Mehaanilised seadmed ja teraskonstruktsioonid on kokku pandud erinevatest komponentidest, millest enamik on keermestatud kinnitusdetailidega fikseeritult ühendatud. Keermestatud kinnitusdetailide rike põhjustab otseselt seadme talitlushäireid. Rasketel juhtudel võib see põhjustada seadmete seiskamist, konstruktsiooni kokkuvarisemist ja isegi vigastusi.

Arvestades kinnitusdetailide rikete sagedast esinemissagedust ja tõsiseid ohte, peavad tehnikud süstemaatiliselt analüüsima esilekutsuvaid tegureid ning sõnastama sihipärased parandus- ja ennetusmeetmed, et kõrvaldada põhimõtteliselt kinnitusrikked.

Kinnitusdetailide rikked jagunevad peamiselt kahte kategooriasse. Esimene kategooria on poltide purunemise rike, mis põhjustab ühendatud konstruktsioonide hetkelise eraldumise ja põhjustab tavaliselt tõsiseid seadmete rikkeid ja ohutusõnnetusi. Teise kategooriasse kuuluvad niidipaaride lõdvenemine ja niidi libiseminepoldid või mutrid, mis tekitab ühendatud osade vahel väikese suhtelise nihke ja põhjustab seadme osalise talitlushäire ja töö täpsuse vähenemise.

Kinnitusdetailide rike on progresseeruv protsess. Väike lõdvenemine ilma õigeaegse ravita halveneb jätkuvalt ja põhjustab lõpuks poltide ja mutrite täieliku eraldumise, põhjustades suuri ohutusõnnetusi. Praktilistes rakendustes mõistab enamik töötajaid valesti, et poldi purunemise põhjuseks on ainult materjalidefektid ja mutrite halvast kvaliteedist tingitud mutri lõdvenemine, jättes samas tähelepanuta põhiprobleemid, nagu ebamõistlik konstruktsiooniprojekt ja mittestandardsed montaažiprotsessid. Käesolevas artiklis analüüsitakse süstemaatiliselt erinevate poltide purunemise rikete põhjuseid projekteerimise ja montaaži vaatenurgast.

1 Nihkemurd

Poldi nihkemurd esineb enamasti keermestatud ühendustes puhta eelkoormuse all. Nihkemurru pind asub kahe ühendatud osa ühendusliideses, moodustades väikese sileda ja heleda nihkeala. Konkreetsed rikete põhjused on kokku võetud järgmiselt.

1.1 Disaini põhjused

(1) Liigesliidese ebapiisav hõõrdetegur või valesti valitud poldi spetsifikatsioonid põhjustavad ebapiisava eelkoormuse. Kui ühenduspinna hõõrdejõud on väiksem kui põiki töökoormus, mida väljendatakse valemiga fF′＜F (kus f on liidese hõõrdetegur, F′ on poldi eelkoormus ja F on põiktöökoormus), tekib ühendatud komponentide vahel suhteline libisemine. Poldi varrele avaldatakse augu seinast väljapressimist ja nihkejõudu. Kui nihkepinge ületab poldi materjali nihketugevuse, toimub nihkemurd. Löögikoormuse all liikuvad komponendid on sellistele riketele vastuvõtlikumad. Konstruktsioonide projekteerimisel saab koormust vähendavaid osi ja positsioneerimisõlgasid kasutada põikkoormuse kandmiseks, nii et poldid ühendavad ainult tõmbejõudu ilma nihkejõuta.

(2) Ilma lõdvenemisvastaste konstruktsioonideta kinnitusvahendeid rakendatakse vibreerivates töötingimustes. Seadme pikaajaline vibratsioon lõdvendab keermepaari ja nõrgendab poldi eelkoormust, mille tagajärjeks on liidese ebapiisav hõõrdumine ja edasine komponentide libisemine ja poldi nihkemurd. Vibratsioonikeskkonnas töötavate konstruktsioonide puhul tuleks kasutada spetsiaalseid lõdvenemisvastaseid kinnitusvahendeid, nagu Spiralock-mutrid ja valdava pöördemomendiga lukustusmutrid, et vältida lõdvenemist.

1.2 Kokkupanemise põhjused

Koostu ebapiisav pingutusmoment põhjustab ebastandardse poldi eelpinge ja liidese ebapiisava hõõrdumise. Välised koormused põhjustavad komponentide suhtelist libisemist ja lõpuks poldi nihkemurdumist. Poltide pingutusmoment on teraskonstruktsioonide projekteerimisel ja mootori kokkupanemisel kriitiline protsessinäitaja ning nõuab ranget kontrolli. Teistes tööstusharudes jäetakse see aga sageli tähelepanuta standardiseeritud pöördemomendi juhtimise puudumise tõttu. Praktiliste rikete korral on enamik keerme lõdvenemise ja purunemise tõrkeid põhjustatud sobimatust montaažipöördemomendist.

Keermepaari kinnitusjõu tekitavad pöörlevad mutrid või poldid ja see on positiivses korrelatsioonis montaaži pöördemomendiga. Et tagada eelpinge vastavus projekteerimisnõuetele, peab montaaži pöördemoment olema protsessidokumentides selgelt määratletud ja seda tuleb töö ajal rangelt rakendada. Montaaži pöördemomendi arvutamise valem on järgmine:

M=KPD

Kus: M – montaaži pöördemoment (Nm); K - pöördemomendi koefitsient; P - kavandatud eelkoormus (kN); D – poldi nimiläbimõõt (mm).

Tavalises konstruktsioonis on poldi eelkoormus seatud vahemikku 60–80% materjali voolavuspiirist, ohutusteguriga üle 1,2. Erinevate spetsifikatsioonide ja tugevusklassidega poltide voolavuskoormusele võib viidata GB/T 3098.1.

Pöördemomendi koefitsient määratakse keermepaaride hõõrdeteguri ja nendevahelise kontaktpinna järgikinnitusvahendid ja ühendatud osad. Seda mõjutavad pinnatöötlus, tugevuse täpsus, geomeetriline tolerants, keerme täpsus, tugipinna karedus ja konstruktsiooni jäikus. Pinnatöötlus on domineeriv tegur. Erinevad pinnatöötlused põhjustavad suuri erinevusi pöördemomendi koefitsiendis, kuni peaaegu kahekordsed. Sama spetsifikatsiooni ja tugevusega keermepaaride puhul on fosfaaditöötluse pöördemomendi koefitsient umbes 0,13 kuni 0,15, samas kui mustamise töötlemise pöördemomendi koefitsient on vahemikus 0,26 kuni 0,30.

Seetõttu tekitavad fosfaadi- ja mustamistöötlusega kinnitusdetailid sama montaažipöördemomendi juures peaaegu kahekordse eelkoormuse erinevuse. Pöördemomendi koefitsienti tuleb katsete abil kalibreerida. Kinnitusdetailide tootjad peavad rangelt kontrollima pinnatöötlusprotsesse, et tagada iga partii ühtlane pöördemomendi koefitsient. Kasutajad ei tohi meelevaldselt muuta pinnatöötluse nõudeid, et vältida ebapiisavat eelkoormust, poldi venitamist või pöördemomendi koefitsiendi kõikumisest tingitud murdumist.

2 Väsimusmurd

Väsimusmurd on üks levinumaid poltide purunemise viise. Enamik väsimusrikkeid tulenevad tootmisdefektidest, sealhulgas ebasujuvad üleminekufileed poldipeade all, keermejuure filee ebapiisav raadius, pinnakriimud ja materjali lisandid. Samal ajal on mittestandardne kokkupanek ka oluline stiimul väsimusmurdude ja võimalike ohutusõnnetuste korral.

Võttes näiteks autode rattapoldid, võimaldab konstruktsioonikonstruktsioon rattapoltidel ilma otsese radiaalkoormuseta taluda ainult aksiaalset eelkoormust. Ebapiisav montaaži pöördemoment põhjustab ebapiisava eelkoormuse ja ebapiisava hõõrdumise rattarummu ja poolvõlli vahel, põhjustades sõiduki töötamise ajal suhtelist libisemist.

Ratta kiire pöörlemise ajal pöörleb polt perioodiliselt koos rummuga. Poldi varrele avaldatakse augu seina mõlemalt küljelt vahelduv ekstrusioonijõud, mille tulemuseks on kõrgsageduslikud tsüklilised radiaalkoormused. Pikaajaline tsükliline koormus tekitab ja laiendab väsimuspraod, mis lõpuks viib poldi väsimusmurdeni.

Kui rattapoldid purunevad pärast sõiduki kasutamist, jälgivad inspektorid enne edasise süvaanalüüsi läbiviimist esmalt purunemise morfoloogiat, et hinnata esialgset väsimuse riket.

3 Ülekoormusmurd

Ülekoormusmurd viitab tõmbemurdele, kui kogu aksiaalne koormus ületab poldi materjali lubatud piiri. Kuna keermestatud sektsiooni efektiivne kandepind on tugevama pingekontsentratsiooniga sileda varre omast väiksem, tekib ülekoormusmurd enamasti keermestatud lõigul, mida on võimalik murdemorfoloogiaga esialgselt tuvastada.

Klassi 8,8 poldid näitavad pärast ülekoormusmurdmist ilmset kaelust; Klassi 10.9 poldid on kerge kaelusega; Klassi 12.9 ülitugevatel poltidel pole tavalistes ülekoormustingimustes põhimõtteliselt kaelastusomadusi.

Ilmne kaelus võib ilmneda ka klasside 8.8–12.9 poltide puhul, mille materjalid on ebapiisavad, kuumtöötlemine on ebapiisav, karastamine on puudulik või südamiku ebapiisav kõvadus. Seetõttu on ülekoormusmurru hindamise kriteeriumid järgmised:

(1) Kaelusega luumurdude korral tehakse näidiskatse vastavalt standardile GB/T 3098.1. Ülekoormusmurru saab kinnitada, kui südamiku kõvadus on kvalifitseeritud.

(2) Metallograafiline analüüs on vajalikKlassi 12.9 ülitugevad poldidülekoormusmurru määramiseks, sest keermepinna defektid ja materjalidefektid võivad samuti põhjustada keermeosa murdumist ning neid ei saa hinnata pelgalt välimuse järgi.

Ülekoormusmurrud tekivad peamiselt poltühendustes aksiaalkoormuse all, millel on kolm peamist põhjust:

a. Liiga kõrge montaažipöördemoment põhjustab eelkoormuse ületamist poldi materjali voolavuspiirist, mille tulemuseks on poldi venitamine või purunemine montaaži käigus.

b. Liigne montaaži eelkoormus poldi voolavuspiiri lähedal. Seadme töötamise ajal kannab polt nii jääk-eelkoormust kui ka töökoormust. Kahe materjali tugevuspiiri ületava koormuse superpositsioon põhjustab ülekoormusmurru. Pideva töökoormuse korral põhjustab suurem koostu eelkoormus suurema jääk-eelkoormuse ja suurema ülekoormusriski.

c. Vale poldi valik ebapiisava nimiläbimõõduga keermega, mis ei vasta konstruktsiooniprojekti laagrinõuetele.

4 Poldi purunemine, mille põhjustas koostu ekstsentriline koormus

Ekstsentrilisest koormusest tingitud poldi purunemine on tüüpiline montaažiprotsessi rike. Poldi tugipinnal võib täheldada ilmselgeid poolkuukujulisi kulumisjälgi, kusjuures tegelik laagripindala moodustab vaid 1/4 kuni 1/3 kogu tugipinnast ja pingejaotus on väga ebaühtlane. Murde lähedal asuv poldi vars paindub pinge suunaga vastupidiselt, näidates tüüpilisi ekstsentrilisi painde- ja murdeomadusi.

Poltide ekstsentrilise koormuse rike on peamiselt põhjustatud kahest tegurist:

Esiteks on ühendatud osade kontakti tugipind kaldu või ebaühtlane, mille tulemuseks on lokaalne pingepoldi peaja ekstsentrilise koormuse moodustamine, mis on selle rikkejuhtumi peamine põhjus.

Teiseks põhjustab poldi varre liigne sirgusviga või paindedeformatsioon monteerimisel loomupärase ekstsentrilise koormuse.

Kaht tüüpi ekstsentrilisi koormusi erinevad oluliselt pingeasendi ja varre paindesuuna poolest, mida saab eristada tugipinna pingejälgede ja poldi deformatsiooni suuna järgi.

5 Järeldus

Kinnitusdetailide rikked, nagu purunemine, keerme libisemine ja lõdvenemine, ei ole alati põhjustatud toote kvaliteedi defektidest. Kui kinnitusrike ilmneb, tuleb järgida standardseid tõrkeotsingu protseduure:

Esiteks säilitage ebaõnnestunud proovid täielikult ja kaitske purunemispindu rooste, kokkupõrke ja sekundaarsete kahjustuste eest, et tagada täpne rikete analüüs.

Teiseks määrake murru morfoloogia, proovi välimuse, pinna pingejälgede ja tegelike töötingimuste põhjal esialgselt kindlaks rikke tüüp ja meeldetuletus.

Kolmandaks viige läbi professionaalsed füüsikalised ja keemilised testid, sealhulgas metallograafiline analüüs ja kõvaduse tuvastamine. Kui materjali- ja kuumtöötlusnäitajad vastavad riiklikele standarditele, tuleneb rike konstruktsiooni projekteerimisest või montaažiprotsessist; vastasel juhul on see kinnitusdetailide kvaliteediviga.

Neljandaks formuleerige sihipärased parandus- ja ennetusmeetmed vastavalt kinnitatud rikete põhjustele, standardiseerige disaini spetsifikatsioonid ja optimeerige koosteprotsesse, et vältida sarnaste rikete kordumist.