در اتصالات پیچ و مهرهای از نوع کششی، استحکام کلی اتصال عمدتاً توسط ظرفیت تحمل بار خود پیچ تعیین میشود. استحکام پیچ تحت تأثیر عوامل متعددی از جمله خواص مواد، فرم ساختاری، پارامترهای ابعادی، فرآیندهای ساخت و تکنیکهای مونتاژ قرار میگیرد. برای بهبود موثر ظرفیت باربری، مقاومت در برابر خستگی و قابلیت اطمینان کلی اتصالات پیچ، افزایش استحکام را می توان از طریق بهینه سازی ساختاری، بهبود فرآیند و استانداردسازی مونتاژ به دست آورد. این مقاله به طور سیستماتیک اقدامات فنی کلیدی را برای بهبود استحکام اتصالات پیچ و مهره ای معرفی می کند.
01 بهبود توزیع بار در بین دندانه های نخ
هنگامی که از مهره های معمولی استاندارد استفاده می شود، بار محوری به طور نابرابر بین هر چرخش رزوه درگیر توزیع می شود. با شروع از سطح یاتاقان مهره، نخ اول بیشترین قسمت بار را حمل می کند و بار در رزوه های بعدی به تدریج کاهش می یابد. تحلیل نظری و تأیید تجربی نشان میدهد که تعداد بیشتری از پیچهای درگیر رزوه منجر به ناهمواری بار شدیدتر میشود. نخ های فراتر از پیچ های 8 تا 10 به سختی بار را تحمل می کنند. بنابراین، صرفاً افزایش ضخامت مهره و پیچ های درگیر شدن با رزوه نمی تواند استحکام اتصالات پیچ را بهبود بخشد.
مهره های کششی معلق می توانند به طور قابل توجهی توزیع بار رزوه را بهبود بخشند. بخش معلق مخروطی مهره و ساقه پیچ تحت تغییر شکل کششی همزمان قرار می گیرند و تفاوت تغییر شکل گام را کاهش می دهد.مهره و پیچ، در نتیجه توزیع بار یکنواخت روی تمام رزوه های درگیر حاصل می شود. مهرههای شیاردار حلقهای- بر اساس یک اصل مشابه عمل میکنند، به طور موثر تنش رزوه را یکسان میکنند، راندمان درگیری با نخ را بهبود میبخشند و استحکام کلی اتصال را افزایش میدهند.
02 اجتناب و کاهش تنش خمشی اضافی
در فرآیندهای طراحی، ماشینکاری و مونتاژ، پیچها مستعد تنش خمشی اضافی ناشی از خطاهای ساختاری، انحرافات ماشینکاری و نصب غیر استاندارد هستند. تنش خمشی اضافی به شدت استحکام خستگی پیچ را کاهش می دهد و به عنوان یکی از دلایل اصلی شکستگی پیچ عمل می کند، که باید در روش های طراحی و مونتاژ حذف شود.
هنگامی که پیچ و مهره ها بر روی سطوح ناهموار ریخته گری یا آهنگری ماشینکاری نشده نصب می شوند، سطوح تماس ناهموار به راحتی باعث بارگذاری غیرعادی و خمش پیچ می شوند. در کاربردهای مهندسی، باس ها و صندلی های متخلخل معمولاً با برش دقیق برای تشکیل سطوح بلبرینگ مسطح استفاده می شوند. این کار اتصال کامل سطح را تضمین می کند، خروج از مرکز مونتاژ را حذف می کند و از ایجاد تنش خمشی اضافی جلوگیری می کند.
03 کاهش تمرکز تنش ساختاری
ریشه های رزوه و ناحیه انتقال بین سر پیچ و ساقه نواحی معمولی تمرکز تنش و موقعیتهای مستعد شکست{0}} بحرانی هستند. در میان این نواحی، تمرکز تنش در ریشه رزوه بیشترین تأثیر را بر استحکام خستگی پیچ دارد. بهینه سازی هندسه سازه برای کاهش تمرکز تنش برای گسترش ضروری استپیچزندگی خستگی
اقدامات بهینهسازی رایج شامل افزایش شعاع فیله ریشههای نخ برای کاهش پیکهای تنش موضعی، بزرگکردن فیله انتقال بین سر پیچ و ساقه، و طراحی{0}}شیارهای تسکین تنش و بریدگیهای تسکین در موقعیتهای تنش بالا است. این روش ها تنش متمرکز را پراکنده می کنند، مقادیر تنش اوج را کاهش می دهند و مقاومت پیچ در شکست را بهبود می بخشند.
04 کاهش دامنه استرس برای بهبود عملکرد خستگی
تحت حداکثر تنش کاری ثابت، دامنه تنش کمتر منجر به عملکرد خستگی بهتر و عمر خستگی طولانیتر میشود. با بار کاری ثابت و پیش بار باقیمانده، کاهش سفتی پیچ یا افزایش سفتی اجزای متصل می تواند به طور موثر دامنه تنش را کاهش دهد و استحکام خستگی را افزایش دهد. در چنین مواردی، برای اطمینان از قابلیت اطمینان اتصال، پیش بارگیری باید به طور مناسب افزایش یابد.
روش های متداول برای کاهش سفتی پیچ شامل افزایش طول موثر پیچ، کاهش متوسط قطر ساقه صاف، اتخاذ ساختارهای پیچ انعطاف پذیر توخالی، و نصب عناصر الاستیک زیر مهره برای دستیابی به اثر پیچ انعطاف پذیر است. پیچ های انعطاف پذیر دارای ظرفیت تغییر شکل زیاد و جذب انرژی عالی هستند که آنها را برای شرایط کاری با بارهای ضربه و ارتعاش مناسب می کند.
برای بهبود سختی اجزای متصل، باید از واشرهای قابل تغییر شکل کم-اجتناب کرد، زیرا فشرده سازی واشر نابرابری سفتی را افزایش می دهد و دامنه تنش پیچ را افزایش می دهد. برای اتصالات آب بندی، حلقه های آب بندی با ثبات بالا برای حفظ سفتی کلی اتصال و بهینه سازی توزیع تنش ترجیح داده می شوند.
05 بهینه سازی فرآیندهای تولید پیچ و مهره
فرآیندهای تولید مستقیماً ریزساختار سطح، وضعیت تنش پسماند و عملکرد خستگی پیچها را تعیین میکنند، به ویژه برایپیچ و مهره های فولادی با استحکام بالا-. نورد رزوه باعث سخت شدن کار سطحی می شود، خطوط جریان فلزی پیوسته و دست نخورده را تشکیل می دهد و تنش پسماند فشاری مفیدی را روی سطح رزوه ایجاد می کند. رزوه های نورد شده در مقایسه با رزوه های چرخشی معمولی، استحکام خستگی قابل ملاحظه ای بالاتری از خود نشان می دهند.
علاوه بر این، درمانهای تقویتکننده سطح مانند کربونیتریدینگ، نیترید کردن و لایهبرداری شات میتوانند ریزساختارهای سطح را اصلاح کنند، عیوب ریز سطح را از بین ببرند و تنش فشاری پسماند یکنواخت را ایجاد کنند. این درمانها از شروع و انتشار ترکهای خستگی جلوگیری میکنند و به طور قابلتوجهی استحکام خستگی و عملکرد بار{1} کلی پیچها را بهبود میبخشند.
