Sie fragen sich vielleicht: Wie kann es zu Ermüdungserscheinungen bei einem Bolzen aus Metall kommen? Tatsächlich kann nach der Verarbeitung von Kohlenstoffstahl zu Schrauben eine langfristige zyklische Belastung zu Spannungskonzentrationen in lokalen Bereichen führen, wenn die anfänglichen technischen Parameter und mechanischen Eigenschaften nicht den Anforderungen entsprechen. Wenn diese Spannung ein kritisches Niveau erreicht, bilden sich winzige Risse in der Schraube -. Dies ist nur das erste Stadium der Ermüdung. Wenn die Anzahl der Belastungszyklen ein bestimmtes Maß erreicht, breiten sich die Risse aus und führen schließlich zu einem plötzlichen Bruch. Dies ist der Mechanismus und die Folge von Bolzenermüdungsversagen.
Warum tritt Müdigkeit auf?Schrauben aus Kohlenstoffstahl? Ist die Wahrscheinlichkeit einer Ermüdung bei Schrauben mit höherer-Festigkeit höher? Erstens hängt die Ermüdung nicht direkt mit der Festigkeit der Schraube zusammen. Gewöhnliche Schrauben stellen geringere Anforderungen an die Festigkeit und werden unter milden Bedingungen verwendet, bei denen die Ermüdungseffekte begrenzt sind. Hochfeste Schrauben werden jedoch in Umgebungen mit strengen Zuganforderungen eingesetzt, was natürlich das Ermüdungsrisiko erhöht. Aus diesem Grund treten in der Praxis die meisten Ermüdungsausfälle aufhoch-feste SchraubenDies bedeutet jedoch nicht, dass gewöhnliche Schrauben niemals ermüden -, sie unterliegen lediglich geringeren Wartungsanforderungen.
Die Hauptursache für Schraubenermüdung ist die wiederholte Änderung der lokalen Spannung bei zyklischer Belastung, die zu einer kumulativen Schädigung von Schwachstellen und schließlich zur Bildung von Rissen führt. Der Prozess ist wie folgt: Durch die Belastung werden zunächst die gefährdeten Bereiche des Bolzens erodiert, nach und nach treten Mikrorisse auf, die Risse wachsen mit der Zeit, und sobald sie eine kritische Länge erreichen, bricht der Bolzen plötzlich. Eine Langzeitanalyse zeigt, dass der Stress, der Ermüdung verursacht, nicht groß sein muss; sie kann sogar deutlich geringer sein als die Streckgrenze der Schraube. Daher weist die Bruchfläche nach einem Ermüdungsbruch in der Regel keine offensichtliche Verformung oder Biegung durch äußere Kraft auf.
Basierend auf der obigen Analyse können wir den Herstellungsprozess verbessern, um die Ermüdungsbeständigkeit von Schrauben zu erhöhen. Schauen Sie sich das folgende Diagramm an:
Verstärktes GewindeDas obige Diagramm zeigt ein optimiertes Gewindeprofil mit abgerundetem Grund (R--Radius). Ermüdungsrisse treten meist an den Gewindewurzeln und unter dem Schraubenkopf auf, sodass eine Änderung des grundlegenden Gewindeherstellungsprozesses Ermüdungserscheinungen wirksam verhindern kann. Vergleichen wir es mit gewöhnlichen Threads:
Gewöhnliches Gewinde Das obige Gewinde ist ein Standardgewinde mit scharfen Ecken an der Wurzel. Solche rechtwinkligen Strukturen reagieren sehr empfindlich auf Spannungsänderungen und sind anfällig für Ermüdungsbrüche. Wie bereits erwähnt, ist der Bereich unter dem Schraubenkopf ein weiterer kritischer Ort für Ermüdungsversagen, wie im Diagramm dargestellt:
Schraubenermüdungsprozess: Unter Verwendung des gleichen Prinzips wie beim Gewindegrundradius können wir an der Verbindung zwischen Schraubenkopf und Schaft innerhalb des zulässigen Konstruktionsbereichs einen Kehlungsradius in der richtigen Größe hinzufügen.
