Болтовете са избор на закопчалка в много индустрии и приложения, поради простата причина, че се отстраняват лесно. Това обаче ги прави уязвими към саморазхлабване и загуба на предварително натоварване.

В зависимост от приложението, разхлабването на болта може да има дълбоки последици. Разхлабеният болт може да спре цялото производствено съоръжение и да струва на компанията хиляди долари, докато при други приложения разхлабените болтове могат да представляват значителна опасност за безопасността. И така, кои са основните причини за разхлабване на болтовете? Най-общо казано, има две основни причини: спонтанно разхлабване и разхлабване.

разхлабват

„Основните причини и последици от повредата зависят от предназначението на болтовите съединения, околната среда и като цяло индустрията“, казва Георг Дингер, Siegenia-Aubi KG, който е проучил причините и ефектите от самозатягащите се болтове. .

„Например, нефтохимическата индустрия се занимава главно с проблеми с корозията, докато умората и разхлабването от вибрации често са незначителни. От друга страна, автомобилната индустрия вероятно ще разгледа самонастройката и корозията като първите два въпроса. Основните проблеми на стоманодобивната индустрия са хлъзгането и корозията на съединенията, но разхлабването и течовете са по-рядко срещани. Авиационната индустрия вероятно изброява умората на първо място «.

„Многократните относителни измествания между контактните повърхности под въздействието на въртящия момент на стъблото, произтичащи от въртящия момент на стъпката на резбата, могат да доведат до постепенно въртене на болта или гайката“, продължава Дингер. „Това води до загуба на предварително натоварване и съответно до загуба на функция на болтовата връзка. Ефектът е добре известен, но профилактиката обикновено се извършва експериментално само след появата на саморазхлабващи събития «.

Основните причини за разхлабване на болта:

Спонтанно разхлабване на болта: удар, вибрация, динамично натоварване
Пуснете - уреждане, пълзене, отпускане

За да се избегне спонтанно разхлабване, приплъзването между съединените части трябва да се премахне или поне да се намали до нива под критичните. Това може да се постигне чрез увеличаване на аксиалното напрежение, увеличаване на триенето между затегнатите части или намаляване на цикличното натоварване, например удар, вибрация или циклично топлинно натоварване.

Друг често срещан метод е да се увеличи триенето между резбите на болта. Има няколко решения за това и въпреки че някои от тях са ефективни, те имат и своите недостатъци. Лепилото или лепилата могат да бъдат ефективен метод, основан на триене, но сухото лепило може да бъде проблематично, когато става въпрос за разглобяване и отстраняване на болта. В допълнение, увеличаването на триенето между резбите би намалило предварителното натоварване, постижимо при определено ниво на въртящ момент. Кабелната ключалка е често срещан метод в авиационната индустрия.

Умората е трайно увреждане или деформация на болта и закрепените части. Причинява се от загубата на предварително натоварване, което води до отваряне на ставата. Има два основни механизма за загуба на предварително натоварване: спонтанно разхлабване и разхлабване.

Спонтанното разхлабване или ротационното саморазхлабване е по същество, когато болтът се върти свободно поради удар, вибрации или динамични натоварвания. Дори леко завъртане може да бъде достатъчно, за да може болтовото съединение да загуби цялото си предварително натоварване. Това е най-честата причина за разхлабване на болта. Разхлабването се причинява от три механизма: уреждане, пълзене и отпускане.

Клирънсът е критичен, когато възникне поради динамични натоварвания. Това е постоянната деформация на закрепения материал, когато фугата е подложена на повишен стрес от динамични натоварвания, обяснява Харлен Сеов, технически мениджър на Nord-Lock Group. „Повечето части на болтовото съединение ще се оформят отново след освобождаване, ако напрежението върху частите не е надхвърлило техните характеристики. Някои материали върху контактната повърхност, като боя, вероятно ще се деформират трайно “, казва той.

Ако материалът се уталожи, дори няколко микрона, разтягането на болта ще намалее и ще доведе до загуба на предварително натоварване.

Деформацията е трайна деформация, която възниква поради продължително излагане на високи нива на напрежение под якостта на материалите в съединението. Той е по-тежък при приложения с висока температура.

Релаксацията е, когато микроструктурата в материалите на фугата се преструктурира, превръщайки съществуващата еластична деформация в пластична деформация за определен период от време. За разлика от уреждането или пълзенето, дължината на скобата не се променя, което затруднява откриването. „Един от начините за измерване на загубата на предварително натоварване е да се измери дължината на болта след период на експлоатация и да се сравни с дължината на болта веднага след затягането“, добавя Seow. „Това обаче няма да открие релаксация, което го прави по-проблематичен“.

Ключът към избягването на умората е добрият дизайн, който придоби значение през последните години поради увеличеното търсене на много болтови съединения и увеличеното използване на леки материали. Важно е не само да се съсредоточите върху опънната способност на болтовете, така че се пренебрегват и други параметри, като еластичност и твърдост, които също могат да бъдат важни.

„Правилният дизайн на уплътнението е ключът към постигането на висока якост на свързване с триене с високо ниво на предварително натоварване и по този начин висока устойчивост на приплъзване през целия живот“, казва Дингер. „Досега фокусът на инженерите по проекти беше върху неуспеха при счупване на болтове. Други механизми за отказ стават все по-важни, тъй като производителността се увеличава и теглото на ставите намалява. „Механизмите за саморазхлабване и отпускане с предварително натоварване са все по-често срещани при леките конструкции“.

В зависимост от болта и приложението и причината за загубата на предварително натоварване, обикновено има множество опции за проектиране на по-оптимални болтови връзки.

„В случаите, когато има топлинно натоварване, съединението може да бъде оптимизирано, като се изберат материали със същия коефициент на топлинно разширение за затегнатите части“, казва Дингер. „За да помогне за минимизиране на утаяването и поддържане на високо предварително натоварване по време на работа, това може да намали грапавостта между контактните повърхности. Измервания като диаметър на фини отвори или назъбени повърхности могат да помогнат за минимизиране на относителното изместване «.

„Като цяло - казва Соу, - една добра болтова връзка е изградена от много еластични болтове и много твърди скоби и има различни начини да се постигне това. Един от начините да подобрите еластично болта е да имате дълга скоба. Но ако имате фланец, където дължината на скобата не може да бъде твърде голяма, можете да промените дизайна, като използвате повече, но по-малки болтове. Така че вместо да използвате пет болта, можете да използвате десет по-малки болта, които ще създадат по-еластично съединение «.

Като цяло постигането на оптимално болтово съединение включва разглеждане на множество променливи и опции за проектиране.