Zničenie závitov závitov- pomerne bežný typ poruchy . Hlavnými konštrukčnými parametrami, ktoré určujú silu závitov, sú priemer d a stúpanie závitu R, polomer koreňa závitu R, výška N(dĺžka líčenia), pomer mechanické vlastnosti materiálov skrutky (čapy) a matice(trupy). Priečne rozmery sú menej ovplyvnené orechy(veľkosť kľúča).
Vo väčšine prípadov má pevnosť daného materiálu použitého na výrobu spojovacieho prvku požiadavky na pevnosť alebo parametre opísané ako libry na štvorcový palec alebo tisíce libier na štvorcový palec. Je to užitočné pri analýze, aký druh materiálu by sa mal použiť pre danú aplikáciu, ale nehovorí nám o skutočnej sile daného priemeru materiálu. Na výpočet skutočných hodnôt sily pre daný priemer musíte použiť nasledujúce vzorce.
Výpočet pevnosti závitových spojov
Poznámka: Nižšie uvedené vzorce nezávisia od povrchovej úpravy spojovacieho prvku. Tento vzorec vám poskytne maximálnu medzu klzu danej veľkosti a triedy skrutiek. Porucha upevňovacieho prvku na produkte môže mať potenciálne katastrofálne následky. Aby sa zabezpečilo, že sa takéto následky nevyskytnú, často sa vykonáva starostlivé a dôkladné testovanie produktu. V mnohých aplikáciách však nie je rozsiahle testovanie praktické ani ekonomické. V takýchto prípadoch sa inžinier zvyčajne spolieha na analytickú analýzu spolu so svojimi skúsenosťami a úsudkom, aby zabezpečil, že nedôjde k zlyhaniu.
Vplyv konštrukčných parametrov závitu na jeho pevnosť
Ryža. 1. Závislosť minimálneho zlomu
sila od relatívnej dĺžky zaskrutkovania matice
Vplyv materiálu skrutiek a matíc na pevnosť závitov
Ryža. 2. Závislosť nosnosti
na relatívnej dĺžke make-upu H/d
pri rôznej pevnosti materiálu
závitové časti.
1
- σ in = 1660 MPa; 2
- σ in = 1210 MPa;
3
- σ in = 930 MPa; 4
- σ in = 740 MPa;
5
- σ in = 680 MPa.
Zlyhanie vlákna sa zvyčajne vyskytuje v jednom z troch režimov. Porucha v drieku alebo závitovej časti upevňovacieho prvku, odizolovanie závitov vonkajšieho závitu alebo po tretie, odvlečenie závitov prvku s vnútorným závitom. Keď je skrutka utiahnutá, driek si zachováva predné napätie v dôsledku ťahového napätia spolu s torzným namáhaním v dôsledku krútiaceho momentu pôsobiaceho na závity. Väčšina tabuliek krútiaceho momentu skrutiek ignoruje torzné napätie a predpokladá, že priame napätie v závitoch určitej časti skrutiek spôsobí napätie, zvyčajne 75 %.
Vzťah medzi mechanickými vlastnosťami materiálov výrazne ovplyvňuje proces deformácie a charakter deštrukcie závitov závitov, preto sa nosnosť spojov pri rôznych pomeroch σ c, b / σ c, d výrazne mení, a to aj pri materiáloch skrutiek a matíc s rovnakými modulmi pružnosti.
Na obr. Obrázok 2 ukazuje krivky zmeny zaťaženia, ktoré ničí spojenia, v závislosti od pomeru H/d s rôznymi pevnosťami svorníkov vyrobených z ocele 30KhGSA (linky 1 A 2 ) a 45 (riadky 3 , 4 , A 5 ). Materiál matíc je oceľ 45 (σ in = 680 MPa). Je vidieť, že zvýšením pevnosti v ťahu kolíkov zo 740 na 1660 MPa ( ), môžete viac ako zdvojnásobiť nosnosť pripojovacieho závitu. Táto okolnosť, vysvetlená zlepšením podmienok deformácie závitov matice (presunutie zaťaženia k základni závitov matice), by sa mala vziať do úvahy pri navrhovaní a výrobe spojov liatych, kovaných alebo lisovaných puzdier vyrobených z tvárnej hmoty. a spravidla nízkopevnostné nízkouhlíkové ocele (napríklad spoje jadier -pusov atď.).
Vplyv materiálu skrutiek a matíc na pevnosť závitov
Pre podmienky vysokého trenia môže byť veľkosť torzného napätia taká, že v kombinácii s predným napätím sa môže vyskytnúť ekvivalentné napätie nad výstupom, čo vedie k poruche. Dôslednejším prístupom je určiť veľkosť predného napätia, ktoré v kombinácii s krútením vytvára ekvivalentné napätie určitej časti výstupu. Percento zvyčajne používané s týmto prístupom je 90 %.
Vysokovýkonné skrutky sú často navrhnuté tak, že hladká stopka je menšia ako priemer stien závitu. Deje sa tak tak, aby sa maximalizovalo roztiahnutie, ku ktorému dochádza pri predpätí spôsobenom procesom uťahovania. Pri tomto type skrutiek dôjde k poruche, ak je príliš utiahnutá, v oblasti konvenčného drieku, ako je znázornené na fotografii.
Ryža. 3.
Rezanie závitov čapu alebo svorníka
Všimnite si, že keď σ c, b ≈σ c, d, pozorujeme rez vlásenkových závitov; pevnosť spojenia je v tomto prípade nízka (krivka 4 na obr. 2).
Zrútenie vlákien
Keď σ c, b ≈ (1,3 ... 1,8) σ c, d, spojenie sa zničí v dôsledku plastového ohýbania závitov (rozdrvenie); V tomto prípade často vylomia zákruty jednej z častí. Nosnosť spoja je v tomto prípade oveľa vyššia ako v prípade zničenia odrezaním závitov čapu. to znamená dôležitý praktický záver: pre úplnejšie využitie mechanických charakteristík matíc (častí tela) je potrebné použiť skrutky (čapy) vyrobené z materiálu s σ c,b ≥1,3σ c,d. Pre veľké priemery závitov ( d>24 mm), v dôsledku plastického ohýbania sa pozoruje súčasné zlomenie závitov skrutky a matice.
V mnohých dizajnoch môže byť izolácia závitu problémom, keď sú potrebné závitové otvory pre materiál s nízkou prieťažnosťou. Vo všeobecnosti by sa malo zabrániť odizolovaniu vnútorných aj vonkajších závitov, ak sa má zabezpečiť spoľahlivá konštrukcia. Ak sa pri uťahovaní zlomí skrutka, je zrejmé, že je potrebná výmena. Poťahovanie závitov má tendenciu byť prírastkové. Ak môže dôjsť k prerušeniu vlákna, do služby môžu vstúpiť zostavy, ktoré čiastočne zlyhajú, môže to mať katastrofálne následky.
Strih otáčok matice: najväčšia pevnosť
Keď σ c,b >2σ c, d spojenia v dôsledku toho sú zvyčajne zničené odrezanie závitov matice; sila je najväčšia (krivka 1 na obr. 2). Na obr. Obrázok 3 znázorňuje diagramy deformácie závitov (výkresy rezov) spojov oceľové skrutky M16 (σ c, b = 880 MPa) s oceľovými maticami (σ c, d = 435 MPa) pri stupňovitom zaťažovaní až do porušenia. Podľa závislostí znázorňujúcich zmenu relatívnej deformácie spoja (pozdĺž závitovej časti) sa malé plastické deformácie v závite prejavujú už pri namáhaniach dosahujúcich 40 % deštruktívnych. Intenzívny rast plastických deformácií začína pri napätiach σ = (0,7...0,9) σ t; deštrukcia je veľmi prudká a je sprevádzaná zvýšením teploty v kĺbe na 60°C.
Vyššie uvedená fotografia je skenovací elektrónový mikroskop zobrazujúci skrutkový závit zhromažďujúci sa do pásika. Rozhranie rozhrania bolo na pravej strane, obrázok ukazuje, že prvý tok má najväčšie skreslenie. Mechanizmus odizolovania nití je zložitý a zahŕňa ohýbanie a zaslepovanie nití.
Vplyv konštrukčných parametrov závitu na jeho pevnosť
Aby bolo možné presne predpovedať pevnosť a spôsob zlyhania závitovej zostavy, je potrebné zvážiť veľké množstvo faktorov. Odieranie nití je zložitý jav. Nasledujúce faktory majú významný vplyv na pevnosť v roztrhnutí priadze. Zmena veľkosti závitu má významný vplyv na pevnosť v ťahu vnútorných a vonkajších závitov.
Ak sú oceľové svorníky priskrutkované k telesám vyrobeným z ľahkých materiálov, napríklad zliatin hliníka a horčíka, potom so zvyšujúcou sa pevnosťou materiálu svorníkov rastie aj nosnosť závitov takýchto spojov.
Záver
Pevnosť závitu závitu je teda ovplyvnená oboma konštrukčnými geometrickými faktormi: priemer, stúpanie závitu, dĺžka závitu, polomer koreňa závitu R a ich vzájomné vzťahy, ako aj materiál oboch častí, ktoré sú spojené.
Pevnosť v ťahu a šmyku v materiáli pre vnútorné aj vonkajšie závity. Účinok radiálneho posunutia matice alebo závitového komponentu má za následok zníženie pevnosti závitov v šmyku. Ťahová sila v spojovací materiál pôsobí na závity a klinové pôsobenie vytvára radiálny posun, ktorý znižuje pevnosť závitu.
Sila závitu môže mať vplyv, ktorý spôsobí zmeny výkonu v závitovej zostave, ako je napríklad zúženie malého otvoru alebo zvonovitý výstup. Pevnosť závitu matice alebo skrutky nemožno posudzovať izolovane bez toho, aby sa zohľadnila vzájomná závislosť oboch prvkov v sile zostavy. Jedným z problémov pri predpovedaní pevnosti pri odtrhávaní nití je to, že bez zohľadnenia vplyvov, ako je ohýbanie nite, rozširovanie matíc alebo zvonenie, dochádza k optimistickému výsledku.
Pevnosť závitu sa zvyšuje s jeho priemerom, stúpaním, výškou matice a pevnosťou materiálu skrutky (čapu). Najväčšiemu zaťaženiu odolávajú závitové spoje, pri ktorých sa strihom ničí závity matice.
Bibliografia
- Iosilevich G. B., Stroganov G. B., Sharlovsky Yu. V. Uťahovanie a zastavenie závitové spojenia.. - M.: Strojárstvo, 1985. - 224 s.
- Wiegand H., Illgner K.-H., Striegens P. Einfluss der Gewingesteigerung auf die Haltbarkeit von Schraubenverbindungen bei zugiger Beanspruhung // Industrie Anzeiger, 1969, Nr. 38.
- Yakushev A.I. Vplyv výrobnej technológie a základných parametrov závitu na pevnosť závitových spojov.. - M.: Oborongiz, 1956.
Vstupom na túto stránku automaticky súhlasíte
Skutočná sila odlupovania je nižšia ako vypočítaná. Komplikujúcim faktorom, ktorý môže vzniknúť pri skúšaní diery, je zvonček. Toto je malé zúženie otvoru, ktoré sa zvyčajne do určitej miery nachádza na väčšine vyvŕtaných otvorov. Tento kužeľ zvyčajne siaha približne do polovice priemeru od začiatku otvoru. Dôvodom tohto zúženia je torzná a bočná flexibilita vrtáka spojená s nestabilitou bodu vŕtania pri vstupe do materiálu. Belloning je možné obmedziť na minimum použitím tesne priliehajúcich, dobre vyrovnaných a pevných vrtných puzdier spolu s presným ostrením vrtáka.
Skutočný charakter rozloženia zaťaženia pozdĺž závitov matice, okrem vyššie uvedených dôvodov, závisí od výrobných chýb a stupňa opotrebenia závitu, čo sťažuje určenie skutočných napätí. Preto sa v praxi výpočty pevnosti závitov nevykonávajú na základe skutočných napätí, ale na základe podmienených napätí, ktoré sa porovnávajú s prípustnými napätiami stanovenými na základe skúseností.
Otvory so zvončekom budú mať po poklepaní rôzne výšky závitu pozdĺž dĺžky otvoru. Táto odchýlka môže byť významná na krátkych plochách adhézie a tenkých živiciach. Čistým účinkom zvona je zníženie šmykovej plochy vonkajších závitov. Čím je niť jemnejšia, tým je zvončekový efekt výraznejší.
V závitových otvoroch je výška závitu určená priemerom vrtáka. Aby sa znížilo riziko zlyhania, konštruktér často dbá na to, aby špecifikoval vysoké percentá výšky závitu v závitových otvoroch. Z výrobného hľadiska tieto vyššie percentá výšky závitu vedú k vyšším vyhadzovacím momentom, zvýšenému lámaniu kohútika a ako také nie sú prospešné. Pri krátkych dĺžkach záberu závitu má malý priemer, ktorý je výsledkom vŕtania, významný vplyv na pevnosť zostavy.
Pri určovaní podmienených napätí sa predpokladá, že všetky závity závitu sú zaťažené rovnomerne (pozri obr. 2.15, a).
Je obvyklé vypočítať vlákno:
tlakovými napätiami na povrchu skrutky (obr. 2.17),
šmykovými napätiami v úseku ab skrutky alebo matice.
Podmienky pre pevnosť závitu na základe napätia ložiska:
kde z=H/S je počet závitov v matici s výškou H.
Výskum ukázal, že pre závitové zostavy normálnych proporcií je veľkosť štrbín relatívne nepodstatná, ak percento výšky závitu presahuje 60 %. Náklady na brúsenie budú pravdepodobne nižšie, ak sa použije najnižšia výška závitu. Dôsledkom nízkej frakcie výšky závitu je zníženie šmykovej plochy vonkajšieho závitu, čo je znázornené na obrázku. Pri veľmi nízkych výškach závitu nemusí byť rovina šmyku cez závit rovnobežná s osou závitu, čo je znázornené na obrázku Tieto režimy zlyhania sa ťažko predpovedajú a možno ich ľahko eliminovať zachovaním primeraného percenta výšky závitu.
Vzorec (2.11) je spoločný pre skrutku a maticu. Odvodenie vzorca je jednoduché a nevyžaduje ďalšie vysvetlenie. Študentom sa odporúča, aby všetky elementárne transformácie tu a v iných podobných prípadoch vykonali sami.
Podmienky pre pevnosť závitu na základe šmykového napätia:
pre skrutku,
Tento radiálny pohyb je bežne známy ako rozťahovanie matice a vyskytuje sa v závitových nálitákoch, ako aj v bežných maticách. Teoretické a praktické štúdie tohto javu naznačujú, že horná hrana matice je stlačená v radiálnom smere a jej nosná plocha sa rozširuje.
Čistým efektom tejto dilatácie je zmenšenie šmykovej plochy vnútorného aj vonkajšieho závitu. Pevnosť v odlupovaní zostavy sa dá zlepšiť zväčšením šírky cez roviny matice alebo priemeru otvoru na približne 9-násobok menovitého priemeru závitu. Toto zvyšuje tuhosť lokálne okolo vnútorných závitov a znižuje radiálnu expanziu.
pre orech, (2.12)
|
|
kde K=ab/S alebo K=ce/S – koeficient zohľadňujúci typ závitu; pre trojuholníkový závit K 0,8; pre pravouhlý závit K=0,5; pre trapézový závit K=0,65. Ak je materiál skrutky a matice rovnaký, potom sa na základe šmykových napätí vypočíta iba skrutka, pretože dd 1 Rovnaká pevnosť závitu a hriadeľa skrutky je jednou z podmienok priradenia výšky štandardných matíc. Takže napríklad, ak vezmeme medze klzu materiálu pre ťah a šmyk ako medzné napätia a vezmeme do úvahy, že t 0,6 t, napíšeme podmienky pre rovnakú pevnosť závitu pre strih a skrutkovú tyč pre napätie vo forme |
(2.13)
preto pri K=0,8 dostaneme N 0,5d 1
Tu 
- ťahové napätie v drieku skrutky, vypočítané približne podľa vnútorného priemeru závitu d 1.
Vzhľadom na zložitosť namáhaného stavu závitu, ako aj zabezpečenie zoslabenia závitu oderom a možného poškodenia pri skrutkovaní sa berie výška štandardných upevňovacích matíc.
Z rovnakých dôvodov sú stanovené normy pre hĺbku zaskrutkovania skrutiek a čapov do častí:
V oceľových častiach H 1 d, v liatine a silumine H 1 1,5 d.
V tomto prípade pevnosť závitu prevyšuje pevnosť tyče.
Štandardné výšky matíc a hĺbky skrutiek eliminujú potrebu výpočtov pevnosti závitu na štandardných spojovacích prvkoch.
Výpočet pevnosti tyče skrutky (svorníka) pri návrhových prípadoch zaťaženia. Skrutka je utiahnutá, vonkajšie zaťaženie otvára spoj dielov.
Príkladom môžu byť skrutky na upevnenie vrchnákov nádrží zaťažených tlakom kvapaliny alebo plynu (obr. 2.18). Dotiahnutie skrutiek by malo zabezpečiť tesnosť spoja alebo neotváranie spoja pri zaťažení. Problém rozloženia zaťaženia medzi prvky takéhoto spojenia je staticky neurčitý a rieši sa s prihliadnutím na deformáciu týchto prvkov. Označme: P zat – sila utiahnutia skrutky; Р = R/z – vonkajšie zaťaženie spoja na skrutku (z – počet skrutiek).
Je ľahké pochopiť, že po pôsobení vonkajšieho zaťaženia P na utiahnutý spoj sa skrutka dodatočne natiahne o určitú hodnotu P a o rovnakú hodnotu sa zníži deformácia dielov v tlaku. To znamená, že iba časť vonkajšieho zaťaženia dodatočne zaťažuje skrutku a druhá časť ide na uvoľnenie spoja.
Ak označíme - faktor vonkajšieho zaťaženia(berie do úvahy časť zaťaženia P, ktorá dopadá na skrutku), potom sa dodatočné zaťaženie skrutky bude rovnať P a zníženie utiahnutia spoja bude (1 - ) P.
Hodnota súčiniteľa je určená podmienkou rovnosti dodatočných deformácií svorníka a častí (podmienka kompatibility deformácií)
Р = Р b = (1-)Р d, (2,14)
kde b je poddajnosť skrutky rovná jej deformácii pri zaťažení 1 kgf; d – celková zhoda spájaných častí.
Od rovnosti (1,23)
prírastok zaťaženia skrutky
Rb = P; (2,16)
vypočítané (celkové) zaťaženie skrutky
Р р = Р zat + Р; (2,17)
zvyškové utiahnutie spoja z jednej skrutky
R st = R zat – (1-)R. (2,18)
