Ο μηχανολογικός εξοπλισμός και οι μεταλλικές κατασκευές συναρμολογούνται από διάφορα εξαρτήματα, τα περισσότερα από τα οποία συνδέονται σταθερά με συνδετήρες με σπείρωμα. Η αστοχία των συνδετήρων με σπείρωμα οδηγεί άμεσα σε δυσλειτουργία του εξοπλισμού. Σε σοβαρές περιπτώσεις, μπορεί να προκαλέσει διακοπή λειτουργίας του εξοπλισμού, δομική κατάρρευση και ακόμη και ατυχήματα προσωπικών τραυματισμών.

Δεδομένης της υψηλής συχνότητας και των σοβαρών κινδύνων αστοχίας συνδετήρων, οι τεχνικοί πρέπει να αναλύουν συστηματικά τους παράγοντες πρόκλησης και να διαμορφώνουν στοχευμένα μέτρα διόρθωσης και πρόληψης για την ουσιαστική εξάλειψη των αστοχιών στερέωσης.

Οι βλάβες των συνδετήρων χωρίζονται κυρίως σε δύο κατηγορίες. Η πρώτη κατηγορία είναι η αστοχία θραύσης μπουλονιών, η οποία προκαλεί στιγμιαίο διαχωρισμό των συνδεδεμένων κατασκευών και συνήθως οδηγεί σε σοβαρά σφάλματα εξοπλισμού και ατυχήματα ασφαλείας. Η δεύτερη κατηγορία περιλαμβάνει τη χαλάρωση ζευγών νημάτων και την ολίσθηση του νήματοςμπουλόνια ή παξιμάδια, η οποία προκαλεί μικροσκοπική σχετική μετατόπιση μεταξύ των συνδεδεμένων εξαρτημάτων και οδηγεί σε μερική δυσλειτουργία του εξοπλισμού και μειωμένη ακρίβεια λειτουργίας.

Η αστοχία του συνδετήρα είναι μια προοδευτική διαδικασία. Μικρό χαλάρωση χωρίς έγκαιρη επεξεργασία θα συνεχίσει να επιδεινώνεται και τελικά θα προκαλέσει τον πλήρη διαχωρισμό των μπουλονιών και των παξιμαδιών, προκαλώντας μεγάλα ατυχήματα ασφαλείας. Σε πρακτικές εφαρμογές, το μεγαλύτερο μέρος του προσωπικού παρεξηγεί ότι η θραύση του μπουλονιού προκαλείται αποκλειστικά από ελαττώματα υλικού και χαλάρωση παξιμαδιών από κακή ποιότητα παξιμαδιών, ενώ αγνοεί τα βασικά προβλήματα όπως η παράλογη δομική σχεδίαση και οι μη τυπικές διαδικασίες συναρμολόγησης. Αυτή η εργασία αναλύει συστηματικά τα αίτια των διαφόρων αστοχιών θραύσης μπουλονιών από την οπτική γωνία του σχεδιασμού και της συναρμολόγησης.

1 Διατμητικό κάταγμα

Η διάτμηση του μπουλονιού εμφανίζεται κυρίως σε συνδέσεις με σπείρωμα υπό καθαρή προφόρτιση. Η επιφάνεια θραύσης διάτμησης βρίσκεται στη διεπιφάνεια άρθρωσης δύο συνδεδεμένων τμημάτων, παρουσιάζοντας μια μικρή λεία και φωτεινή περιοχή διάτμησης. Οι συγκεκριμένες αιτίες αστοχίας συνοψίζονται ως εξής.

1.1 Αιτίες σχεδιασμού

(1) Ο ανεπαρκής συντελεστής τριβής στη διεπαφή της άρθρωσης ή οι εσφαλμένα επιλεγμένες προδιαγραφές μπουλονιών οδηγούν σε ανεπαρκή προφόρτιση. Όταν η δύναμη τριβής στην επιφάνεια της άρθρωσης είναι μικρότερη από το εγκάρσιο φορτίο εργασίας, που εκφράζεται με τον τύπο fF'＜F (όπου f είναι ο συντελεστής τριβής διεπαφής, F' είναι η προφόρτιση του μπουλονιού και F είναι το εγκάρσιο φορτίο εργασίας), εμφανίζεται σχετική ολίσθηση μεταξύ των συνδεδεμένων εξαρτημάτων. Το στέλεχος του μπουλονιού υπόκειται σε εξώθηση και δύναμη διάτμησης από το τοίχωμα της οπής. Μόλις η διατμητική τάση υπερβεί τη διατμητική αντοχή του υλικού του μπουλονιού, λαμβάνει χώρα διάτμηση. Τα κινούμενα εξαρτήματα υπό κρουστικά φορτία είναι πιο επιρρεπή σε τέτοια αστοχία. Στον δομικό σχεδιασμό, τα μέρη μείωσης του φορτίου και οι ώμοι τοποθέτησης μπορούν να υιοθετηθούν για να αντέχουν εγκάρσια φορτία, έτσι ώστε οι κοχλίες να αναλαμβάνουν μόνο εφελκυστική σύνδεση χωρίς να φέρουν δύναμη διάτμησης.

(2) Οι συνδετήρες χωρίς δομές κατά της χαλάρωσης εφαρμόζονται σε συνθήκες δόνησης. Η μακροχρόνια δόνηση του εξοπλισμού χαλαρώνει το ζεύγος σπειρώματος και μειώνει την προφόρτιση του μπουλονιού, με αποτέλεσμα την ανεπαρκή τριβή της διεπαφής και περαιτέρω ολίσθηση εξαρτημάτων και θραύση διάτμησης μπουλονιού. Για κατασκευές που λειτουργούν σε περιβάλλοντα κραδασμών, θα πρέπει να υιοθετηθούν ειδικοί συνδετήρες κατά της χαλάρωσης όπως τα παξιμάδια Spiralock και τα παξιμάδια ασφάλισης επικρατούσας ροπής για την αποφυγή αστοχίας χαλάρωσης.

1.2 Αιτίες συναρμολόγησης

Η ανεπαρκής ροπή σύσφιξης του συγκροτήματος οδηγεί σε υποτυπώδη προφόρτιση μπουλονιών και ανεπαρκή τριβή διεπαφής. Τα εξωτερικά φορτία προκαλούν σχετική ολίσθηση των εξαρτημάτων και τελικά έχουν ως αποτέλεσμα τη διάτμηση του μπουλονιού. Η ροπή σύσφιξης των μπουλονιών είναι ένας κρίσιμος δείκτης διεργασίας στη μηχανική των μεταλλικών κατασκευών και στη συναρμολόγηση του κινητήρα και απαιτεί αυστηρό έλεγχο. Ωστόσο, συχνά παραμελείται σε άλλες βιομηχανίες λόγω της έλλειψης τυποποιημένης διαχείρισης ροπής. Σε πρακτικές περιπτώσεις αστοχίας, τα περισσότερα σφάλματα χαλάρωσης και θραύσης του σπειρώματος προκαλούνται από ακατάλληλη ροπή συναρμολόγησης.

Η δύναμη σύσφιξης ενός ζεύγους σπειρωμάτων δημιουργείται από περιστρεφόμενα παξιμάδια ή μπουλόνια και συσχετίζεται θετικά με τη ροπή συναρμολόγησης. Για να διασφαλιστεί ότι η προφόρτιση πληροί τις απαιτήσεις σχεδιασμού, η ροπή συναρμολόγησης πρέπει να προσδιορίζεται σαφώς στα έγγραφα διεργασίας και να εφαρμόζεται αυστηρά κατά τη λειτουργία. Ο τύπος υπολογισμού της ροπής συναρμολόγησης έχει ως εξής:

M=KPD

Όπου: M - Ροπή συναρμολόγησης (Nm); K - Συντελεστής ροπής; P - Σχεδιασμένη προφόρτιση (kN); D - Ονομαστική διάμετρος μπουλονιού (mm).

Στη συμβατική σχεδίαση, η προφόρτιση του μπουλονιού ρυθμίζεται εντός του 60% έως 80% της αντοχής διαρροής του υλικού με συντελεστή ασφαλείας πάνω από 1,2. Το φορτίο διαρροής των μπουλονιών με διαφορετικές προδιαγραφές και βαθμούς αντοχής μπορεί να αναφέρεται στο GB/T 3098.1.

Ο συντελεστής ροπής καθορίζεται από τον συντελεστή τριβής των ζευγών νημάτων και την επιφάνεια επαφής μεταξύσυνδετήρες και συνδεδεμένα μέρη. Επηρεάζεται από την επιφανειακή επεξεργασία, την ακρίβεια αντοχής, τη γεωμετρική ανοχή, την ακρίβεια του νήματος, την τραχύτητα της επιφάνειας στήριξης και τη δομική ακαμψία. Η επιφανειακή επεξεργασία χρησιμεύει ως ο κυρίαρχος παράγοντας. Οι διαφορετικές επιφανειακές επεξεργασίες οδηγούν σε μεγάλες διαφορές στον συντελεστή ροπής, έως και σχεδόν διπλάσιο. Για ζεύγη νημάτων με τις ίδιες προδιαγραφές και αντοχή, ο συντελεστής ροπής της επεξεργασίας φωσφοροποίησης είναι περίπου 0,13 έως 0,15, ενώ αυτός της επεξεργασίας μαυρίσματος κυμαίνεται από 0,26 έως 0,30.

Επομένως, οι συνδετήρες με επεξεργασίες φωσφοροποίησης και μαύρης παράγουν σχεδόν διπλάσια διαφορά προφόρτισης υπό την ίδια ροπή συναρμολόγησης. Ο συντελεστής ροπής πρέπει να βαθμονομηθεί μέσω πειραμάτων. Οι κατασκευαστές συνδετήρων θα ελέγχουν αυστηρά τις διαδικασίες επεξεργασίας επιφάνειας για να διασφαλίζουν σταθερούς συντελεστές ροπής σε κάθε παρτίδα. Οι χρήστες δεν πρέπει να αλλάζουν αυθαίρετα τις απαιτήσεις επεξεργασίας επιφάνειας, ώστε να αποφευχθεί η ανεπαρκής προφόρτιση, το τέντωμα του μπουλονιού ή η θραύση που προκαλείται από διακύμανση του συντελεστή ροπής.

2 Κάταγμα κόπωσης

Το κάταγμα κόπωσης είναι ένας από τους πιο συνηθισμένους τρόπους αστοχίας μπουλονιών. Οι περισσότερες αστοχίες κόπωσης οφείλονται σε κατασκευαστικά ελαττώματα, συμπεριλαμβανομένων των μη ομαλών φιλετών μετάβασης κάτω από τις κεφαλές των μπουλονιών, της ανεπαρκούς ακτίνας του φιλέτου της ρίζας του νήματος, των επιφανειακών γρατσουνιών και των εγκλεισμάτων υλικών. Εν τω μεταξύ, η μη τυπική συναρμολόγηση είναι επίσης ένα σημαντικό κίνητρο για κάταγμα κόπωσης και πιθανά ατυχήματα ασφαλείας.

Λαμβάνοντας ως παράδειγμα τα μπουλόνια τροχών αυτοκινήτου, ο δομικός σχεδιασμός επιτρέπει στα μπουλόνια των τροχών να φέρουν μόνο αξονική προφόρτιση χωρίς άμεσο ακτινικό φορτίο. Η ανεπαρκής ροπή συναρμολόγησης οδηγεί σε ανεπαρκή προφόρτιση και ανεπαρκή τριβή μεταξύ της πλήμνης του τροχού και του μισού άξονα, προκαλώντας σχετική ολίσθηση κατά τη λειτουργία του οχήματος.

Κατά την περιστροφή του τροχού υψηλής ταχύτητας, το μπουλόνι περιστρέφεται περιοδικά με την πλήμνη. Το στέλεχος του μπουλονιού υπόκειται σε εναλλασσόμενη δύναμη εξώθησης και από τις δύο πλευρές του τοιχώματος της οπής, με αποτέλεσμα κυκλικά ακτινικά φορτία υψηλής συχνότητας. Η μακροχρόνια δράση κυκλικού φορτίου ξεκινά και διευρύνει τις ρωγμές κόπωσης, οδηγώντας τελικά σε θραύση κόπωσης μπουλονιών.

Όταν συμβεί κάταγμα του μπουλονιού του τροχού μετά τη λειτουργία του οχήματος, οι επιθεωρητές πρέπει πρώτα να παρατηρήσουν τη μορφολογία του σπασίματος για να κρίνουν προκαταρκτικά την αστοχία κόπωσης πριν από τη διεξαγωγή περαιτέρω εις βάθος ανάλυσης.

3 Κάταγμα υπερφόρτωσης

Η θραύση υπερφόρτωσης αναφέρεται σε θραύση εφελκυσμού όταν το συνολικό αξονικό φορτίο υπερβαίνει το επιτρεπόμενο όριο του υλικού του μπουλονιού. Δεδομένου ότι η αποτελεσματική περιοχή έδρασης του τμήματος με σπείρωμα είναι μικρότερη από αυτή του λείου στελέχους με πιο σοβαρή συγκέντρωση τάσης, η θραύση υπερφόρτωσης εμφανίζεται κυρίως στο τμήμα με σπείρωμα, το οποίο μπορεί να αναγνωριστεί προκαταρκτικά από τη μορφολογία θραύσης.

Οι βίδες βαθμού 8.8 εμφανίζουν εμφανή λαιμό μετά από κάταγμα υπερφόρτωσης. Οι βίδες βαθμού 10.9 παρουσιάζουν ελαφρύ λαιμό. Τα μπουλόνια υψηλής αντοχής βαθμού 12.9 βασικά δεν έχουν χαρακτηριστικά λαιμού υπό κανονικές συνθήκες υπερφόρτωσης.

Προφανής λαιμός μπορεί επίσης να εμφανιστεί σε μπουλόνια βαθμίδας 8,8 έως 12,9 με ακατάλληλα υλικά, ανεπαρκή θερμική επεξεργασία, ατελές σβήσιμο ή ανεπαρκή σκληρότητα πυρήνα. Επομένως, τα κριτήρια κρίσης για τη θραύση υπερφόρτωσης προσδιορίζονται ως εξής:

(1) Για κατάγματα με λαιμό, η δειγματοληπτική δοκιμή πρέπει να διεξάγεται σύμφωνα με το GB/T 3098.1. Το κάταγμα υπερφόρτωσης μπορεί να επιβεβαιωθεί εάν η σκληρότητα του πυρήνα είναι κατάλληλη.

(2) Απαιτείται μεταλλογραφική ανάλυση γιαΒίδες υψηλής αντοχής βαθμού 12.9για τον προσδιορισμό της θραύσης υπερφόρτωσης, επειδή τα ελαττώματα της επιφάνειας του νήματος και τα ελαττώματα υλικού μπορεί επίσης να προκαλέσουν θραύση του τμήματος σπειρώματος και δεν μπορούν να κριθούν μόνο από την εμφάνιση.

Η θραύση υπερφόρτωσης εμφανίζεται κυρίως σε συνδέσεις μπουλονιών υπό αξονικά φορτία, με τρεις κύριες αιτίες:

ένα. Η υπερβολικά υψηλή ροπή συναρμολόγησης προκαλεί την προφόρτιση να υπερβαίνει την αντοχή διαρροής του υλικού του μπουλονιού, με αποτέλεσμα το τέντωμα του μπουλονιού ή το σπάσιμο κατά τη συναρμολόγηση.

σι. Υπερβολική προφόρτιση συναρμολόγησης κοντά στην αντοχή διαρροής του μπουλονιού. Κατά τη λειτουργία του εξοπλισμού, το μπουλόνι φέρει τόσο την υπολειπόμενη προφόρτιση όσο και το φορτίο εργασίας. Η υπέρθεση των δύο φορτίων που υπερβαίνουν το όριο αντοχής υλικού προκαλεί θραύση υπερφόρτωσης. Υπό σταθερό φορτίο εργασίας, η υψηλότερη προφόρτιση συναρμολόγησης οδηγεί σε υψηλότερη υπολειπόμενη προφόρτιση και μεγαλύτερο κίνδυνο υπερφόρτωσης.

ντο. Λανθασμένη επιλογή μπουλονιών με ανεπαρκή ονομαστική διάμετρο σπειρώματος που δεν πληροί τις απαιτήσεις ρουλεμάν στο δομικό σχεδιασμό.

4 Θραύση μπουλονιού που προκαλείται από έκκεντρο φορτίο συναρμολόγησης

Η θραύση του μπουλονιού λόγω έκκεντρου φορτίου είναι μια τυπική αποτυχία της διαδικασίας συναρμολόγησης. Μπορούν να παρατηρηθούν εμφανή σημάδια φθοράς σε σχήμα μισοφέγγαρου στην επιφάνεια στήριξης του μπουλονιού, με την πραγματική περιοχή έδρασης να αντιπροσωπεύει μόνο το 1/4 έως 1/3 της συνολικής επιφάνειας στήριξης και την εξαιρετικά ανομοιόμορφη κατανομή της τάσης. Το στέλεχος του μπουλονιού κοντά στη θραύση κάμπτεται αντίθετα από την κατεύθυνση της τάσης, δείχνοντας τυπικά χαρακτηριστικά έκκεντρης κάμψης και θραύσης.

Η αστοχία έκκεντρου φορτίου των μπουλονιών προκαλείται κυρίως από δύο παράγοντες:

Πρώτον, η επιφάνεια στήριξης επαφής των συνδεδεμένων εξαρτημάτων είναι κεκλιμένη ή ανομοιόμορφη, με αποτέλεσμα τοπική πίεση στοκεφαλή μπουλονιούκαι σχηματισμός έκκεντρου φορτίου, που είναι η κύρια αιτία αυτής της περίπτωσης αστοχίας.

Δεύτερον, το υπερβολικό σφάλμα ευθύτητας ή η παραμόρφωση κάμψης του στελέχους του μπουλονιού προκαλεί εγγενές έκκεντρο φορτίο κατά τη συναρμολόγηση.

Οι δύο τύποι έκκεντρων φορτίων διαφέρουν σημαντικά ως προς τη θέση τάσης και την κατεύθυνση κάμψης του στελέχους, η οποία μπορεί να διακριθεί μέσω των ιχνών επιφανειακής τάσης στήριξης και της κατεύθυνσης παραμόρφωσης του μπουλονιού.

5 Συμπέρασμα

Βλάβες συνδετήρων, όπως θραύση, ολίσθηση και χαλάρωση του σπειρώματος δεν προκαλούνται πάντα από εγγενή ελαττώματα ποιότητας του προϊόντος. Θα ακολουθούνται τυποποιημένες διαδικασίες αντιμετώπισης προβλημάτων μόλις παρουσιαστεί αστοχία στερέωσης:

Πρώτον, διατηρήστε τελείως τα αποτυχημένα δείγματα και προστατέψτε τις επιφάνειες κατάγματος από σκουριά, σύγκρουση και δευτερεύουσες ζημιές για να διασφαλίσετε την ακριβή ανάλυση αστοχίας.

Δεύτερον, προσδιορίστε προκαταρκτικά τον τύπο αστοχίας και το κίνητρο με βάση τη μορφολογία του κατάγματος, την εμφάνιση του δείγματος, τα ίχνη επιφανειακής τάσης και τις πραγματικές συνθήκες εργασίας.

Τρίτον, πραγματοποιήστε επαγγελματικές φυσικές και χημικές δοκιμές, συμπεριλαμβανομένων μεταλλογραφικών αναλύσεων και ανίχνευσης σκληρότητας. Εάν οι δείκτες υλικών και θερμικής επεξεργασίας πληρούν τα εθνικά πρότυπα, η αστοχία προέρχεται από τη δομική σχεδίαση ή τη διαδικασία συναρμολόγησης. Διαφορετικά, επιβεβαιώνεται ως ελάττωμα ποιότητας συνδετήρα.

Τέταρτον, διαμορφώστε στοχευμένα μέτρα διόρθωσης και πρόληψης σύμφωνα με τις επιβεβαιωμένες αιτίες αστοχίας, τυποποιήστε τις προδιαγραφές σχεδιασμού και βελτιστοποιήστε τις διαδικασίες συναρμολόγησης για να αποφύγετε την επανάληψη παρόμοιων αστοχιών.