U vijčanim spojevima vlačnog-tipa, ukupna čvrstoća spoja uglavnom je određena kapacitetom-nosivosti samog vijka. Na čvrstoću vijaka utječe više faktora, uključujući svojstva materijala, strukturni oblik, dimenzionalne parametre, proizvodne procese i tehnike sastavljanja. Kako bi se učinkovito poboljšala nosivost, otpornost na zamor i ukupna pouzdanost vijčanih spojeva, povećanje čvrstoće može se postići strukturnom optimizacijom, poboljšanjem procesa i standardizacijom montaže. Ovaj članak sustavno predstavlja ključne tehničke mjere za poboljšanje čvrstoće vijčanih spojeva.
01 Poboljšanje raspodjele opterećenja među zubima navoja
Kada se koriste standardne obične matice, aksijalno opterećenje je neravnomjerno raspoređeno na svaki uključeni zavoj navoja. Počevši od nosive površine matice, prvi navoj nosi najveći dio opterećenja, a opterećenje se postupno smanjuje na sljedećim navojima. Teorijska analiza i eksperimentalna provjera pokazuju da veći broj zavoja navoja dovodi do veće neravnomjernosti opterećenja. Navoji iza 8. do 10. zavoja jedva podnose ikakvo opterećenje. Stoga jednostavno povećanje debljine matice i zavoja navoja ne može poboljšati čvrstoću vijčanih spojeva.
Viseće zatezne matice mogu značajno poboljšati raspodjelu opterećenja navoja. Konusni viseći dio matice i drška vijka podliježu sinkronoj vlačnoj deformaciji, smanjujući razliku u usponu deformacije izmeđumatica i vijak, čime se postiže ravnomjerna raspodjela opterećenja na sve uključene niti. Prstenaste -matice s žljebovima rade na sličnom principu, učinkovito izjednačavajući naprezanje navoja, poboljšavajući učinkovitost zahvata navoja i povećavajući ukupnu čvrstoću spoja.
02 Izbjegavanje i smanjenje dodatnog naprezanja na savijanje
U procesima projektiranja, strojne obrade i sastavljanja, vijci su skloni dodatnom naprezanju savijanja uzrokovanom strukturalnim pogreškama, odstupanjima obrade i ne-standardnom ugradnjom. Dodatno naprezanje na savijanje uvelike smanjuje čvrstoću vijka na zamor i služi kao glavni uzrok loma vijka, koji se mora eliminirati u praksi projektiranja i montaže.
Kada se vijci postavljaju na neobrađene grube površine odljevaka ili otkovaka, neravne kontaktne površine lako uzrokuju ekscentrično opterećenje i savijanje vijka. U inženjerskim primjenama, izbočine i ležišta za bušotine obično se usvajaju s preciznim rezanjem kako bi se oblikovale ravne površine ležaja. To osigurava potpuno pristajanje na površinu, eliminira ekscentričnost montaže i sprječava stvaranje dodatnog naprezanja na savijanje.
03 Smanjenje koncentracije strukturnog naprezanja
Korijeni navoja i prijelazna zona između glave i drške vijka tipična su područja koncentracije naprezanja i kritična mjesta-sklona kvaru. Među tim područjima, koncentracija naprezanja u korijenu navoja ima najznačajniji utjecaj na zamornu čvrstoću vijka. Optimiziranje strukturne geometrije za smanjenje koncentracije naprezanja ključno je za proširenjevijakživot umora.
Uobičajene mjere optimizacije uključuju povećanje radijusa zaobljenja korijena navoja za ublažavanje vrhova lokalnog naprezanja, povećanje prijelaznog zaobljenja između glave i drške vijka i projektiranje-reljefnih utora i zareza na mjestima visokog-naprezanja. Ove metode raspršuju koncentrirano naprezanje, smanjuju vršne vrijednosti naprezanja i poboljšavaju otpornost vijka na lom.
04 Smanjenje amplitude stresa za poboljšanje performansi umora
Pod stalnim maksimalnim radnim naprezanjem, manja amplituda naprezanja rezultira boljom izvedbom zamora i duljim vijekom trajanja zamora. Sa stalnim radnim opterećenjem i preostalim prednaprezanjem, smanjenje krutosti vijka ili povećanje krutosti povezanih komponenti može učinkovito smanjiti amplitudu naprezanja i povećati čvrstoću na zamor. U takvim slučajevima, predopterećenje treba odgovarajuće povećati kako bi se osigurala pouzdanost veze.
Uobičajene metode za smanjenje krutosti vijka uključuju povećanje efektivne duljine vijka, umjereno smanjenje promjera glatke drške, usvajanje šupljih fleksibilnih struktura vijka i ugradnju elastičnih elemenata ispod matice kako bi se postigao učinak fleksibilnog vijka. Fleksibilni vijci imaju veliku sposobnost deformacije i odličnu apsorpciju energije, što ih čini prikladnim za radne uvjete s udarnim i vibracijskim opterećenjima.
Kako bi se poboljšala krutost spojenih komponenti, treba izbjegavati deformabilne brtve niske krutosti jer kompresija brtvila povećava disparitet krutosti i povećava amplitudu naprezanja vijka. Za brtvene spojeve poželjni su visoko{2}}stabilni brtveni prstenovi kako bi se održala ukupna krutost veze i optimizirala raspodjela naprezanja.
05 Optimiziranje procesa proizvodnje vijaka
Proizvodni procesi izravno određuju mikrostrukturu površine, stanje zaostalog naprezanja i učinak zamora vijaka, posebno začelični vijci-visoke čvrstoće. Valjanje navoja uvodi površinsko otvrdnjavanje, oblikuje kontinuirane i netaknute linije toka metala i stvara korisno zaostalo naprezanje na površini navoja. Valjani navoji pokazuju znatno veću čvrstoću na zamor u usporedbi s konvencionalno tokarenim navojima.
Nadalje, tretmani za ojačavanje površine kao što su karbonitriranje, nitriranje i shot peening mogu poboljšati površinske mikrostrukture, eliminirati površinske mikrodefekte i uvesti jednoliko zaostalo tlačno naprezanje. Ovi tretmani inhibiraju početak i širenje zamornih pukotina i značajno poboljšavaju zamornu čvrstoću i ukupnu nosivost-opterećenja vijaka.
