ПОЧЕМУ ОСЛАБЛЯЮТСЯ БОЛТЫ?

Болты являются предпочтительным крепежом во многих отраслях и сферах применения по той простой причине, что их легко демонтировать. Однако это также делает их уязвимыми для саморазвязки и потери предварительного натяга.

Маркетинговое агентство IPG в Алматы, анализ ситуаций в рынке, общая картина, гипотезы, каналы, воронки и их уровни, тесты, сбор данных, итоги, выводы, сборка вариативного плана развития в рынке.

В зависимости от области применения ослабление болта может иметь серьезные последствия. Один ослабленный болт может привести к остановке всего производственного предприятия и обойтись компании в тысячи долларов, в то время как в других случаях незакрепленные болты могут представлять значительную угрозу безопасности. Итак, каковы причины ослабления болта? Вообще говоря, есть две основные причины: спонтанное расшатывание и ослабление .

«Основные причины и последствия отказа зависят от назначения болтовых соединений, окружающей среды и, как правило, от отрасли», — говорит Георг Динджер, Siegenia-Aubi KG, изучавший причины и последствия саморазвязки болтов. широко.

«Например, нефтехимическая промышленность в первую очередь озабочена проблемами коррозии, в то время как усталость и ослабление вибрации обычно не имеют значения. С другой стороны, автомобильная промышленность, вероятно, назвала бы самоотвинчивание и коррозию двумя основными проблемами. Основными проблемами для сталелитейной промышленности являются проскальзывание стыков и коррозия, но самораскладывание и утечка встречаются реже. Авиакосмическая промышленность, вероятно, поставит усталость на первое место ».

«Повторяющиеся относительные смещения между контактными поверхностями под влиянием крутящего момента хвостовика, возникающие в результате крутящего момента резьбы, могут привести к постепенному вращению болта или гайки», — продолжает Динджер. «Это вызывает потерю предварительного натяга болта и, как следствие, потерю функции болтового соединения. Эффект хорошо известен, но профилактика обычно проводится экспериментально только после возникновения событий саморасслабления ».

Основные причины ослабления болта:

• Самопроизвольное ослабление болта — удар, вибрация, динамическая нагрузка
• Расслабление — оседание , ползучесть, расслабление.

Чтобы предотвратить самопроизвольное ослабление болта, необходимо устранить проскальзывание соединяемых частей или, по крайней мере, уменьшить его до уровня ниже критического. Это может быть достигнуто либо увеличением осевого натяжения, либо увеличением трения между зажатыми частями, либо уменьшением циклической нагрузки — например, ударной, вибрационной или циклической термической нагрузки.

Другой распространенный метод — увеличить трение между резьбой болта. Для этого существует ряд решений, и, хотя некоторые из них эффективны, они также имеют свои недостатки. Клей или клеи могут быть эффективным методом на основе трения, но высохший клей может быть проблематичным, когда дело доходит до разборки и удаления болта. Кроме того, увеличение трения между резьбами уменьшило бы достижимую предварительную нагрузку при определенном уровне крутящего момента. Блокирующий трос — распространенный метод в авиационной промышленности.

Усталость — это необратимое повреждение или деформация болта и зажимаемых деталей. Это вызвано потерей предварительного натяга, что приводит к разрыву соединения. Есть два основных механизма потери предварительного натяга — самопроизвольное ослабление и ослабление.

Самопроизвольное ослабление или вращательное самоотвинчивание, по сути, происходит, когда болт ослабляется из-за ударов, вибрации или динамических нагрузок. Даже небольшого поворота может быть достаточно, чтобы болтовое соединение потеряло всю предварительную нагрузку. Это наиболее частая причина ослабления болтов.

Ослабление вызывается тремя механизмами: оседанием, ползанием и релаксацией. «Осадка имеет решающее значение, когда она происходит из-за динамических нагрузок. Это постоянная деформация зажатого материала, когда соединение подвергается увеличению напряжения от динамических рабочих нагрузок», — объясняет Харлен Сеу, технический директор Nord-Lock Group. «Большинство деталей болтового соединения вернут форму после снятия напряжения, если напряжение в деталях не превысит их предел текучести. Некоторые материалы на контактной поверхности, такие как краска, скорее всего, будут деформироваться безвозвратно», — говорит он.

Если материал осядет, даже на несколько микрометров, растяжение болта уменьшится и приведет к потере предварительного натяга.

Ползучесть — это остаточная деформация, которая возникает из-за длительного воздействия высоких уровней напряжения ниже предела текучести материалов в соединении. Это более сурово при высоких температурах.

Релаксация — это изменение микроструктуры материалов соединения, преобразование существующей упругой деформации в пластическую деформацию в течение определенного периода времени. В отличие от осадки или ползучести, длина зажима не изменяется, что затрудняет обнаружение. «Один из способов измерить потерю предварительного натяга — измерить длину болта после определенного периода эксплуатации и сравнить с длиной болта сразу после затяжки», — добавляет Сео. «Однако это не обнаружит релаксации, что делает его более проблематичным».

Ключом к предотвращению усталости является хорошая конструкция, важность которой в последние годы возросла из-за возросших требований к многим болтовым соединениям и более широкого использования легких материалов. Важно не только сосредоточиться на прочности болтов на растяжение, упускать из виду другие параметры, такие как эластичность и жесткость, которые также могут быть важны.

«Правильная конструкция шарнира является ключом к достижению высокопрочного сцепления с трением с высоким уровнем предварительной нагрузки и, следовательно, высокого сопротивления скольжению в течение всего срока службы», — говорит Динджер. «До сих пор в центре внимания инженеров-проектировщиков были проблемы с поломкой болтов. Другие механизмы отказа становятся все более важными по мере увеличения производительности и уменьшения веса суставов. Механизмы релаксации предварительной нагрузки и самораспускания все чаще встречаются в легких конструкциях ».

В зависимости от болта и области применения, а также от причины потери предварительного натяга, обычно существует несколько вариантов проектирования более оптимальных болтовых соединений.

«В случаях, когда существует тепловая нагрузка, соединение можно оптимизировать, выбирая материалы с равным коэффициентом теплового расширения для зажимаемых деталей», — говорит Дингер. «Чтобы минимизировать оседание и поддерживать высокий предварительный натяг во время работы, вы можете уменьшить шероховатость между контактными поверхностями. Такие параметры, как малый диаметр отверстий или зубчатые поверхности, могут помочь минимизировать относительное смещение ».

«В общем, хорошее болтовое соединение состоит из очень эластичных болтов и очень жестких зажимных деталей, и есть разные способы добиться этого. Один из способов улучшить эластичность болта — увеличить длину зажима. Но если у вас есть фланец, длина зажима которого не может быть слишком большой, вы можете изменить конструкцию, используя больше болтов, но меньшего размера. Поэтому вместо пяти болтов вы можете использовать десять болтов меньшего размера, что позволит создать более эластичное соединение », — говорит Сеу.

В целом, достижение оптимального болтового соединения требует учета множества переменных и вариантов конструкции.