Strojarska oprema i čelične konstrukcije sastavljene su od različitih komponenti od kojih je većina čvrsto povezana navojnim spojnicama. Kvar navojnih pričvrsnih elemenata izravno dovodi do kvara opreme. U teškim slučajevima može uzrokovati gašenje opreme, kolaps konstrukcije, pa čak i ozljede.

S obzirom na visoku učestalost i ozbiljne opasnosti od kvara pričvršćivača, tehničari moraju sustavno analizirati čimbenike koji izazivaju i formulirati ciljane mjere za ispravljanje i prevenciju kako bi se otklonili kvarovi pričvršćivača iz temelja.

Kvarovi pričvršćivača uglavnom se dijele u dvije kategorije. Prva kategorija je lom vijka, koji uzrokuje trenutačno odvajanje povezanih struktura i obično rezultira ozbiljnim kvarovima na opremi i sigurnosnim nezgodama. Druga kategorija uključuje labavljenje para niti i iskliznuće nitivijci ili matice, što stvara mali relativni pomak između povezanih dijelova i dovodi do djelomičnog kvara opreme i smanjene točnosti rada.

Kvar pričvršćivača je progresivan proces. Manje labavljenje bez pravodobnog tretmana nastavit će se pogoršavati i na kraju uzrokovati potpuno odvajanje vijaka i matica, izazivajući velike sigurnosne nezgode. U praktičnim primjenama većina osoblja krivo shvaća da je lom vijka isključivo uzrokovan greškama u materijalu i otpuštanjem matice zbog loše kvalitete matice, dok zanemaruje osnovne probleme kao što su nerazuman strukturni dizajn i ne-standardni procesi sklapanja. U ovom se radu sustavno analiziraju uzroci različitih lomova vijaka iz perspektive projektiranja i montaže.

1 Prijelom smicanja

Posmični lom vijka uglavnom se događa kod navojnih spojeva pod čistim predopterećenjem. Lomna površina posmicanja nalazi se na dodirnoj površini dva povezana dijela, predstavljajući malo glatko i svijetlo područje posmicanja. Konkretni uzroci kvara sažeti su kako slijedi.

1.1 Dizajn uzroci

(1) Nedovoljan koeficijent trenja na sučelju zgloba ili nepravilno odabrane specifikacije vijka dovode do neadekvatnog predopterećenja. Kada je sila trenja na površini spoja manja od poprečnog radnog opterećenja, izraženog formulom fF′＜F (gdje je f koeficijent trenja sučelja, F′ je predopterećenje vijka, a F poprečno radno opterećenje), dolazi do relativnog klizanja između povezanih komponenti. Stablo vijka je izloženo istiskivanju i posmičnoj sili od stijenke otvora. Jednom kada smično naprezanje premaši posmično čvrstoću materijala vijka, dolazi do loma smicanja. Pokretne komponente pod udarnim opterećenjima osjetljivije su na takav kvar. U konstrukcijskom dizajnu, dijelovi koji-smanjuju opterećenje i ramena za pozicioniranje mogu se prilagoditi za podnošenje poprečnih opterećenja, tako da vijci preuzimaju samo vlačnu vezu bez podnošenja posmične sile.

(2) Spojni elementi bez struktura protiv popuštanja primjenjuju se u vibrirajućim radnim uvjetima. Dugotrajne-vibracije opreme olabavljuju par navoja i smanjuju predopterećenje vijka, što dovodi do nedovoljnog trenja međupovršine i daljnjeg klizanja komponente i loma vijka posmikom. Za konstrukcije koje rade u okruženjima s vibracijama, potrebno je usvojiti posebne pričvršćivače protiv -otpuštanja kao što su Spiralock matice i sigurnosne matice s prevladavajućim zakretnim momentom kako bi se spriječilo neuspjeh otpuštanja.

1.2 Uzroci sklapanja

Nedovoljan moment pritezanja sklopa dovodi do nestandardnog prednaprezanja vijka i neadekvatnog trenja na sučelju. Vanjska opterećenja uzrokuju relativno klizanje komponenti i na kraju rezultiraju lomom vijka posmikom. Moment zatezanja vijaka kritičan je pokazatelj procesa u inženjeringu čeličnih konstrukcija i sastavljanju motora i zahtijeva strogu kontrolu. Međutim, često se zanemaruje u drugim industrijama zbog nedostatka standardiziranog upravljanja momentom. U praktičnim slučajevima kvarova, većina grešaka u vezi s labavljenjem navoja i lomom uzrokovana je neprikladnim momentom sklopa.

Sila stezanja para navoja stvara se rotirajućim maticama ili vijcima iu pozitivnoj je korelaciji s momentom sklopa. Kako bi se osiguralo da predopterećenje zadovoljava zahtjeve dizajna, moment montaže mora biti jasno naveden u procesnim dokumentima i strogo primjenjivan tijekom rada. Formula za izračun momenta sklopa je sljedeća:

M=KPD

Gdje je: M - moment montaže (Nm); K - Koeficijent momenta; P - Projektirano predopterećenje (kN); D - Nazivni promjer vijka (mm).

U konvencionalnom dizajnu, prednaprezanje vijka je postavljeno unutar 60% do 80% čvrstoće materijala sa sigurnosnim faktorom iznad 1,2. Opterećenje popuštanja vijaka s različitim specifikacijama i stupnjevima čvrstoće može se uputiti na GB/T 3098.1.

Koeficijent zakretnog momenta određen je koeficijentom trenja parova niti i kontaktne površine izmeđuspojnicei spojene dijelove. Na njega utječu obrada površine, preciznost čvrstoće, geometrijska tolerancija, točnost navoja, hrapavost potporne površine i strukturalna krutost. Površinska obrada služi kao dominantan faktor. Različite površinske obrade dovode do velikih razlika u koeficijentu zakretnog momenta, čak do gotovo dvostruko. Za parove navoja s istim specifikacijama i čvrstoćom, koeficijent zakretnog momenta tretmana fosfatiranjem je oko 0,13 do 0,15, dok se kod tretmana crnjenjem kreće od 0,26 do 0,30.

Stoga, pričvršćivači s tretmanima fosfatiranja i crnjenja proizvode gotovo dvostruku razliku prednaprezanja pod istim momentom sklopa. Koeficijent zakretnog momenta mora se kalibrirati eksperimentima. Proizvođači zatvarača moraju strogo kontrolirati procese površinske obrade kako bi osigurali dosljedne koeficijente zakretnog momenta svake serije. Korisnici ne smiju samovoljno mijenjati zahtjeve za površinsku obradu kako bi izbjegli nedovoljno predopterećenje, istezanje vijka ili lom uzrokovan fluktuacijom koeficijenta momenta.

2 Prijelom zamora

Zamorni lom jedan je od najčešćih oblika otkazivanja vijaka. Većina kvarova uslijed zamora proizlazi iz grešaka u proizvodnji, uključujući neglatke prijelazne kutove ispod glava vijaka, nedovoljan radijus korijena korijena navoja, površinske ogrebotine i uključke materijala. U međuvremenu, ne-standardna montaža također je važan poticaj za lomove uslijed zamora i potencijalne sigurnosne nezgode.

Uzimajući za primjer vijke automobilskih kotača, konstrukcijski dizajn omogućuje vijcima kotača da podnose samo aksijalno predopterećenje bez izravnog radijalnog opterećenja. Nedovoljan sklopni moment dovodi do neadekvatnog predopterećenja i nedovoljnog trenja između glavčine kotača i poluosovine, uzrokujući relativno klizanje tijekom rada vozila.

Tijekom-brzine vrtnje kotača, vijak se povremeno okreće s glavčinom. Stablo vijka podvrgnuto je izmjeničnoj sili istiskivanja s obje strane stijenke rupe, što rezultira visoko{2}}cikličkim radijalnim opterećenjima visoke frekvencije. Dugo-djelovanje cikličkog opterećenja pokreće i širi pukotine nastale zamorom, što na kraju dovodi do loma vijka uslijed zamora.

Kada dođe do loma vijaka kotača nakon rada vozila, inspektori će prvo promatrati morfologiju loma kako bi preliminarno procijenili slom uslijed zamora prije provođenja daljnje-dubinske analize.

3 Prijelom preopterećenja

Lom zbog preopterećenja odnosi se na lom zbog istezanja kada ukupno aksijalno opterećenje premašuje dopuštenu granicu materijala vijka. Budući da je djelotvorna nosiva površina navojnog dijela manja od površine glatkog drška s većom koncentracijom naprezanja, lom preopterećenja uglavnom se događa na navojnom dijelu, što se može preliminarno identificirati morfologijom loma.

Vijci stupnja 8.8 pokazuju očigledan vrat nakon loma od preopterećenja; Vijci stupnja 10.9 imaju blagi vrat; Vijci visoke-čvrstoće stupnja 12.9 u osnovi nemaju svojstva grla u normalnim uvjetima preopterećenja.

Očito grlo se također može pojaviti kod vijaka razreda 8.8 do 12.9 s nekvalificiranim materijalima, neadekvatnom toplinskom obradom, nepotpunim kaljenjem ili nedovoljnom tvrdoćom jezgre. Stoga su kriteriji prosudbe za lom uslijed preopterećenja navedeni kako slijedi:

(1) Za lomove s grlom, ispitivanje uzorka mora se provesti u skladu s GB/T 3098.1. Lom od preopterećenja može se potvrditi ako se kvalificira tvrdoća jezgre.

(2) Metalografska analiza potrebna je zaVijci visoke čvrstoće stupnja 12.9-kako bi se odredio lom preopterećenja, jer defekti površine navoja i defekti materijala također mogu uzrokovati lom navojnog dijela i ne može se prosuditi samo prema izgledu.

Prijelom preopterećenja uglavnom se javlja u vijčanim spojevima pod aksijalnim opterećenjima, s tri primarna uzroka:

a. Pretjerano veliki moment pri montaži uzrokuje da predopterećenje premaši granicu popuštanja materijala vijka, što rezultira istezanjem ili lomom vijka tijekom montaže.

b. Pretjerano predopterećenje sklopa blizu granice razvlačenja vijka. Tijekom rada opreme, vijak nosi i preostalo predopterećenje i radno opterećenje. Superpozicija dvaju opterećenja koja prelaze granicu čvrstoće materijala uzrokuje lom preopterećenja. Pod stalnim radnim opterećenjem, veće predopterećenje sklopa dovodi do većeg zaostalog predopterećenja i većeg rizika od preopterećenja.

c. Neispravan odabir vijka s nedovoljnim nominalnim promjerom navoja koji ne zadovoljava zahtjeve ležaja u konstrukcijskom dizajnu.

Puknuće 4 vijka uzrokovano ekscentričnim opterećenjem sklopa

Lom vijka zbog ekscentričnog opterećenja tipičan je kvar u procesu montaže. Na potpornoj površini vijka mogu se uočiti očiti tragovi istrošenosti u-obliku polumjeseca, pri čemu stvarna nosiva površina čini samo 1/4 do 1/3 ukupne potporne površine i vrlo neravnomjerna raspodjela naprezanja. Držak vijka u blizini loma savija se suprotno od smjera naprezanja, pokazujući tipične karakteristike ekscentričnog savijanja i loma.

Kvar vijaka zbog ekscentričnog opterećenja uglavnom je uzrokovan dvama čimbenicima:

Prvo, kontaktna potporna površina spojenih dijelova je nagnuta ili neravna, što rezultira lokalnim naprezanjem naglava vijkai formiranje ekscentričnog opterećenja, što je glavni uzrok ovog slučaja kvara.

Drugo, prekomjerna pogreška ravnosti ili deformacija savijanja drške vijka uzrokuje inherentno ekscentrično opterećenje tijekom sastavljanja.

Dvije vrste ekscentričnih opterećenja značajno se razlikuju u položaju naprezanja i smjeru savijanja drške, koji se mogu razlikovati kroz tragove naprezanja površine potpore i smjer deformacije vijka.

5 Zaključak

Kvarovi pričvršćivača kao što su lom, klizanje niti i labavljenje nisu uvijek uzrokovani inherentnim nedostacima kvalitete proizvoda. Standardizirani postupci za rješavanje problema moraju se slijediti kada dođe do kvara pričvršćivanja:

Prvo, u potpunosti sačuvajte neispravne uzorke i zaštitite površine prijeloma od hrđe, sudara i sekundarnog oštećenja kako biste osigurali točnu analizu kvara.

Drugo, preliminarno odredite vrstu kvara i uzrok na temelju morfologije loma, izgleda uzorka, tragova površinskog naprezanja i stvarnih radnih uvjeta.

Treće, provedite profesionalna fizikalna i kemijska ispitivanja uključujući metalografsku analizu i otkrivanje tvrdoće. Ako pokazatelji materijala i toplinske obrade zadovoljavaju nacionalne standarde, greška potječe od konstrukcijskog dizajna ili procesa montaže; u protivnom se potvrđuje kao greška u kvaliteti zatvarača.

Četvrto, formulirati ciljane mjere ispravljanja i prevencije prema potvrđenim uzrocima kvarova, standardizirati specifikacije dizajna i optimizirati procese sklapanja kako bi se izbjeglo ponavljanje sličnih kvarova.