Γιατί τα μπουλόνια αποτυγχάνουν στην κόπωση;

Μπορεί να ρωτήσετε: πώς μπορεί ένα μπουλόνι από μέταλλο να υποφέρει από κόπωση; Στην πραγματικότητα, μετά την επεξεργασία του ανθρακούχου χάλυβα σε μπουλόνια, η μακροπρόθεσμη-κυκλική φόρτιση μπορεί να δημιουργήσει συγκεντρώσεις τάσεων σε τοπικές περιοχές, εάν οι αρχικές τεχνικές παράμετροι και οι μηχανικές ιδιότητες δεν πληρούν τις απαιτήσεις. Όταν μια τέτοια τάση φτάσει σε ένα κρίσιμο επίπεδο, θα σχηματιστούν μικροσκοπικές ρωγμές στο μπουλόνι - αυτό είναι μόνο το πρώτο στάδιο της κόπωσης. Καθώς ο αριθμός των κύκλων φόρτωσης αυξάνεται σε ένα ορισμένο επίπεδο, οι ρωγμές διαδίδονται και τελικά οδηγούν σε ξαφνικό κάταγμα. Αυτός είναι ο μηχανισμός και το αποτέλεσμα της αστοχίας κόπωσης μπουλονιών.

Γιατί εμφανίζεται κόπωση σεμπουλόνια από ανθρακούχο χάλυβα? Είναι πιο πιθανό να κουραστούν οι-βίδες μεγαλύτερης αντοχής; Πρώτον, η κόπωση δεν σχετίζεται άμεσα με το επίπεδο αντοχής του μπουλονιού. Τα συνηθισμένα μπουλόνια έχουν χαμηλότερες απαιτήσεις αντοχής και χρησιμοποιούνται σε ήπιες συνθήκες όπου τα φαινόμενα κόπωσης είναι περιορισμένα. Τα μπουλόνια υψηλής- αντοχής, ωστόσο, εφαρμόζονται σε περιβάλλοντα με αυστηρές απαιτήσεις εφελκυσμού, που φυσικά αυξάνουν τον κίνδυνο κόπωσης. Για το λόγο αυτό, οι περισσότερες αστοχίες κόπωσης που συναντάμε στην πράξη συμβαίνουν μπουλόνια υψηλής- αντοχής, αν και αυτό δεν σημαίνει ότι τα συνηθισμένα μπουλόνια δεν κουράζονται ποτέ - απλώς υπόκεινται σε χαμηλότερες απαιτήσεις σέρβις.

Η θεμελιώδης αιτία της κόπωσης των μπουλονιών είναι η επαναλαμβανόμενη αλλαγή της τοπικής τάσης κατά τη διάρκεια της κυκλικής φόρτισης, η οποία προκαλεί σωρευτική ζημιά σε αδύναμα σημεία και τελικά σχηματίζει ρωγμές. Η διαδικασία είναι η εξής: η πίεση πρώτα διαβρώνει τις ευάλωτες περιοχές του μπουλονιού, εμφανίζονται σταδιακά μικρορωγμές, οι ρωγμές μεγαλώνουν με την πάροδο του χρόνου και μόλις φτάσουν σε ένα κρίσιμο μήκος, το μπουλόνι σπάει ξαφνικά. Η μακροπρόθεσμη-ανάλυση δείχνει ότι το άγχος που προκαλεί κόπωση δεν χρειάζεται να είναι μεγάλο. μπορεί ακόμη και να είναι πολύ χαμηλότερη από την αντοχή διαρροής του μπουλονιού. Επομένως, μετά από κάταγμα κόπωσης, η επιφάνεια του κατάγματος συνήθως δεν παρουσιάζει εμφανή παραμόρφωση ή κάμψη που προκαλείται από εξωτερική δύναμη.

Με βάση την παραπάνω ανάλυση, μπορούμε να βελτιώσουμε τη διαδικασία κατασκευής για να ενισχύσουμε την αντίσταση κόπωσης των μπουλονιών. Ρίξτε μια ματιά στο παρακάτω διάγραμμα:

Ενισχυμένο νήμαΤο παραπάνω διάγραμμα δείχνει ένα βελτιστοποιημένο προφίλ νήματος με στρογγυλεμένη ρίζα (R-ακτίνα). Οι ρωγμές κόπωσης εμφανίζονται συνήθως στις ρίζες του σπειρώματος και κάτω από την κεφαλή του μπουλονιού, επομένως η τροποποίηση της βασικής διαδικασίας κατασκευής του νήματος μπορεί να αποτρέψει αποτελεσματικά την κόπωση. Ας το συγκρίνουμε με τα συνηθισμένα νήματα:

Συνηθισμένο νήμαΤο παραπάνω νήμα είναι ένα τυπικό νήμα με αιχμηρές γωνίες στη ρίζα. Τέτοιες δομές ορθής-γωνίας είναι ιδιαίτερα ευαίσθητες στις αλλαγές στρες και επιρρεπείς σε κάταγμα κόπωσης. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η περιοχή κάτω από την κεφαλή του μπουλονιού είναι μια άλλη κρίσιμη θέση για αστοχία κόπωσης, όπως φαίνεται στο διάγραμμα:

Διαδικασία κόπωσης μπουλονιών Χρησιμοποιώντας την ίδια αρχή με την ακτίνα της ρίζας του σπειρώματος, μπορούμε να προσθέσουμε μια ακτίνα φιλέτου κατάλληλου μεγέθους στη διασταύρωση μεταξύ της κεφαλής του μπουλονιού και του στελέχους εντός του επιτρεπόμενου εύρους σχεδιασμού.