Metode pentru îmbunătățirea rezistenței conexiunilor cu șuruburi

În conexiunile cu șuruburi de tip tensionare, rezistența totală a îmbinării este determinată în principal de capacitatea portantă a șurubului în sine. Rezistența șuruburilor este afectată de mai mulți factori, inclusiv proprietățile materialului, forma structurală, parametrii dimensionali, procesele de fabricație și tehnicile de asamblare. Pentru a îmbunătăți în mod eficient capacitatea portantă, rezistența la oboseală și fiabilitatea generală a conexiunilor cu șuruburi, îmbunătățirea rezistenței poate fi obținută prin optimizarea structurală, îmbunătățirea procesului și standardizarea asamblarii. Acest articol introduce în mod sistematic măsurile tehnice cheie pentru îmbunătățirea rezistenței conexiunilor cu șuruburi.

01 Îmbunătățirea distribuției sarcinii între dinții filetului

Când sunt utilizate piulițe obișnuite standard, sarcina axială este distribuită neuniform între fiecare tură de filet angajată. Pornind de la suprafața de sprijin a piuliței, primul filet poartă cea mai mare parte a sarcinii, iar sarcina scade treptat pe filetele ulterioare. Analiza teoretică și verificarea experimentală arată că un număr mai mare de spire de filet angajate duce la denivelări mai severe ale sarcinii. Firele dincolo de a 8-a până la a 10-a spire abia suportă nicio sarcină. Prin urmare, pur și simplu creșterea grosimii piuliței și a spirelor de angrenare a filetului nu poate îmbunătăți rezistența conexiunilor cu șuruburi.

Piulițele de tensionare suspendate pot îmbunătăți semnificativ distribuția sarcinii filetului. Secțiunea conică suspendată a piuliței și tija șurubului suferă o deformare la tracțiune sincronă, reducând diferența de deformare a pasului dintrepiuliță și șurub, obținând astfel o distribuție uniformă a sarcinii pe toate filetele angrenate. Piulițele cu caneluri inelare funcționează pe un principiu similar, egalând eficient tensiunea filetului, îmbunătățind eficiența angajării filetului și sporind rezistența generală a conexiunii.

02 Evitarea și reducerea tensiunii suplimentare de îndoire

În procesele de proiectare, prelucrare și asamblare, șuruburile sunt predispuse la solicitări suplimentare de încovoiere cauzate de erori structurale, abateri de prelucrare și instalare nestandard. Tensiunea suplimentară la încovoiere deteriorează foarte mult rezistența la oboseală a șuruburilor și servește ca o cauză majoră a ruperii șuruburilor, care trebuie eliminată în practicile de proiectare și asamblare.

Când șuruburile sunt instalate pe suprafețe brute neprelucrate ale pieselor turnate sau forjate, suprafețele de contact neuniforme provoacă cu ușurință încărcări excentrice și îndoirea șuruburilor. În aplicațiile de inginerie, bofurile și scaunele de lagăr sunt în mod obișnuit adoptate cu tăiere de precizie pentru a forma suprafețe plate de lagăr. Acest lucru asigură montarea completă a suprafeței, elimină excentricitatea asamblarii și previne generarea unei tensiuni suplimentare de încovoiere.

03 Reducerea concentrației stresului structural

Rădăcinile filetului și zona de tranziție dintre capul șurubului și tija sunt regiuni tipice de concentrare a tensiunilor și poziții critice predispuse la defecțiuni. Dintre aceste zone, concentrarea tensiunilor la rădăcinile filetului are cel mai semnificativ impact asupra rezistenței la oboseala șuruburilor. Optimizarea geometriei structurale pentru a reduce concentrația de tensiuni este esențială pentru extindereșurubviata de oboseala.

Măsurile obișnuite de optimizare includ creșterea razei filetului rădăcinilor filetului pentru a atenua vârfurile locale de tensiune, mărirea filetului de tranziție între capul șurubului și tijă și proiectarea canelurilor de detensionare și a crestăturilor de degajare în poziții cu solicitare ridicată. Aceste metode dispersează tensiunile concentrate, reduc valorile de vârf ale tensiunii și îmbunătățesc rezistența la rupere a șurubului.

04 Reducerea amplitudinii stresului pentru a îmbunătăți performanța la oboseală

Sub un stres de lucru maxim constant, o amplitudine mai mică a tensiunii are ca rezultat o performanță mai bună la oboseală și o durată de viață mai lungă la oboseală. Cu sarcina de lucru constantă și preîncărcare reziduală, reducerea rigidității șuruburilor sau creșterea rigidității componentelor conectate poate reduce în mod eficient amplitudinea tensiunii și poate crește rezistența la oboseală. În astfel de cazuri, preîncărcarea trebuie mărită în mod corespunzător pentru a asigura fiabilitatea conexiunii.

Metodele obișnuite pentru reducerea rigidității șurubului includ creșterea lungimii efective a șurubului, reducerea moderată a diametrului tijei netede, adoptarea structurilor șuruburilor flexibile goale și instalarea de elemente elastice sub piuliță pentru a obține un efect de șurub flexibil. Șuruburile flexibile au o capacitate mare de deformare și o absorbție excelentă a energiei, făcându-le potrivite pentru condiții de lucru cu sarcini de impact și vibrații.

Pentru a îmbunătăți rigiditatea componentelor conectate, garniturile deformabile cu rigiditate scăzută ar trebui evitate, deoarece compresia garniturii crește disparitatea de rigiditate și crește amplitudinea tensiunii bolțului. Pentru conexiunile de etanșare, inelele de etanșare de înaltă stabilitate sunt preferate pentru a menține rigiditatea generală a conexiunii și pentru a optimiza distribuția tensiunilor.

05 Optimizarea proceselor de fabricație a șuruburilor

Procesele de fabricație determină direct microstructura suprafeței, starea de tensiune reziduală și performanța la oboseală a șuruburilor, în special pentrușuruburi din oțel de înaltă rezistență. Laminarea filetului introduce întărirea la suprafață, formează linii de curgere de metal continue și intacte și generează tensiuni reziduale de compresiune benefice pe suprafața filetului. Firele laminate prezintă o rezistență la oboseală substanțial mai mare în comparație cu firele turnate convențional.

În plus, tratamentele de întărire a suprafeței, cum ar fi carbonitrurarea, nitrurarea și peeningul prin shot-peening pot rafina microstructurile de suprafață, pot elimina microdefectele de suprafață și pot introduce tensiuni de compresiune reziduale uniforme. Aceste tratamente inhibă inițierea și propagarea fisurilor de oboseală și îmbunătățesc semnificativ rezistența la oboseală și performanța generală portantă a șuruburilor.