Втомне руйнування болтів, шпильок і гайок. Межа витривалості кріплення.

  1. Причини втомного руйнування кріпильних виробів Втомне руйнування різьбових кріпильних виробів ...
  2. Деформація болтів і шпильок при руйнуванні
  3. Методи випробувань кріплення
  4. Межа обмеженою витривалості кріпильних виробів
  5. Статистичний підхід до визначення межі витривалості кріплення
  6. висновок
  7. Список літератури

Причини втомного руйнування кріпильних виробів

Втомне руйнування різьбових кріпильних виробів часто зустрічає на практиці, - результат дії багатоциклових змінних навантажень. Амплітуда змінного навантаження, що приводить до руйнування, виявляється в 10 .... 20 разів меншою, ніж при статичному руйнуванні.

Місця руйнування різьбових з'єднань болтів і шпильок з гайками

Практика і результати досліджень показують, що найбільш слабким місцем у з'єднанні болтів і шпильок з гайками при змінному навантаженні є різьблення в області першого (від опорного торця гайки) витка, де найбільшою мірою концентрується навантаження, що передається різьбленням. Рідше з'єднання руйнуються під головкою болта і по втечу різьблення. Так як концентрація напружень в цих зонах в 2 ... 3 рази нижче, ніж в зоні першого робочого витка, поломки внаслідок втоми обумовлюються, як правило, дефектами виробництва або недостатніми радіусами заокруглення.

Деформація болтів і шпильок при руйнуванні

В результаті дослідження зруйнованих болтів і шпильок встановлена ​​характерна риса втомної поломки - майже повна відсутність деформації в зоні руйнування, навіть болтів з високопластичних (при статичному руйнуванні) сталей.

На початку руйнування тріщини зазвичай настільки дрібні, що їх важко виявити. Після досягнення тріщиною макроскопічних розмірів спостерігається її інтенсивне зростання, призводить до повного руйнування нарізного сполучення за малий проміжок часу.

Втомне руйнування особливо небезпечно через відсутність попередніх ознак. Незначні пластичні деформації при втомному руйнуванні практично не знижують напружень в зонах концентрації, а концентрація напружень істотно впливає на опір втоми з'єднань.

На поверхні втомного зламу є три зони, які виявляються візуально.

  1. У першій зоні (область зародження тріщини) тріщина поширюється повільно і поверхня зламу виглядає як полірована і окислена.
  2. У другій зоні тріщина поширюється з більшою швидкістю, поверхня зламу дрібнозернистий.
  3. У третій зоні поверхню зламу, як правило, грубозерниста або волокниста, відповідна статичному руйнування.

Площа цих зон залежить, в основному, від рівня змінних напруг і сили попереднього затягування з'єднання.

Методи випробувань кріплення

Межа витривалості різьбових кріпильних виробів

Різьбові з'єднання працюють з попередньої затягуванням. Цю обставину слід враховувати при проведенні випробувань на втому кріплення . Найбільш точно реальні умови роботи з'єднання можна відтворити при випробуванні попередньо затягнутого з'єднання в захопленнях машини (рис. 1, а). Такі випробування можна проводити як порівняльних. Вони вимагають тензометрирования зразків в процесі випробування, тому що навантаження на болт заздалегідь невідома.

Рис.1. Схеми випробувань кріпильних
різьбових з'єднань болтів, шпильок
і гайок

На практиці в випробувальних лабораторіях найбільш поширений метод безпосереднього навантаження. Зразок при цьому встановлюють в затискачах машини, а дія сили затяжки імітують статичним розтягуванням (рис.1, б).

Межа витривалості з'єднань визначають в основному при постійному середньому напрузі σт. Така схема відповідає змінній напрузі затягування в процесі випробувань

σт = σ0 - σа,

де σа - амплітуда напружень циклу.

Ближча до реальних умов навантаження схема випробувань при постійному мінімальному напрузі циклу σmin = σ0. Обидві схеми легко реалізувати на будь-яких випробувальних машинах.

Межа витривалості різьбових з'єднань прийнято оцінювати по граничної амплітуді змінної напруги σап.

Зазвичай σап≈ (0,05 .... 0,12) σв. В реальних конструкціях σ0 ≥ 0, ЗQв, тому при таких напружених затяжки випробування за схемою σm = const не вносять істотних похибок при визначенні межі витривалості різьбових з'єднань σап.

Переважне поширення схеми випробувань σт = const можна пояснити зручністю побудови діаграми граничних напружень, яка у розрахунках на міцність.

Випробування для визначення σап іноді проводять при постійному коефіцієнті асиметрії циклу напружень

Rσ = σmin / σmax = 0,1.

Оскільки така схема відповідає випробуванню практично затягненихболтах з'єднань, її застосування не може бути виправдано, особливо для порівняльної оцінки опору втоми з'єднань при різній технології виготовлення різьби.

Оскільки така схема відповідає випробуванню практично затягненихболтах з'єднань, її застосування не може бути виправдано, особливо для порівняльної оцінки опору втоми з'єднань при різній технології виготовлення різьби

Рис.2. Крива втоми з'єднань з накатаною
різьбленням M10 (R = 0.3 мм) при σm = 400 MПа
(Матеріал болта - сталь 38 XA, гайки - сталь 45)

Звичайний спосіб визначення межі витривалості полягає в послідовному руйнуванні ряду однакових зразків під дією напружень з певною амплітудою σа при постійному середньому або мінімальному напрузі циклу. В результаті отримують залежність між змінною напругою σап і довговічністю N (числом циклів навантаження до руйнування). На рис. 2 показана типова крива втоми нарізного сполучення, накреслена в полулогарифмических координатах.

Найбільша змінна напруга, при якому зразок може витримати заданий число циклів навантаження - базу випробувань не руйнуючись, прийнято називати межею витривалості.

Базу випробувань вибирають з умови роботи реальної конструкції, типу матеріалу, завдань експерименту та інших факторів. Для різьбових з'єднань із сталей для фланців зазвичай приймають No = 5 × 106 ... 107 циклів, з алюмінієвих і титанових сплавів No = 107 ... 108 циклів. При проведенні порівняльних випробувань базу можна обмежити по нижній межі.

Межа обмеженою витривалості кріпильних виробів

Слід зазначити, що виражений межа витривалості - горизонтальна лінія на графіку - характерний лише для деяких матеріалів (переважно сталей) при нормальній температурі випробувань. Якщо вираженого межі витривалості не існує, як, наприклад, для кріпильних виробів з титанових сплавів і пластмас, визначають обмежений (базою) межа витривалості (межа обмеженою витривалості).

Статистичний підхід до визначення межі витривалості кріплення

При випробуваннях на втому спостерігається значний розкид довговічності при постійному σа, розкид амплітуд напружень при даній довговічності (або базі) багато менше. Межа витривалості можна знайти побудовою кривої σа - N на підставі результатів випробувань 8 ... 10 зразків. Якщо два-три зразки з цього числа не руйнуються при цій основі випробувань, то відповідну напругу можна вважати межею витривалості. Результати численних дослідів показують, що певний таким чином межа витривалості відповідає ймовірності руйнування Р ≤ 0,5.

висновок

Таким чином, значення межі витривалості різьбових кріпильних деталей: болтів, шпильок і гайок - можна з'ясувати в лабораторних умовах. Більш того, проведення подібних випробувань необхідно при контролі якості кріпильної продукції .

Список літератури

  1. Тимошенко С. П. Опір матеріалів .. - М.: Гостехиздат, 1943. - 345 c. Т. 2.
  2. Якушев А. І. Вплив технології виготовлення і основних параметрів різьби на міцність різьбових з'єднань .. - М.: Оборонгиз, 1956.
  3. Якушев А. І., Мустай Р. Х., Мавлютов Р. Р. Підвищення міцності та надійності різьбових з'єднань .. - М.: Машинобудування, 1979. - 214 c.

Отримавши доступ до даної сторінки, Ви автоматично приймаєте Користувача угода .