Dlaczego śruby ulegają zmęczeniu?

Możesz zapytać: w jaki sposób śruba wykonana z metalu może cierpieć z powodu zmęczenia? W rzeczywistości po przetworzeniu stali węglowej na śruby-długoterminowe obciążenie cykliczne może spowodować lokalną koncentrację naprężeń, jeśli początkowe parametry techniczne i właściwości mechaniczne nie spełniają wymagań. Kiedy takie naprężenie osiągnie poziom krytyczny, w śrubie utworzą się drobne pęknięcia. - Jest to dopiero pierwszy etap zmęczenia. Gdy liczba cykli obciążenia wzrasta do pewnego poziomu, pęknięcia rozprzestrzeniają się i ostatecznie prowadzą do nagłego pęknięcia. Jest to mechanizm i skutek uszkodzenia zmęczeniowego śruby.

Dlaczego zmęczenie pojawia się wśruby ze stali węglowej? Czy śruby-o większej wytrzymałości są bardziej podatne na zmęczenie? Po pierwsze, zmęczenie nie jest bezpośrednio związane z poziomem wytrzymałości śruby. Zwykłe śruby mają niższe wymagania wytrzymałościowe i są stosowane w łagodnych warunkach, gdzie skutki zmęczenia są ograniczone. Jednakże śruby-o wysokiej wytrzymałości są stosowane w środowiskach o wysokich wymaganiach dotyczących rozciągania, co w naturalny sposób zwiększa ryzyko zmęczenia. Z tego powodu większość awarii zmęczeniowych, z którymi spotykamy się w praktyce, ma miejsce w śruby o-wytrzymałości, chociaż nie oznacza to, że zwykłe śruby nigdy się nie zużywają, - podlegają one po prostu niższym wymaganiom serwisowym.

Podstawową przyczyną zmęczenia śrub jest powtarzająca się zmiana lokalnego naprężenia podczas cyklicznego obciążenia, co powoduje kumulacyjne uszkodzenia słabych punktów i ostatecznie tworzą pęknięcia. Proces przebiega w następujący sposób: najpierw naprężenie powoduje erozję wrażliwych obszarów śruby, stopniowo pojawiają się mikropęknięcia, z czasem pęknięcia rosną, a gdy osiągną krytyczną długość, śruba nagle pęka. Analiza-długoterminowa pokazuje, że stres powodujący zmęczenie nie musi być duży; może być nawet znacznie niższa niż granica plastyczności śruby. Dlatego po pęknięciu zmęczeniowym powierzchnia pęknięcia zwykle nie wykazuje wyraźnych odkształceń ani zgięć spowodowanych siłą zewnętrzną.

W oparciu o powyższą analizę możemy ulepszyć proces produkcyjny, aby zwiększyć odporność zmęczeniową śrub. Spójrz na poniższy diagram:

Wzmocniony gwintPowyższy diagram przedstawia zoptymalizowany profil gwintu z zaokrąglonym nasady (promień R-). Pęknięcia zmęczeniowe zwykle występują u nasady gwintu i pod łbem śruby, zatem modyfikacja podstawowego procesu wytwarzania gwintu może skutecznie zapobiec zmęczeniu. Porównajmy to ze zwykłymi wątkami:

Zwykły gwint Powyższy gwint jest standardowym gwintem z ostrymi narożnikami u nasady. Takie-konstrukcje prostokątne są bardzo wrażliwe na zmiany naprężeń i podatne na pęknięcia zmęczeniowe. Jak wspomniano wcześniej, obszar pod łbem śruby jest kolejnym krytycznym miejscem uszkodzenia zmęczeniowego, jak pokazano na schemacie:

Proces zmęczenia śruby Stosując tę ​​samą zasadę, co promień nasady gwintu, możemy dodać promień zaokrąglenia o odpowiedniej wielkości na połączeniu łba śruby z trzpieniem w dopuszczalnym zakresie projektowym.