Δομή και ιδιότητες μπουλονιών, βιδών και καρφιών

1. Δομικά χαρακτηριστικά διάφορων συνδετήρων

1.1 Δομή κεφαλής

Οι κύριες λειτουργίες των κεφαλών μπουλονιών και των κεφαλών βιδών είναι η φέρουσα φορτίο και το κλειδί. Οι συνηθισμένοι τύποι κεφαλών περιλαμβάνουν την εξάγωνη κεφαλή, την διπλή εξάγωνη κεφαλή, την κεφαλή με σφήνα, την κεφαλή τηγανιού, την κεφαλή βυθίσματος, την κυλινδρική κεφαλή και άλλες ειδικές κεφαλές. Κάθε δομή αντιστοιχεί σε συγκεκριμένα σενάρια εφαρμογής και απαιτήσεις συναρμολόγησης.

1.2 Δομή κλειδώματος

Οι δομές κλειδώματος των μπουλονιών και των βιδών χωρίζονται σε εξωτερικές δομές κλειδαρίσματος και σε εσωτερικές δομές κλειδαρίσματος. Οι κοινές εξωτερικές μορφές κλειδώματος καλύπτουν την εξάγωνη κεφαλή, την κεφαλή δώδεκα σημείων, την κεφαλή με σφήνα, την κεφαλή δέκα σημείων, την οκτάγωνη κεφαλή, την τετράγωνη κεφαλή και την κεφαλή πενταγώνου, μεταξύ των οποίων η εξάγωνη κεφαλή και η κεφαλή δώδεκα σημείων είναι οι πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες. Οι εσωτερικές δομές κλειδώματος υιοθετούνται κυρίως για περιστρεφόμενες κεφαλές, όπως κεφαλές βυθίσματος, κεφαλές λεκάνης και κυλινδρικές κεφαλές. Οι τυπικοί τύποι εσωτερικών κλειδαριών περιλαμβάνουν τη μονάδα δίσκου με σχισμή, τη μονάδα Phillips, το εσωτερικό εξάγωνο και τον εσωτερικό σφήνα (Torx). Επιπλέον, υπάρχουν πατενταρισμένοι τύποι θυρίδων εξωτερικού: μονάδα Phillips υψηλής ροπής και αυλάκωση υψηλής ροπής.

Υπό κανονικές συνθήκες, οι εξωτερικές δομές κλειδώματος διαθέτουν καλύτερη αντιολισθητική και στρέψη αντίσταση από τις εσωτερικές. Ως εκ τούτου, οι συνδετήρες υψηλής αντοχής υιοθετούν ως επί το πλείστον εξωτερικές δομές κλειδώματος. Ωστόσο, το εξωτερικό κλειδί απαιτεί μεγαλύτερο χώρο συναρμολόγησης και υπόκειται σε περισσότερους περιορισμούς στα περιβάλλοντα εγκατάστασης. Μεταξύ των εσωτερικών τύπων κλειδαριάς, το εσωτερικό εξάγωνο και το εσωτερικό Torx παρέχουν αξιοσημείωτα ανώτερη απόδοση στρέψης και μπορούν να εφαρμοστούν σε συνθήκες εργασίας υψηλής αντοχής. Οι εσωτερικές εξάγωνες οπές σχηματίζονται γενικά από προ-διάτρηση πιλοτικών οπών ακολουθούμενες από διάτρηση με εξαγωνικές διατρήσεις. Τα μεταλλικά υπολείμματα που παράγονται από τη διάτρηση τείνουν να συσσωρεύονται στο κάτω μέρος της οπής και μπορεί να πέσουν κατά τη διάρκεια του σέρβις, δημιουργώντας ξένους ρύπους. Για εφαρμογές με αυστηρό έλεγχο ξένων αντικειμένων, όλα τα υπολείμματα μέσα στις τρύπες πρέπει να καθαρίζονται σχολαστικά.

1.3 Δομή κορμού

ΟμπουλόνιΤο στέλεχος αναφέρεται στο λείο τμήμα χωρίς σπείρωμα. Σύμφωνα με τη διάμετρο του στελέχους, ταξινομείται σε στέλεχος μεγάλης διαμέτρου, στέλεχος με διάμετρο βήματος, κλιμακωτό στέλεχος και μεγεθυσμένο στέλεχος.

Στέλεχος κύριας διαμέτρου (τυποποιημένο στέλεχος): Η ονομαστική του διάμετρος ισούται με την κύρια διάμετρο του νήματος με δύο βαθμούς ανοχής. Οι χαλαρές ανοχές (h12, h14) χρησιμοποιούνται κυρίως για μπουλόνια τάνυσης. Οι σφιχτές ανοχές (f9, f7, r6) ισχύουν για τους κοχλίες διάτμησης.

Στέλεχος διαμέτρου βήματος (λεπτό στέλεχος): Η ονομαστική του διάμετρος προσεγγίζει τη διάμετρο βήματος του νήματος, συνήθως με ανοχή h12 ή χωρίς ειδικές απαιτήσεις ανοχής. Είναι κατάλληλο για μπουλόνια τάνυσης.

Βαθμιδωτό στέλεχος (μέση στέλεχος): Η διάμετρός του είναι μικρότερη ή ίση με τη δευτερεύουσα διάμετρο του σπειρώματος, σχεδιασμένο να μειώνει την ακαμψία του μπουλονιού και να ανακουφίζει τη συγκέντρωση τάσεων στις ρίζες του νήματος.

Μεγαλωμένο στέλεχος (ενισχυμένο στέλεχος): Η διάμετρός του υπερβαίνει την κύρια διάμετρο του νήματος. Μπορεί να σχηματίσει εφαρμογή παρεμβολής με οπές συναρμολόγησης και χρησιμοποιείται συνήθως για τη συντήρηση και την ενίσχυση του εξοπλισμού.

1.4 Δομή νήματος

Οι παράμετροι του νήματος περιλαμβάνουν το πραγματικό μήκος νήματος, την ακρίβεια του νήματος, το προφίλ νήματος, την ακτίνα της ρίζας του νήματος, τη διαρροή του νήματος και την απόσταση των ώμων. Για μπουλόνια της ίδιας τυπικής και ονομαστικής διαμέτρου, το πραγματικό μήκος σπειρώματος είναι σταθερό. Οι αλλαγές στο συνολικό μήκος του μπουλονιού επιτυγχάνονται ρυθμίζοντας το μήκος του λείου στελέχους. Τα νήματα κατηγοριοποιούνται σε μακρύ νήμα, μεσαίο νήμα και κοντό νήμα:

Μακρύ σπείρωμα: Συνδυάζεται με μπουλόνια τάνυσης για να αντέχει μεγάλα φορτία εφελκυσμού.

Κοντό σπείρωμα: Συνδυάζεται με κοχλίες διάτμησης, που βασίζεται στην επιφανειακή επαφή για τοποθέτηση κατά της πτώσης με ελάχιστο φορτίο εφελκυσμού.

Μεσαίο σπείρωμα: Εφαρμόζεται σε μπουλόνια υπό συνδυασμένα φορτία εφελκυσμού και διάτμησης, ικανά να αντέχουν τόσο τάνυση όσο και διάτμηση.

2. Αποκλειστική Δομή Καρφιά

Τα καρφιά δεν έχουν κεφαλές τύπου μπουλονιού και είναι πλήρως βιδωμένα και στα δύο άκρα. Τα νήματα σε δύο άκρα μπορούν να κατασκευαστούν με ίδιες ή διαφορετικές διαμέτρους. Κατά την εγκατάσταση, το ένα άκρο βιδώνεται στο εξάρτημα βάσης για μόνιμη στερέωση με σπάνια αποσυναρμολόγηση. το άλλο άκρο συνδυάζεται με παξιμάδια για επαναλαμβανόμενη συναρμολόγηση και αποσυναρμολόγηση. Για να εξασφαλιστεί η σφιχτή στερέωση του ενσωματωμένου άκρου, υιοθετούνται σπειρώματα προσαρμογής μετάβασης για κλείδωμα παρεμβολών. Τα κλειδιά συγκράτησης και άλλες δομές μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για στερέωση κατά της χαλάρωσης.

3. Συνολικές ιδιότητες τουΜπουλόνια, βίδες και καρφιά

Οι ιδιότητες του συνδετήρα εμπίπτουν σε μηχανικές ιδιότητες και μεταλλουργικές ιδιότητες. Οι μηχανικές ιδιότητες αξιολογούν την ικανότητα των συνδετήρων να αντέχουν διάφορα εξωτερικά φορτία από μακροσκοπική προοπτική, με βασικούς δείκτες που περιλαμβάνουν την ιδιότητα εφελκυσμού, την ιδιότητα διάτμησης και την αντοχή στην κόπωση. Οι μεταλλουργικές ιδιότητες αξιολογούν τη μικροσκοπική ποιότητα των δομών υλικών, καλύπτοντας μεταλλικές γραμμές ροής, μεταλλογραφική δομή και ασυνέχειες υλικού, όπως πορώδες και ρωγμές.

4. Ταξινόμηση βαθμών απόδοσης συνδετήρων

Δύο κύρια τυποποιημένα συστήματα συνδετήρων υιοθετούνται στο εσωτερικό: το εθνικό πρότυπο σύστημα γενικής χρήσης (σύστημα GB) και το σύστημα στερέωσης ειδικά για την αεροδιαστημική. Οι διαφορές στα περιβάλλοντα εξυπηρέτησης και στους τεχνικούς δείκτες οδηγούν σε διακριτούς κανόνες ταξινόμησης για τις μηχανικές ιδιότητες μεταξύ των δύο συστημάτων.

4.1 Βαθμοί απόδοσης σύμφωνα με το Εθνικό Πρότυπο Σύστημα GB

Υπάρχουν 12 τρέχοντα εθνικά πρότυπα που καθορίζουν τις μηχανικές ιδιότητες των συνδετήρων της σειράς μπουλονιών στην Κίνα.

(1) Βαθμοί απόδοσης μπουλονιών, βιδών και καρφιών από ανθρακούχο χάλυβα και κράμα χάλυβα

Εννέα βαθμοί ορίζονται με βάση την αντοχή εφελκυσμού και την αντοχή διαρροής: 4,6, 4,8, 5,6, 5,8, 6,8, 8,8, 9,8, 10,9 και 12,9. Συμβατικά, οι βαθμοί κάτω του 8,8 είναι κατασκευασμένοι από ανθρακούχο χάλυβα, ενώ οι βαθμοί 8,8 και άνω υιοθετούν κράμα χάλυβα με ειδική θερμική επεξεργασία.

Μορφή σήμανσης: Οι κανόνες XY ορίζονται ως εξής:

Ο αριθμός πριν από την υποδιαστολή ισούται με την ονομαστική αντοχή εφελκυσμού (MPa) διαιρούμενο με το 100.

Ο αριθμός μετά την υποδιαστολή ισούται με αναλογία απόδοσης πολλαπλασιασμένο επί 10.

Ονομαστική ισχύς διαρροής=(προϊόν των δύο αριθμών) ÷ 10.

Παράδειγμα: Βίδα 9.8. Το ψηφίο 9 σημαίνει ονομαστική αντοχή εφελκυσμού=9 × 100=900 MPa. το ψηφίο 8 σημαίνει αναλογία απόδοσης=8 ÷ 10=0.8.

(2) Βαθμοί απόδοσης μπουλονιών, βιδών και καρφιών από ανοξείδωτο χάλυβα

Οι συνδετήρες από ανοξείδωτο χάλυβα χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες (ωστενιτικό, μαρτενσιτικό, φερριτικό) και σε εννέα ομάδες υλικών: A1, A2, A3, A4, A5, C1, C3, C4, F1. Σε συνδυασμό με τις διαδικασίες διαμόρφωσης, σχηματίζονται 23 πλήρεις βαθμοί απόδοσης.

Κανόνας σήμανσης: ομάδα υλικών + διψήφιος αριθμός αντοχής. Τα γράμματα αντιπροσωπεύουν κατηγορίες υλικών: A=ωστενιτικός ανοξείδωτος χάλυβας, C=μαρτενσιτικός ανοξείδωτος χάλυβας, F=φερριτικός ανοξείδωτος χάλυβας. Τα δύο ψηφία αντιπροσωπεύουν το ένα δέκατο της τιμής της αντοχής σε εφελκυσμό.

Παραδείγματα: Το A2-70 αναφέρεται στον ωστενιτικό ανοξείδωτο χάλυβα της Ομάδας 2 που σχηματίζεται με ψυχρή κατεργασία με ελάχιστη αντοχή εφελκυσμού 700 MPa. Το C3-80 αναφέρεται στον μαρτενσιτικό ανοξείδωτο χάλυβα της Ομάδας 3 που έχει υποστεί επεξεργασία με σβέση και σκλήρυνση με ελάχιστη αντοχή εφελκυσμού 800 MPa.

(3) Βαθμοί απόδοσης συνδετήρων από μη σιδηρούχα μέταλλα

Τα κοινά μη σιδηρούχα υλικά περιλαμβάνουν το κράμα χαλκού και το κράμα αλουμινίου. Η ταξινόμηση καθορίζεται από την αντοχή σε εφελκυσμό και αυτοί οι συνδετήρες γενικά ταξινομούνται ως τύποι χαμηλής αντοχής. Οι συνδετήρες ίδιας ποιότητας και προδιαγραφών μοιράζονται το ίδιο ελάχιστο φορτίο εφελκυσμού. Οι βαθμοί αντιστοιχούν σε ποιότητες υλικού και δείκτες εφελκυσμού. Τα κράματα χαλκού έχουν επτά ποιότητες: CU1, CU2, CU3, CU4, CU5, CU6, CU7. Τα κράματα αλουμινίου έχουν έξι βαθμούς: AL1, AL2, AL3, AL4, AL5, AL6.

Παράδειγμα: Το CU2 σημαίνει κράμα χαλκού Βαθμού 2 που αντιστοιχεί στον βαθμό H63 με αντοχή εφελκυσμού 370 MPa. Η σήμανση αποτελείται από δύο γράμματα συν ένα ψηφίο. Τα γράμματα αντιστοιχούν σε σύμβολα χημικών στοιχείων (CU για χαλκό Cu, AL για αλουμίνιο Al). Τα ψηφία είναι μόνο σειριακούς αριθμούς, δεν είναι διατεταγμένα σε αύξουσα σειρά αντοχής και ταιριάζουν με σταθερές ποιότητες υλικού και μηχανικές παραμέτρους.

(4) Βαθμοί απόδοσης ρυθμιστικών βιδών

Οι ρυθμιστικές βίδες είναι επίσης συνδετήρες με εξωτερικό σπείρωμα, αλλά υιοθετούν διαφορετικά κριτήρια ταξινόμησης από τα συνηθισμένα μπουλόνια. Ταξινομούνται με βάση τη σκληρότητα και όχι την αντοχή σε εφελκυσμό.

Ανθρακούχο χάλυβα καισετ βίδες από κράμα χάλυβα: τέσσερις βαθμοί, συγκεκριμένα 14Η, 22Η, 33Η, 45Η. Ο αριθμός υποδηλώνει το ένα δέκατο της ελάχιστης σκληρότητας Vickers και το H αντιπροσωπεύει τη σκληρότητα. Για παράδειγμα, 14H σημαίνει την ελάχιστη σκληρότητα Vickers=14 × 10=140 HV.

Σετ βίδες από ανοξείδωτο χάλυβα: χρησιμοποιείται μόνο ωστενιτικός ανοξείδωτος χάλυβας, χωρισμένος σε πέντε ομάδες σύμφωνα με τα μπουλόνια από ανοξείδωτο χάλυβα: A1, A2, A3, A4, A5 με την ίδια χημική σύνθεση. Καθορίζονται δύο βαθμοί σκληρότητας: 12H και 21H. 12Η ισχύει για μαλακές ωστενιτικές βίδες με ελάχιστη σκληρότητα 125 HV. Το 21H ισχύει για σκληρυμένες σκληρυμένες βίδες με ελάχιστη σκληρότητα 210 HV.