Kiinnityspultin murtuman yleisten syiden analyysi

Pultin murtumiseen on useita syitäkiinnikkeet. Yleisesti ottaen pulttivauriot johtuvat jännitystekijästä, väsymisestä, korroosiosta ja vetyhaurastumisesta.

Pultin murtuma

1. Stressitekijä
Perinteisen jännityksen ylittäminen (ylijännitys) johtuu mistä tahansa leikkaus-, jännitys-, taivutus- ja puristustekijöistä tai niiden yhdistelmästä.
Useimmat suunnittelijat harkitsevat ensin vetokuorman, esijännitysvoiman ja käytännöllisen lisäkuorman yhdistelmää. Esikiristysvoima on periaatteessa sisäinen ja staattinen, mikä puristaa liitososia. Käytännön kuormitukset ovat ulkoisia, tyypillisesti syklisiä ( edestakaisin liikkuvia) voimia, jotka kohdistuvat kiinnikkeisiin.
Vetokuormitus yrittää vastustaa liitososien avautumista. Kun nämä kuormat ylittävät pultin myötörajan, pultti muuttuu elastisesta muodonmuutoksesta plastiseen muodonmuutokseen, mikä johtaa pultin pysyvään muodonmuutokseen. Siksi sitä ei voida palauttaa alkuperäiseen tilaan, kun ulkoinen kuorma poistetaan. Vastaavista syistä pultti rikkoutuu, jos pultin ulkoinen kuormitus ylittää sen murtolujuuden.
Pultin kiristys saavutetaan kiertämällä esijännitysvoimalla. Asennuksen aikana liiallinen vääntömomentti johtaa ylikiristymiseen ja vähentää kiinnittimien aksiaalista vetolujuutta altistamalla ne ylikuormitukselle. Toisin sanoen jatkuvalle vääntölle altistetuilla pulteilla on alhaisemmat myötörajat verrattuna pultteihin, joihin kohdistuu suoraan jännitys ja jännitys. Tällä tavalla pultti voi taipua ennen kuin se saavuttaa vastaavan standardin vähimmäisvetolujuuden. Suuri vääntömomentti voi lisätä pultin esikiristysvoimaa ja vastaavasti vähentää liitoksen löysyyttä. Lukitusvoiman lisäämiseksi esikiristysvoima asetetaan yleensä ylärajaan. Tällä tavalla, ellei myötölujuuden ja murtovetolujuuden välinen ero ole pieni, pultit eivät yleensä anna periksi vääntymisen vuoksi.
Leikkauskuormitus kohdistaa pystysuoran voiman pituusakseliinpultti. Leikkausjännitys jaetaan yksinkertaiseen leikkausjännitykseen ja kaksoisleikkausjännitykseen. Empiiristen tietojen mukaan lopullinen yksittäinen leikkausjännitys on noin 65 % murtovetolujuudesta. Monet suunnittelijat suosivat leikkauskuormia, koska ne hyödyntävät pulttien veto- ja leikkauslujuutta. Ne toimivat pääasiassa tappien tavoin muodostaen suhteellisen yksinkertaisia ​​liitoksia leikkausvoimalle altistuville kiinnikkeille. Haittapuolena on, että leikkausliitoksilla on rajoitettu käyttöalue, eikä niitä voida käyttää usein, koska ne vaativat enemmän materiaaleja ja tilaa. Tiedämme, että myös materiaalien koostumuksella ja tarkkuudella on ratkaiseva rooli. Materiaalitietoja, jotka muuttavat vetojännityksen leikkauskuormitukseksi, ei kuitenkaan usein ole saatavilla.
Kiinnittimien esikiristysvoima vaikuttaa leikkausliitosten eheyteen. Mitä pienempi esijännitysvoima, sitä helpommin liitoskerros liukuu koskettaessaan pulttiin. Leikkauskuormituskyky lasketaan kertomalla poikittaistasojen lukumäärä (yksi leikkaustasoa kutsutaan yksinkertaiseksi leikkaustasoksi ja kahta leikkaustasoa kutsutaan kaksoisleikkaukseksi), joiden tulee olla kiertettämättömien pulttien poikkileikkaukset. Emme kannata kierteiden läpileikkauksen suunnittelua, koska kiinnikkeiden leikkauslujuus voidaan voittaa jännityskeskityksellä, kun poikkileikkaus muuttuu. Jotkut suunnittelijat käyttävät kiinnittimien leikkauslujuutta määritettäessä vetojännitysaluetta, kun taas toiset pitävät halkaisijaltaan pienikokoisia osia. Jos leikkausliitoksen pultti on kierretty määritettyyn arvoon (kuten kuvassa 2), kontaktikerroksen vastapinta ei voi alkaa liukua ennen kuin se ylittää ulkopuolisen kitkavastuksen. Liitospintojen välisen kitkan lisääminen voi parantaa liitoksen yleistä eheyttä. Joskus osien koosta ja suunnitteluvaatimuksista johtuen käytettävien pulttien lukumäärä voi olla rajoitettu.

Kuva 2: Riippumatta siitä, onko liitososa yksi- vai kaksoisleikkaus, leikkauspinnan ei tulisi kulkea kiinnittimen kierteitetyn osan läpi
Veto- ja leikkauskuormituksen lisäksi taivutusjännitys on toinen pulteille kohdistuva kuormitus, joka aiheutuu ulkoisista voimista, jotka eivät ole kohtisuorassa pultin pituusakseliin nähden ja sijaitsevat laakeri- ja liitäntäpinnoilla. Kaiken kaikkiaan mitä yksinkertaisempi kiinnitysliitos on, sitä parempi on sen eheys ja luotettavuus.
2. Väsymys
Tällä hetkellä ei ole olemassa erityistä lainsäädäntöä, joka ohjaa toimittajia ostamaan keskeisiä komponentteja, jotka täyttävät teollisten kiinnittimien asiaa koskevien määräysten teolliset standardit, etenkään mainitsematta kiinnittimien vian pääasiallista syytä - väsymistä. Väsymisvaurioiden on arvioitu olevan 85 % kiinnitysvaurioiden kokonaismäärästä.
Pulttien väsyminen on syklisten vetokuormien jatkuvaa vaikutusta, joka johtaapultitaltistuu suhteellisen pienille esijännitysvoimille ja vaihteleville työkuormille. Tällaisissa kaksoiskuormitusolosuhteissa pitkään pultit rikkoutuvat, kun niiden nimellisvetolujuus on pienempi kuin. Väsymisikä määräytyy kuormitusjännitysjaksojen lukumäärän ja amplitudin mukaan. Jotkin puristetut liittimet, kuten puristimet, meistolaitteet ja muovauskoneet, voivat myös kohdata väsymismurtumia. Tehon ja esikuormituksen välille syntyy käytön aikana useita komposiittijännityksiä. Toistuvissa venytysliikkeissä rasitusmuutosten määrään ja amplitudiin vaikuttaa väsymys ja vauriot.
Tyypilliset teollisuuskiinnikkeet, kuten kuusioruuvit, venyvät jatkuvasti ja palautuvat alkuperäiseen muotoonsa tietyllä elastisuusalueella. Jos ne altistetaan normaalin ja elastisen alueen ylittävälle rasitukselle, ne muuttuvat pysyvästi, kunnes ne lopulta rikkoutuvat. Laajentumiseen ja laajennetun tilaan palaamisen käyttäytymistä kutsutaan sykliksi. Kuusikulmainen ruuvi kestää noin 240-10 asteen kiertoa päivässä (enintään), kuten kuvassa 3 näkyy.

Kuva 3 Parannettu Goodman-kaavio

Pisteviivainen lävistäjä osoittaa vaihtuvan ruuvikuorman keskiarvon 90 %:n todennäköisyydellä 10 miljoonalle jaksolle. Varsinainen vinoviiva osoittaa, että kun ruuvin esikiristysvoima saavuttaa 100 ksi, suurin poikkeama dynaamisen kuormituksen ja keskimääräisen jännityksen välillä on 12 ksi.
Kiinnikkeet halkeilevat lopulta toistuvien jännitysjaksojen vuoksi huipusta huippuun. Murtuma tapahtuu yleensä kiinnittimen haavoittuvimmassa kohdassa, jota insinöörit kutsuvat "maksimirasituskeskittymän alueeksi". Kun jännityskeskittymispisteessä esiintyy mikrohalkeamia ja ne ovat edelleen rasituksen alaisia, halkeamat leviävät nopeasti ja aiheuttavat väsymisvaurioita kiinnittimeen. Teolliseen käyttöön tarkoitettuja kiinnikkeitä valmistavat yritykset etsivät jatkuvasti uusia muovausprosesseja ja suunnittelevat ja kehittävät uusia valmistusmenetelmiä, joilla voidaan voittaa edellä mainitut kohtalokkaat heikkoudet.
Yleisimpiä väsymisvauriokohtia ovat liitos (eli ensimmäinen ladattu lanka), juurifilee, lanka ja langan pääte. Teollisuuden väsymislujuuden paranemisen ansiosta parempia materiaaleja ja tuotantomenetelmiä kehittämällä teollisuudessa on langoista tullut kiinnikkeiden heikoin kohta ja tällä hetkellä suurin väsymisvaurion aiheuttamien vaurioiden osuus.
Suunnittelun jännitysmuuttujien ja kiinnittimien suorituskykyominaisuuksien välinen suhde tekee väsymislujuusstandardien asettamisesta vaikean tehtävän. Tällä hetkellä se on monimutkainen prosessi "murtumiseen kuluvien syklien" määrän määrittämiseksi ja kiinnityssarjan suhteellisen lujuuden mittaamiseksi.
3. Korroosio
Toinen syy pultin murtumiseen on korroosio. Korroosiolla on monia muotoja, mukaan lukien tavallinen korroosio, kemiallinen korroosio, elektrolyyttinen korroosio ja jännityskorroosio. Elektrolyyttisellä korroosiolla tarkoitetaan kiinnittimien altistamista erilaisille kosteille aineille, kuten sadevedelle tai happosumulle, jotka ovat elektrolyyttejä, jotka voivat aiheuttaa kiinnittimien kemiallista korroosiota; Toiseksi kiinnittimien erilaisista materiaaleista johtuen niiden elektrolyyttiset potentiaalit ovat erilaisia ​​ja potentiaaliero voi helposti synnyttää "mikroakkuja". Suunnittelijoiden tulee valita materiaaleja, joilla on samanlaiset elektrolyyttiset potentiaalit mahdollisimman pitkälle metallien yhteensopivuuden perusteella, samalla kun eliminoidaan olosuhteet elektrolyytin muodostumiselle, jotta vältetään elektrolyyttisen korroosion aiheuttama halkeilu.
Jännityskorroosio on suhteellisen rajallista. Jännityskorroosiota esiintyy suurilla vetokuormituksilla ja se vaikuttaa pääasiassa lujasta seosteräksestä valmistettuihin kiinnikkeisiin. Seosteräksestä valmistetut kiinnikkeet (etenkin teräksestä, jolla on korkea seoskoostumus) ovat alttiita halkeilemaan jännityksen alaisena. Alussa pintaan muodostuu yleensä halkeamia ja kuoppia, minkä jälkeen tapahtuu lisää korroosiota, joka edistää halkeamien leviämistä. Halkeaman etenemisnopeus määräytyy pulttiin kohdistuvan jännityksen ja materiaalin murtolujuuden mukaan. Kun jäljelle jäänyt materiaali toimii niin paljon, että se ei kestä kohdistettua rasitusta, tapahtuu murtuma.
4. Vetyhaurastuminen
Erittäin lujat teräskiinnikkeet (joiden Rockwell-kovuus on yleensä C36 tai korkeampi) ovat alttiimpia vetyhaurastumiselle. Vetyhaurastuminen on tärkein syy kiinnittimen murtumiseen. Vetyhaurastuminen on ilmiö, jossa vetyatomit tulevat ja leviävät koko materiaalimatriisiin. Kun vetyatomit tulevat materiaalimatriisiin, matriisissa tapahtuu hilavääristymää, mikä häiritsee alkuperäistä tasapainotilaa ja tekee siitä helposti halkeilevan ulkoisten voimien vaikutuksesta. Kun siihen kohdistuu ulkoinen kuormitusruuvi,vetyatomit siirtyvät erittäin väkevälle jännitysvyöhykkeelle aiheuttaen merkittävää jännitystä kiderajojen reunojen väliin, mikä johtaa murtumaan kiinnittimen kidehiukkasten välillä.
Kun kiinnikkeet sisältävät kriittistä vetyä ennen asennusta, ne rikkoutuvat yleensä 24 tunnin kuluessa. Jos vetyä pääsee kiinnittimeen, on mahdotonta ennustaa, milloin se rikkoutuu. Siksi suunnittelijoiden tulee asianmukaisia ​​kiinnikkeitä käytettäessä määrittää toimittajat, joilla on erikoistuneet prosessit ja mahdollisimman vähän vetyhaurautta.
5. Muut tekijät
Liitosmurtuma ei aina liity suoraan katastrofaaliseen kiinnittimen murtumaan. Monet kiinnittimiin liittyvät tekijät, kuten esijännityksen menetys tai kiinnitysliitosten väsyminen, voivat aiheuttaa kulumista; Kiinnittimien keskipoikkeama voi aiheuttaa melua ja vuotoja käytön aikana, mikä vaatii suunnittelematonta huoltoa rikkoutumisen estämiseksi. Esimerkiksi tärinä voi vähentää kierteiden kitkavastusta ja kiinnitysliitokset voivat rentoutua asennuksen jälkeen kohdistuvien työkuormien vuoksi. Nämä tekijät yhdessä pulttien korkean lämpötilan virumisen kanssa voivat johtaa esijännitysvoiman menettämiseen. Joskus liitoksen murtuman syynä voi olla liian suuri tai liian pieni läpimenevä reikä, liian pieni laakerointipinta, liian pehmeä materiaali tai liian suuri kuorma. Mikään näistä tilanteista ei aiheuta suoraa pultin murtumista, mutta johtaa liitoksen eheyden menettämiseen tai mahdolliseen pultin murtumiseen.