Angesichts des Titels fragen sich manche vielleicht: Wie kann ein Bolzen, der aus einem Stück Metall besteht, Ermüdungserscheinungen erleiden? Wenn Bolzen aus Kohlenstoffstahl zu den von uns benötigten Produkten verarbeitet werden und bestimmte technische Parameter und mechanische Eigenschaften von Anfang an nicht den Anforderungen entsprechen, üben sie im Dauereinsatz im Laufe der Zeit allmählich Kraft auf ihre lokalen Bereiche aus. Wenn diese Kraft den kritischen Punkt erreicht, entstehen winzige Risse in der Schraube. Die Bildung solcher Risse ist nur der erste Schritt der Ermüdung. Wenn die Anzahl der Zyklen ein bestimmtes Niveau erreicht, führen die Risse direkt zum Bruch. Dies ist das Phänomen und die Folge der Schraubenermüdung.
Warum also?Schrauben aus Kohlenstoffstahlunter Müdigkeit leiden? Stimmt es, dass Schrauben mit höherer Festigkeit anfälliger für Ermüdung sind? Erstens hat die Schraubenermüdung keinen direkten Zusammenhang mit der Festigkeit selbst. Es ist nur so, dass für gewöhnliche Schrauben geringere Festigkeitsanforderungen gelten, sodass ihre Anwendungsumgebung keine übermäßige Ermüdungswirkung auf sie ausübt. Allerdings stellt die Anwendungsumgebung hoch{2}}fester Schrauben bestimmte Anforderungen an die Zugfestigkeit, was den Ermüdungseffekt der Schrauben unsichtbar erhöht. Daher sind die meisten Bolzenermüdungserscheinungen, denen wir im täglichen Leben ausgesetzt sind, mit der Zeit verbundenhoch-feste Schrauben, aber das bedeutet nicht, dass gewöhnliche Schrauben keiner Ermüdung unterliegen-es ist nur so, dass unsere Anforderungen an gewöhnliche Schrauben bei deren Verwendung nicht hoch sind.
Schauen wir uns die Ursache der Schraubenermüdung weiter an: Es ist die Änderung der lokalen Beanspruchung während des zyklischen Gebrauchs, die zu einem gewissen Grad an Schäden an den Schwachstellen der Schraube führt und schließlich zur Bildung von Rissen führt. Der Prozess sollte also wie folgt ablaufen: Zuerst werden durch die Spannung die Schwachstellen der Schraube erodiert, dann bilden sich Risse in der Schraube. Mit der Zeit werden die Risse immer größer. An einem bestimmten kritischen Punkt bricht der Bolzen plötzlich. Nach einer Langzeitanalyse haben wir herausgefunden, dass für die Erzeugung einer solchen Ermüdungsbeanspruchung keine große äußere Kraft erforderlich ist. Manchmal ist die auf die Schraube ausgeübte Spannung viel geringer als die Streckgrenze der Schraube. Daher sind nach einem ermüdungsbedingten Bruch einer Schraube an der Bruchfläche überhaupt keine Anzeichen einer durch äußere Kräfte verursachten Verformung oder Biegung erkennbar.
Basierend auf der obigen Analyse können wir einige grundlegende Herstellungsprozesse entsprechend anpassen, um die Ermüdungsfestigkeit der Schrauben zu verbessern. Schauen wir uns ein Diagramm an:
Das obige Diagramm zeigt die Thread-Struktur. Wir können den Abstand zwischen den Gewinden mit einem R-Winkel gestalten. Da Ermüdungsbrüche meist an den Gewindewurzeln und im Bereich unter dem Schraubenkopf auftreten, kann die Anpassung einiger grundlegender Gewindeherstellungsprozesse Ermüdungserscheinungen wirksam verhindern. Wir können es mit gewöhnlichen Threads vergleichen:
Das Obige ist ein gewöhnliches Gewinde, bei dem zwischen den Gewindezähnen ein rechter Winkel gebildet wird. Dieser rechte Winkel reagiert direkt auf Spannungsänderungen, sodass solche rechtwinkligen Gewinde anfällig für Ermüdungsbrüche sind. Wie bereits zuvor analysiert, ist neben dem Gewinde auch der Bereich unter dem Schraubenkopf ein Bereich mit hohem -Risiko für Ermüdungsbrüche. Schauen wir uns das Diagramm an:
Nach dem gleichen Prinzip wie der R-Winkel für Gewinde können wir auch einen R-Winkel innerhalb des zulässigen Bereichs an der Verbindungsstelle zwischen Schraubenkopf und Gewinde herstellen.
