Σε βιδωτές συνδέσεις τύπου τάνυσης-, η συνολική αντοχή του συνδέσμου καθορίζεται κυρίως από τη φέρουσα ικανότητα-του ίδιου του μπουλονιού. Η αντοχή του μπουλονιού επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες, συμπεριλαμβανομένων των ιδιοτήτων του υλικού, της δομικής μορφής, των παραμέτρων διαστάσεων, των διαδικασιών κατασκευής και των τεχνικών συναρμολόγησης. Για να βελτιωθεί αποτελεσματικά η φέρουσα ικανότητα, η αντοχή στην κόπωση και η συνολική αξιοπιστία των βιδωτών συνδέσεων, η ενίσχυση της αντοχής μπορεί να επιτευχθεί μέσω της δομικής βελτιστοποίησης, της βελτίωσης της διαδικασίας και της τυποποίησης της συναρμολόγησης. Αυτό το άρθρο εισάγει συστηματικά τα βασικά τεχνικά μέτρα για τη βελτίωση της αντοχής των βιδωτών συνδέσεων.
01 Βελτίωση της κατανομής φορτίου μεταξύ των δοντιών νήματος
Όταν χρησιμοποιούνται τυπικά συνηθισμένα παξιμάδια, το αξονικό φορτίο κατανέμεται άνισα σε κάθε στροφή του σπειρώματος που εμπλέκεται. Ξεκινώντας από την επιφάνεια που φέρει το παξιμάδι, το πρώτο σπείρωμα φέρει το μεγαλύτερο μέρος του φορτίου και το φορτίο σταδιακά μειώνεται στα επόμενα σπειρώματα. Η θεωρητική ανάλυση και η πειραματική επαλήθευση δείχνουν ότι ένας μεγαλύτερος αριθμός εμπλεκόμενων στροφών σπειρώματος οδηγεί σε πιο σοβαρή ανομοιομορφία φορτίου. Τα νήματα πέρα από την 8η έως τη 10η στροφή μετά βίας αντέχουν οποιοδήποτε φορτίο. Επομένως, η απλή αύξηση του πάχους του παξιμαδιού και των στροφών εμπλοκής του σπειρώματος δεν μπορεί να βελτιώσει την αντοχή των βιδωτών συνδέσεων.
Τα αναρτημένα τεντωτικά παξιμάδια μπορούν να βελτιώσουν σημαντικά την κατανομή του φορτίου του σπειρώματος. Το κωνικό αναρτημένο τμήμα του παξιμαδιού και του στελέχους του μπουλονιού υφίστανται σύγχρονη παραμόρφωση εφελκυσμού, μειώνοντας τη διαφορά παραμόρφωσης βήματος μεταξύ τωνπαξιμάδι και μπουλόνι, επιτυγχάνοντας έτσι ομοιόμορφη κατανομή φορτίου σε όλα τα εμπλεκόμενα σπειρώματα. Τα δακτυλιοειδή-παξιμάδια με αυλακώσεις λειτουργούν με παρόμοια αρχή, εξισορροπώντας αποτελεσματικά την πίεση του νήματος, βελτιώνοντας την αποτελεσματικότητα εμπλοκής του νήματος και ενισχύοντας τη συνολική αντοχή σύνδεσης.
02 Αποφυγή και μείωση της πρόσθετης πίεσης κάμψης
Κατά τις διαδικασίες σχεδιασμού, μηχανικής κατεργασίας και συναρμολόγησης, τα μπουλόνια είναι επιρρεπή σε πρόσθετες τάσεις κάμψης που προκαλούνται από δομικά σφάλματα, αποκλίσεις μηχανικής κατεργασίας και μη{0}}μη τυπική εγκατάσταση. Η πρόσθετη τάση κάμψης μειώνει σημαντικά την αντοχή του μπουλονιού σε κόπωση και χρησιμεύει ως κύρια αιτία θραύσης του μπουλονιού, η οποία πρέπει να εξαλειφθεί στις πρακτικές σχεδιασμού και συναρμολόγησης.
Όταν τα μπουλόνια τοποθετούνται σε μη κατεργασμένες τραχιές επιφάνειες χυτών ή σφυρηλάτησης, οι ανομοιόμορφες επιφάνειες επαφής προκαλούν εύκολα έκκεντρη φόρτιση και κάμψη μπουλονιών. Στις μηχανολογικές εφαρμογές, τα κουφώματα και τα καθίσματα αντίθετης οπής υιοθετούνται συνήθως με κοπή ακριβείας για να σχηματίσουν επίπεδες επιφάνειες ρουλεμάν. Αυτό εξασφαλίζει πλήρη εφαρμογή της επιφάνειας, εξαλείφει την εκκεντρικότητα της συναρμολόγησης και αποτρέπει τη δημιουργία πρόσθετης πίεσης κάμψης.
03 Μείωση της συγκέντρωσης δομικής πίεσης
Οι ρίζες του σπειρώματος και η ζώνη μετάβασης μεταξύ κεφαλής μπουλονιού και στελέχους είναι τυπικές περιοχές συγκέντρωσης τάσεων και κρίσιμες θέσεις αστοχίας-. Μεταξύ αυτών των περιοχών, η συγκέντρωση τάσεων στις ρίζες του νήματος έχει τον πιο σημαντικό αντίκτυπο στην αντοχή του μπουλονιού σε κόπωση. Η βελτιστοποίηση της δομικής γεωμετρίας για την ανακούφιση της συγκέντρωσης τάσεων είναι απαραίτητη για την επέκτασημπουλόνικουραστική ζωή.
Τα κοινά μέτρα βελτιστοποίησης περιλαμβάνουν την αύξηση της ακτίνας φιλέτου των ριζών νημάτων για τον μετριασμό των τοπικών κορυφών καταπόνησης, τη μεγέθυνση του μεταβατικού φιλέτου μεταξύ της κεφαλής του μπουλονιού και του στελέχους και τον σχεδιασμό-αυλακώσεων ανακούφισης τάσεων και εγκοπών ανακούφισης σε υψηλές-θέσεις καταπόνησης. Αυτές οι μέθοδοι διασκορπίζουν τη συγκεντρωμένη τάση, μειώνουν τις τιμές μέγιστης τάσης και βελτιώνουν την αντίσταση του μπουλονιού σε θραύση.
04 Μείωση του πλάτους στρες για βελτίωση της απόδοσης κόπωσης
Κάτω από μια σταθερή μέγιστη πίεση εργασίας, ένα μικρότερο εύρος καταπόνησης έχει ως αποτέλεσμα καλύτερη απόδοση κόπωσης και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής κόπωσης. Με σταθερό φορτίο εργασίας και υπολειπόμενη προφόρτιση, η μείωση της ακαμψίας του μπουλονιού ή η αύξηση της ακαμψίας των συνδεδεμένων εξαρτημάτων μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά το πλάτος της τάσης και να ενισχύσει την αντοχή στην κόπωση. Σε τέτοιες περιπτώσεις, η προφόρτιση θα πρέπει να αυξηθεί κατάλληλα για να διασφαλιστεί η αξιοπιστία της σύνδεσης.
Οι συνήθεις μέθοδοι για τη μείωση της ακαμψίας του μπουλονιού περιλαμβάνουν την αύξηση του αποτελεσματικού μήκους του μπουλονιού, τη μέτρια μείωση της διαμέτρου του λείου στελέχους, την υιοθέτηση κοίλων εύκαμπτων δομών μπουλονιών και την εγκατάσταση ελαστικών στοιχείων κάτω από το παξιμάδι για να επιτευχθεί ένα εύκαμπτο αποτέλεσμα μπουλονιού. Τα εύκαμπτα μπουλόνια διαθέτουν μεγάλη ικανότητα παραμόρφωσης και εξαιρετική απορρόφηση ενέργειας, καθιστώντας τα κατάλληλα για συνθήκες εργασίας με κρουστικά φορτία και κραδασμούς.
Για να βελτιωθεί η ακαμψία των συνδεδεμένων εξαρτημάτων, θα πρέπει να αποφεύγονται τα παραμορφώσιμα παρεμβύσματα χαμηλής-ακαμψίας, καθώς η συμπίεση της φλάντζας αυξάνει την ανισότητα ακαμψίας και αυξάνει το πλάτος της τάσης του μπουλονιού. Για συνδέσεις στεγανοποίησης, προτιμώνται οι δακτύλιοι στεγανοποίησης-υψηλής σταθερότητας για τη διατήρηση της συνολικής ακαμψίας της σύνδεσης και τη βελτιστοποίηση της κατανομής της τάσης.
05 Βελτιστοποίηση των διαδικασιών κατασκευής μπουλονιών
Οι διαδικασίες κατασκευής καθορίζουν άμεσα τη μικροδομή της επιφάνειας, την κατάσταση υπολειπόμενης τάσης και την απόδοση κόπωσης των μπουλονιών, ειδικά γιαμπουλόνια από χάλυβα υψηλής- αντοχής. Η έλαση νήματος εισάγει τη σκλήρυνση της επιφάνειας, σχηματίζει συνεχείς και ανέπαφες μεταλλικές γραμμές ροής και δημιουργεί ευεργετική υπολειμματική πίεση στην επιφάνεια του νήματος. Τα νήματα σε έλαση παρουσιάζουν σημαντικά υψηλότερη αντοχή σε κόπωση σε σύγκριση με τα συμβατικά γυρισμένα νήματα.
Επιπλέον, οι επεξεργασίες ενίσχυσης της επιφάνειας, όπως η νιτροποίηση του άνθρακα, η νιτρίωση και το ξεφλούδισμα μπορούν να βελτιώσουν τις μικροδομές της επιφάνειας, να εξαλείψουν τα μικροελαττώματα της επιφάνειας και να εισαγάγουν ομοιόμορφη υπολειμματική θλιπτική τάση. Αυτές οι επεξεργασίες αναστέλλουν την έναρξη και τη διάδοση ρωγμών κόπωσης και βελτιώνουν σημαντικά την αντοχή σε κόπωση και τη συνολική απόδοση των μπουλονιών που φέρουν-το φορτίο.
