Болти є вибором кріплення у багатьох галузях промисловості та застосування з тієї простої причини, що їх легко зняти. Однак це також робить їх вразливими до самоослаблення та втрати попереднього навантаження.

Залежно від застосування, послаблення болтів може мати глибокі наслідки. Ослаблений болт може зупинити весь виробничий завод і коштувати компанії тисячі доларів, тоді як в інших випадках вільні болти можуть становити значну небезпеку для безпеки. То які основні причини ослаблення болтів? Взагалі кажучи, є дві основні причини: мимовільне розпушення та розпушення.

гвинти

"Основні причини та наслідки поломки залежать від призначення болтових з'єднань, навколишнього середовища та промисловості загалом", - говорить Георг Дінгер, Siegenia-Aubi KG, який вивчав причини та наслідки самозатягуючих болтів. .

«Наприклад, нафтохімічна промисловість має справу в основному з проблемами корозії, тоді як втома та послаблення від вібрацій часто незначні. З іншого боку, автомобільна промисловість, швидше за все, розглядатиме самонастроювання та корозію як перші дві проблеми. Основними проблемами промисловості сталевих конструкцій є ковзання суглобів та корозія, але послаблення та витоки рідше. Аерокосмічна промисловість, напевно, стоїть на першому місці втому «.

"Повторні відносні переміщення між контактними поверхнями під впливом крутного моменту штока, що виникають внаслідок крутного моменту кроку різьби, можуть призвести до поступового обертання болта або гайки", - продовжує Дінгер. «Це спричиняє втрату попереднього навантаження та, відповідно, втрату функції болтового з'єднання. Ефект добре відомий, але профілактика, як правило, проводиться експериментально лише після виникнення подій саморозпушення «.

Основні причини ослаблення болтів:

Мимовільне ослаблення болта: удар, вібрація, динамічне навантаження
Звільнення - осідання, повзання, розслаблення

Щоб уникнути мимовільного розхитування, ковзання між частинами, що з'єднуються, необхідно усунути або, принаймні, зменшити до рівня нижче критичного. Цього можна досягти або збільшенням осьового напруження, збільшенням тертя між затиснутими деталями, або зменшенням циклічного навантаження, наприклад удару, вібрації або циклічного теплового навантаження.

Іншим поширеним методом є збільшення тертя між різьбами болтів. Для цього існує кілька рішень, і хоча деякі з них ефективні, вони мають і свої мінуси. Клей або клеї можуть бути ефективним методом, заснованим на терті, але сухий клей може бути проблематичним, коли справа доходить до демонтажу та зняття болта. Крім того, збільшення тертя між різьбами зменшило б попереднє навантаження, досяжне при певному рівні крутного моменту. Кабельний замок є поширеним методом в авіаційній промисловості.

Втома - це постійне пошкодження або деформація болта та закріплених деталей. Це викликано втратою попереднього навантаження, що призводить до розкриття суглоба. Існує два основних механізми втрати попереднього навантаження: мимовільне розпушення та розпушення.

Мимовільне послаблення або самоослаблення при обертанні - це, по суті, коли болт вільно обертається через удари, вібрацію або динамічні навантаження. Навіть невеликого обертання може бути достатньо, щоб болтове з'єднання втратило всю попередню навантаження. Це найпоширеніша причина ослаблення болтів. Розпушення зумовлене трьома механізмами: осідання, повзання та розслаблення.

Зазор має вирішальне значення, коли він виникає внаслідок динамічних навантажень. Це постійна деформація скріпленого матеріалу, коли стик піддається підвищеному напруженню внаслідок динамічних навантажень, пояснює Харлен Сеов, технічний менеджер групи Nord-Lock. «Більшість частин болтового з'єднання після випуску будуть переформуватися, якщо напруга на деталях не перевищує їх експлуатаційні характеристики. Деякі матеріали на контактній поверхні, такі як фарба, можливо, будуть постійно деформуватися », - говорить він.

Якщо матеріал осіде, навіть на кілька мікрометрів, розтягнення болта зменшиться і призведе до втрати попереднього навантаження.

Деформація - це постійна деформація, яка виникає внаслідок тривалого впливу високих рівнів напруги нижче міцності матеріалів у з’єднанні. Це важче в умовах високих температур.

Релаксація - це коли мікроструктура в матеріалах суглоба реструктурується, перетворюючи існуючу пружну деформацію в пластичну деформацію протягом певного періоду. На відміну від осідання або повзучості, довжина затискача не змінюється, що ускладнює його виявлення. "Один із способів виміряти втрату попереднього навантаження - це виміряти довжину болта після певного періоду експлуатації та порівняти його з довжиною болта відразу після затягування", - додає Соув. "Однак це не виявить розслаблення, що робить його більш проблематичним".

Ключем до запобігання втоми є хороша конструкція, яка в останні роки набуває все більшої важливості завдяки збільшенню попиту на багато болтових з'єднань та збільшенню використання легких матеріалів. Важливо зосередити увагу не лише на розтяжній здатності болтів, тому не враховуються й інші параметри, такі як еластичність і жорсткість, що також може бути важливим.

"Правильна конструкція прокладок є ключем до досягнення високоміцного зчеплення зчеплення з тертям з високим рівнем попереднього навантаження і, отже, високим опором ковзанню протягом усього життя", - говорить Дінгер. «До цього часу увага інженерів-конструкторів зосереджувалась на відмовах з поломкою болтів. Інші механізми відмов стають все більш важливими, оскільки продуктивність зростає і вага суглоба зменшується. "Механізми розслаблення та попереднього навантаження стають все більш поширеними у легких конструкціях".

Залежно від болта та застосування та причини втрати попереднього навантаження, як правило, існує безліч варіантів проектування більш оптимальних болтових з'єднань.

"У випадках, коли існує теплове навантаження, з'єднання можна оптимізувати, вибираючи матеріали з однаковим коефіцієнтом теплового розширення для затискуваних деталей", - говорить Дінгер. “Щоб мінімізувати осідання та підтримувати високу попередню навантаження під час роботи, це може зменшити шорсткість між контактними поверхнями. Такі вимірювання, як діаметр дрібних отворів або зубчасті поверхні, можуть допомогти мінімізувати відносне зміщення «.

«Загалом, - каже Соув, - хороший болтовий шарнір складається з дуже еластичних болтів і дуже жорстких затискачів, і цього можна досягти різними способами. Одним із способів еластичного вдосконалення болта є наявність довгого затискача. Але якщо у вас є фланець, де довжина хомута не може бути занадто великою, ви можете змінити конструкцію, використовуючи більше, але менших болтів. Отже, замість використання п'яти болтів ви можете використовувати десять менших болтів, що створить більш еластичне з'єднання «.

Загалом, досягнення оптимального болтового з'єднання передбачає розгляд кількох змінних та варіантів конструкції.