojovacích prvkov sa delia hlavne do dvoch kategórií. Prvou kategóriou je porucha lomu svorníka, ktorá spôsobuje okamžité oddelenie spojených konštrukcií a zvyčajne vedie k závažným poruchám zariadenia a bezpečnostným nehodám. Druhá kategória zahŕňa uvoľňovanie párov nití a ich skĺznutieskrutky alebo matice, čo spôsobuje malý relatívny posun medzi pripojenými časťami a vedie k čiastočnej poruche zariadenia a zníženej presnosti prevádzky.

Porucha upevňovacieho prvku je progresívny proces. Drobné uvoľnenie bez včasného ošetrenia sa bude naďalej zhoršovať a nakoniec spôsobí úplné oddelenie skrutiek a matíc, čo spôsobí veľké bezpečnostné nehody. V praktických aplikáciách väčšina personálu nesprávne chápe, že zlomenie skrutiek je spôsobené výlučne chybami materiálu a uvoľnenie matíc zlou kvalitou matíc, pričom ignoruje základné problémy, ako je neprimeraný štrukturálny dizajn a neštandardné postupy montáže. Tento článok systematicky analyzuje príčiny rôznych porúch lomu skrutiek z hľadiska návrhu a montáže.

1 Šmyková zlomenina

Šmykové lomy skrutky sa väčšinou vyskytujú v závitových spojoch pri čistom predpätí. Šmyková lomová plocha sa nachádza na spojovacom rozhraní dvoch spojených častí a predstavuje malú hladkú a svetlú šmykovú plochu. Konkrétne príčiny porúch sú zhrnuté nasledovne.

1.1 Príčiny návrhu

(1) Nedostatočný koeficient trenia na rozhraní spoja alebo nesprávne zvolené špecifikácie skrutiek vedú k nedostatočnému predpätiu. Keď je trecia sila na povrchu spoja menšia ako priečne pracovné zaťaženie, vyjadrené vzorcom fF′＜F (kde f je koeficient trenia na rozhraní, F′ je predpätie skrutky a F je priečne pracovné zaťaženie), dochádza k relatívnemu sklzu medzi spojenými komponentmi. Driek skrutky je vystavený extrúzii a šmykovej sile zo steny otvoru. Akonáhle šmykové napätie presiahne šmykovú pevnosť materiálu skrutky, dôjde k šmykovému lomu. Pohyblivé komponenty pri nárazovom zaťažení sú náchylnejšie na takéto zlyhanie. Pri štrukturálnom návrhu môžu byť časti znižujúce zaťaženie{6}}a polohovacie ramená prispôsobené na prenášanie priečnych zaťažení, takže skrutky vykonávajú iba ťahové spojenie bez nosnej šmykovej sily.

(2) Upevňovacie prvky bez konštrukcií proti{1}}uvoľňovaniu sa používajú vo vibrujúcich pracovných podmienkach. Dlhodobé-vibrácie zariadenia uvoľňujú pár závitov a tlmia predpätie skrutky, čo vedie k nedostatočnému treniu na rozhraní a ďalšiemu preklzávaniu komponentov a zlomeniu skrutky v šmyku. V prípade konštrukcií pracujúcich vo vibračnom prostredí by sa mali použiť špeciálne upevňovacie prvky proti{5}}uvoľneniu, ako sú matice Spiralock a matice s prevládajúcim momentom, aby sa predišlo zlyhaniu uvoľnenia.

1.2 Príčiny montáže

Nedostatočný uťahovací moment zostavy vedie k neštandardnému predpätiu skrutiek a nedostatočnému treniu na rozhraní. Vonkajšie zaťaženie spôsobuje relatívny sklz komponentov a nakoniec má za následok zlomenie skrutky v šmyku. Uťahovací moment skrutiek je kritickým procesným indikátorom pri konštrukcii oceľových konštrukcií a montáži motora a vyžaduje si prísnu kontrolu. V iných odvetviach je však často zanedbávaný kvôli chýbajúcemu štandardizovanému manažmentu krútiaceho momentu. V praktických prípadoch porúch je väčšina porúch uvoľnenia závitu a zlomenia spôsobená nevhodným montážnym momentom.

Upínacia sila páru závitov je generovaná rotujúcimi maticami alebo skrutkami a je pozitívne korelovaná s montážnym momentom. Aby sa zabezpečilo, že predpätie spĺňa konštrukčné požiadavky, montážny moment musí byť jasne špecifikovaný v procesných dokumentoch a musí byť prísne implementovaný počas prevádzky. Vzorec na výpočet montážneho momentu je nasledujúci:

M=KPD

Kde: M - Montážny moment (Nm); K - Koeficient krútiaceho momentu; P - Navrhnuté predpätie (kN); D - Menovitý priemer skrutky (mm).

V konvenčnom dizajne je predpätie skrutky nastavené v rozmedzí 60 % až 80 % medze klzu materiálu s bezpečnostným faktorom nad 1,2. Medza klzu skrutiek s rôznymi špecifikáciami a stupňami pevnosti môže byť uvedená v GB/T 3098.1.

Koeficient krútiaceho momentu je určený koeficientom trenia párov závitov a kontaktnou plochou medzi nimispojovacie prvkya spojené časti. Je ovplyvnená povrchovou úpravou, presnosťou pevnosti, geometrickou toleranciou, presnosťou závitu, drsnosťou povrchu podkladu a tuhosťou konštrukcie. Dominantným faktorom je povrchová úprava. Rôzne povrchové úpravy vedú k veľkým rozdielom v koeficiente krútiaceho momentu, až takmer dvojnásobnému. Pre páry závitov s rovnakou špecifikáciou a pevnosťou je krútiaci moment pri fosfátovaní asi 0,13 až 0,15, zatiaľ čo pri černení sa pohybuje od 0,26 do 0,30.

Preto spojovacie prvky s fosfátovaním a černením vytvárajú takmer dvojnásobný rozdiel predpätia pri rovnakom montážnom momente. Koeficient krútiaceho momentu sa musí kalibrovať pomocou experimentov. Výrobcovia spojovacích prvkov musia prísne kontrolovať procesy povrchovej úpravy, aby zabezpečili konzistentné koeficienty krútiaceho momentu každej šarže. Používatelia nesmú svojvoľne meniť požiadavky na povrchovú úpravu, aby sa predišlo nedostatočnému predpätiu, natiahnutiu skrutky alebo prasknutiu spôsobenému kolísaním súčiniteľa krútiaceho momentu.

2 Únavová zlomenina

Únavové zlomeniny sú jedným z najbežnejších spôsobov zlyhania skrutiek. Väčšina únavových porúch pochádza z výrobných chýb, vrátane nehladkých prechodových zaoblení pod hlavami skrutiek, nedostatočného polomeru zaoblenia koreňa závitu, povrchových škrabancov a inklúzií materiálu. Neštandardná montáž je tiež dôležitým podnetom pre únavové zlomeniny a potenciálne bezpečnostné nehody.

Ak vezmeme ako príklad skrutky automobilových kolies, konštrukčný návrh umožňuje skrutkám kolies znášať iba axiálne predpätie bez priameho radiálneho zaťaženia. Nedostatočný montážny moment vedie k neadekvátnemu predpätiu a nedostatočnému treniu medzi nábojom kolesa a polovičným hriadeľom, čo spôsobuje relatívny sklz počas prevádzky vozidla.

Počas-otáčania kolesa sa skrutka pravidelne otáča s nábojom. Driek skrutky je vystavený striedavej vytláčacej sile z oboch strán steny otvoru, čo vedie k vysokofrekvenčným cyklickým radiálnym zaťaženiam. Dlhodobé-cyklické zaťaženie spúšťa a rozširuje únavové trhliny, ktoré prípadne vedú k únavovému lomu skrutiek.

Keď po prevádzke vozidla dôjde k zlomenine skrutiek kolesa, inšpektori najskôr spozorujú morfológiu zlomeniny, aby predbežne posúdili únavové zlyhanie, a až potom vykonajú ďalšiu -hĺbkovú analýzu.

3 Zlomenina z preťaženia

Lom z preťaženia sa týka lomu v ťahu, keď celkové axiálne zaťaženie prekročí povolenú hranicu materiálu skrutky. Keďže efektívna dosadacia plocha závitovej časti je menšia ako pri hladkej stopke s väčšou koncentráciou napätia, dochádza väčšinou k lomu preťažením na závitovej časti, čo možno predbežne identifikovať podľa morfológie lomu.

Skrutky stupňa 8,8 vykazujú zjavné hrdlovanie po lomu z preťaženia; Skrutky triedy 10.9 vykazujú mierne zúženie; Skrutky s vysokou pevnosťou 12,9-v podstate nemajú za normálnych podmienok preťaženia žiadne hrdlové vlastnosti.

Zjavné hrdlovanie sa môže objaviť aj u skrutiek triedy 8,8 až 12,9 s nekvalifikovanými materiálmi, nedostatočným tepelným spracovaním, neúplným kalením alebo nedostatočnou tvrdosťou jadra. Kritériá posudzovania lomu spôsobeného preťažením sú preto špecifikované takto:

(1) V prípade zlomenín s hrdlom sa skúška vzorky vykoná v súlade s GB/T 3098.1. Lom preťažením možno potvrdiť, ak je tvrdosť jadra kvalifikovaná.

(2) Vyžaduje sa metalografická analýzaSkrutky vysokej pevnosti 12,9-na určenie lomu preťažením, pretože defekty povrchu závitu a defekty materiálu môžu tiež spôsobiť lom závitového úseku a nemožno ich posudzovať len podľa vzhľadu.

Zlomenie spôsobené preťažením sa vyskytuje hlavne v skrutkových spojoch pri axiálnom zaťažení s tromi hlavnými príčinami:

a. Príliš vysoký montážny krútiaci moment spôsobuje, že predpätie prekročí medzu klzu materiálu skrutky, čo má za následok natiahnutie alebo zlomenie skrutky počas montáže.

b. Nadmerné montážne predpätie v blízkosti medze klzu skrutky. Počas prevádzky zariadenia nesie skrutka zvyškové predpätie aj pracovné zaťaženie. Superpozícia dvoch zaťažení prekračujúcich medzu pevnosti materiálu spôsobuje lom preťažením. Pri konštantnom pracovnom zaťažení vedie vyššie montážne predpätie k vyššiemu zvyškovému predpätiu a väčšiemu riziku preťaženia.

c. Nesprávny výber skrutiek s nedostatočným menovitým priemerom závitu, ktorý nespĺňa požiadavky na ložiská v konštrukčnom návrhu.

4 Zlomenie skrutky spôsobené excentrickým zaťažením zostavy

Zlomenie skrutky v dôsledku excentrického zaťaženia je typickou poruchou procesu montáže. Na povrchu podpery skrutiek možno pozorovať zjavné stopy opotrebenia v tvare polmesiaca{1}}, pričom skutočná oblasť podpery predstavuje iba 1/4 až 1/3 celkovej oblasti podpery a značne nerovnomerné rozloženie napätia. Driek skrutky v blízkosti lomu sa ohýba proti smeru napätia, pričom vykazuje typické excentrické ohybové a lomové charakteristiky.

Zlyhanie skrutiek excentrickým zaťažením je spôsobené hlavne dvoma faktormi:

Po prvé, kontaktná oporná plocha spojených častí je naklonená alebo nerovná, čo vedie k lokálnemu namáhaniuhlava skrutkya tvoriace excentrické zaťaženie, ktoré je hlavnou príčinou tohto prípadu poruchy.

Po druhé, nadmerná chyba priamosti alebo ohybová deformácia drieku skrutky spôsobuje inherentné excentrické zaťaženie počas montáže.

Dva typy excentrických zaťažení sa výrazne líšia polohou napätia a smerom ohybu drieku, čo je možné rozlíšiť na základe stôp napätia na povrchu podpery a smeru deformácie skrutky.

5 Záver

Poruchy upevňovacieho prvku, ako je zlomenie, prekĺznutie závitu a uvoľnenie, nie sú vždy spôsobené chybami v kvalite výrobku. Keď dôjde k poruche upevnenia, musia sa dodržať štandardizované postupy odstraňovania problémov:

Najprv úplne zakonzervujte chybné vzorky a chráňte lomové povrchy pred hrdzou, kolíziou a sekundárnym poškodením, aby ste zabezpečili presnú analýzu porúch.

Po druhé, predbežne určte typ poruchy a podnet na základe morfológie lomu, vzhľadu vzorky, stôp povrchového napätia a skutočných pracovných podmienok.

Po tretie, vykonajte profesionálne fyzikálne a chemické testy vrátane metalografickej analýzy a detekcie tvrdosti. Ak indikátory materiálu a tepelného spracovania spĺňajú národné normy, porucha pochádza z konštrukčného návrhu alebo procesu montáže; v opačnom prípade sa to potvrdí ako chyba kvality spojovacieho materiálu.

Po štvrté, formulovať cielené nápravné a preventívne opatrenia podľa potvrdených príčin porúch, štandardizovať konštrukčné špecifikácie a optimalizovať montážne procesy, aby sa zabránilo opakovaniu podobných porúch.