Mašinska oprema i čelične konstrukcije sastavljene su od različitih komponenti, od kojih je većina čvrsto spojena navojnim spojnicama. Neispravnost navojnih pričvršćivača direktno dovodi do kvara opreme. U teškim slučajevima može uzrokovati gašenje opreme, urušavanje konstrukcije, pa čak i nesreće s ličnim ozljedama.

S obzirom na veliku učestalost i ozbiljne opasnosti od kvara pričvršćivača, tehničari moraju sistematski analizirati faktore koji izazivaju i formulisati ciljane mjere ispravljanja i prevencije kako bi se kvarovi pričvršćivanja u potpunosti eliminisali.

Kvarovi pričvršćivača uglavnom su podijeljeni u dvije kategorije. Prva kategorija je lom vijka, koji uzrokuje trenutno odvajanje spojenih struktura i obično rezultira teškim kvarovima opreme i sigurnosnim nesrećama. Druga kategorija uključuje otpuštanje para niti i klizanje koncavijci ili matice, što proizvodi mali relativni pomak između povezanih dijelova i dovodi do djelomičnog kvara opreme i smanjene točnosti rada.

Otkazivanje zatvarača je progresivan proces. Manje otpuštanje bez pravovremenog tretmana će nastaviti da se pogoršava i na kraju će uzrokovati potpuno odvajanje vijaka i matica, izazivajući velike sigurnosne nesreće. U praktičnim primjenama, većina osoblja pogrešno shvaća da je lomljenje vijaka isključivo uzrokovano defektima materijala i otpuštanjem matice zbog loše kvalitete matice, dok zanemaruju ključne probleme kao što su nerazuman konstrukcijski dizajn i nestandardni procesi montaže. U ovom radu sistematski se analiziraju uzroci raznih lomova vijka iz perspektive projektiranja i montaže.

1 Smična fraktura

Smični lom vijka se uglavnom javlja u navojnim spojevima pod čistim prednaprezanjem. Površina smične frakture nalazi se na spoju dva povezana dijela, predstavljajući malu glatku i svijetlu posmičnu površinu. Specifični uzroci kvara su sažeti kako slijedi.

1.1 Dizajn Uzroci

(1) Nedovoljan koeficijent trenja na spoju ili nepravilno odabrane specifikacije vijaka dovode do neadekvatnog prednaprezanja. Kada je sila trenja na površini spoja manja od poprečnog radnog opterećenja, izraženog formulom fF′＜F (gdje je f koeficijent trenja međupovršine, F′ predopterećenje vijka, a F poprečno radno opterećenje), dolazi do relativnog klizanja između spojenih komponenti. Drška vijka je izložena ekstruziji i sili smicanja iz zida rupe. Jednom kada napon na smicanje premaši smičnu čvrstoću materijala zavrtnja, dolazi do smicanja loma. Pokretne komponente pod udarnim opterećenjima su podložnije takvom kvaru. U konstrukcijskom dizajnu, dijelovi za smanjenje opterećenja i ramena za pozicioniranje mogu se usvojiti da podnose poprečna opterećenja, tako da vijci samo preuzimaju vlačnu vezu bez smične sile ležaja.

(2) Pričvršćivači bez konstrukcija protiv labavljenja primjenjuju se u vibrirajućim radnim uvjetima. Dugotrajne vibracije opreme labave par navoja i umanjuju predopterećenje zavrtnja, što rezultira nedovoljnim trenjem međupovršine i dodatnim proklizavanjem komponenti i posmičnim lomom vijka. Za konstrukcije koje rade u okruženjima vibracija, specijalne pričvršćivače protiv otpuštanja, kao što su Spiralock matice i matice za zaključavanje preovlađujućeg momenta treba usvojiti kako bi se spriječilo otpuštanje otpuštanja.

1.2 Uzroci sklapanja

Nedovoljan moment zatezanja pri montaži dovodi do nestandardnog prednaprezanja zavrtnja i neadekvatnog trenja među interfejsom. Vanjska opterećenja uzrokuju relativno klizanje komponenti i na kraju rezultiraju posmičnim lomom vijka. Moment zatezanja vijaka je kritičan indikator procesa u inženjerstvu čeličnih konstrukcija i montaži motora i zahtijeva strogu kontrolu. Međutim, često se zanemaruje u drugim industrijama zbog nedostatka standardiziranog upravljanja momentom. U praktičnim slučajevima kvarova, većina kvarova navoja i loma uzrokovana je neodgovarajućim momentom montaže.

Sila stezanja para navoja stvara se rotirajućim navrtkama ili vijcima i u pozitivnoj je korelaciji sa momentom montaže. Kako bi se osiguralo da prednapon ispunjava zahtjeve dizajna, moment montaže mora biti jasno specificiran u procesnim dokumentima i striktno implementiran tokom rada. Formula za izračunavanje momenta montaže je sljedeća:

M=KPD

Gdje je: M - montažni moment (Nm); K - koeficijent obrtnog momenta; P - Projektovani prednapon (kN); D - Nazivni prečnik vijka (mm).

U konvencionalnom dizajnu, prednaprezanje vijaka je postavljeno unutar 60% do 80% granice popuštanja materijala sa sigurnosnim faktorom iznad 1,2. Opterećenje popuštanja vijaka različitih specifikacija i razreda čvrstoće može se uputiti na GB/T 3098.1.

Koeficijent momenta određen je koeficijentom trenja parova navoja i kontaktne površine između njihpričvršćivači i spojenih dijelova. Na njega utiču površinska obrada, preciznost čvrstoće, geometrijska tolerancija, tačnost navoja, hrapavost potporne površine i strukturna krutost. Obrada površine je dominantan faktor. Različiti površinski tretmani dovode do velikih razlika u koeficijentu obrtnog momenta, do skoro duplo. Za parove navoja sa istim specifikacijama i čvrstoćom, koeficijent obrtnog momenta obrade fosfatiranjem je oko 0,13 do 0,15, dok se tretman zacrnjenjem kreće od 0,26 do 0,30.

Stoga, spojni elementi sa tretmanima fosfatiranja i zacrnjivanja proizvode skoro dvostruku razliku prednaprezanja pod istim momentom montaže. Koeficijent obrtnog momenta mora biti kalibriran eksperimentima. Proizvođači zatvarača moraju strogo kontrolirati procese površinske obrade kako bi osigurali konzistentne koeficijente momenta svake serije. Korisnici ne smiju proizvoljno mijenjati zahtjeve za površinsku obradu kako bi izbjegli nedovoljno prednaprezanje, istezanje vijaka ili lom uzrokovan fluktuacijom koeficijenta obrtnog momenta.

2 Fraktura od umora

Zamorni lom je jedan od najčešćih načina kvara vijaka. Većina kvarova zbog zamora proizlazi iz grešaka u proizvodnji, uključujući neravne prelazne kutije ispod glava vijaka, nedovoljan radijus korijena navoja, površinske ogrebotine i inkluzije materijala. U međuvremenu, nestandardna montaža je također važan poticaj za lomove zbog zamora i potencijalne sigurnosne nezgode.

Uzimajući za primjer zavrtnje automobilskih kotača, konstrukcijski dizajn omogućava da vijci kotača nose samo aksijalno predopterećenje bez direktnog radijalnog opterećenja. Nedovoljan obrtni moment montaže dovodi do neadekvatnog predopterećenja i nedovoljnog trenja između glavčine točka i poluosovine, što uzrokuje relativno proklizavanje tokom rada vozila.

Tokom velike brzine rotacije kotača, vijak se povremeno rotira s glavčinom. Drška vijka je izložena naizmjeničnom ekstruzijskom silom s obje strane zida rupe, što rezultira visokofrekventnim cikličnim radijalnim opterećenjima. Dugotrajno ciklično djelovanje opterećenja pokreće i širi zamorne pukotine, što na kraju dovodi do loma zamora vijka.

Kada dođe do loma vijaka kotača nakon rada vozila, inspektori će prvo promatrati morfologiju loma kako bi preliminarno ocijenili kvar zbog zamora prije nego što provedu daljnju dubinsku analizu.

3 Lom preopterećenja

Lom od preopterećenja odnosi se na vlačni lom kada ukupno aksijalno opterećenje premašuje dozvoljenu granicu materijala vijka. Budući da je efektivna nosiva površina presjeka s navojem manja od glatke drške s većom koncentracijom naprezanja, prelom preopterećenja uglavnom nastaje na navojnom dijelu, što se preliminarno može identificirati morfologijom loma.

Vijci stepena 8.8 pokazuju očigledno grlo nakon loma preopterećenja; Vijci razreda 10.9 imaju blagi grlić; Vijci visoke čvrstoće razreda 12.9 u osnovi nemaju karakteristike grla pod normalnim uslovima preopterećenja.

Očigledno grčenje se takođe može pojaviti kod vijaka od 8.8 do 12.9 od nekvalifikovanih materijala, neadekvatne termičke obrade, nepotpunog gašenja ili nedovoljne tvrdoće jezgra. Stoga su kriteriji procjene za lom od preopterećenja specificirani kako slijedi:

(1) Za lomove sa vratom, ispitivanje uzorka vrši se u skladu sa GB/T 3098.1. Lom od preopterećenja može se potvrditi ako je tvrdoća jezgra kvalificirana.

(2) Metalografska analiza je potrebna zaVijci visoke čvrstoće klase 12.9za određivanje loma od preopterećenja, jer defekti površine navoja i defekti materijala također mogu uzrokovati lom presjeka navoja i ne mogu se suditi samo po izgledu.

Lom preopterećenja uglavnom se javlja u vijčanim spojevima pod aksijalnim opterećenjem, s tri osnovna uzroka:

a. Previše veliki obrtni moment pri montaži uzrokuje da prednaprezanje premašuje granicu tečenja materijala zavrtnja, što dovodi do istezanja vijaka ili loma tokom montaže.

b. Preveliko predopterećenje pri montaži blizu granice popuštanja vijka. Tokom rada opreme, vijak nosi i zaostalo predopterećenje i radno opterećenje. Superpozicija dvaju opterećenja koja prelaze granicu čvrstoće materijala uzrokuje lom od preopterećenja. Pod konstantnim radnim opterećenjem, veće predopterećenje montaže dovodi do većeg preostalog predopterećenja i većeg rizika od preopterećenja.

c. Nepravilan odabir vijaka sa nedovoljnim nominalnim prečnikom navoja koji ne zadovoljava zahtjeve ležaja u konstrukcijskom dizajnu.

4 Lom vijka uzrokovan ekscentričnim opterećenjem sklopa

Lom vijka zbog ekscentričnog opterećenja je tipičan kvar u procesu montaže. Očigledni tragovi habanja u obliku polumjeseca mogu se uočiti na površini potporne vijke, pri čemu stvarna površina ležaja čini samo 1/4 do 1/3 ukupne površine potpore i vrlo neravnomjerna raspodjela naprezanja. Drška vijka u blizini loma se savija suprotno od smjera naprezanja, pokazujući tipično ekscentrično savijanje i karakteristike loma.

Otkazivanje ekscentričnog opterećenja vijaka uglavnom je uzrokovano dva faktora:

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

Drugo, prevelika greška u ravnosti ili deformacija savijanja drške vijka uzrokuje inherentno ekscentrično opterećenje tokom montaže.

Dvije vrste ekscentričnih opterećenja značajno se razlikuju po položaju naprezanja i smjeru savijanja drške, što se može razlikovati po tragovima naprezanja na površini potpore i smjeru deformacije vijka.

5 Zaključak

Kvarovi pričvršćivača kao što su lom, klizanje navoja i labavljenje nisu uvijek uzrokovani inherentnim nedostacima kvaliteta proizvoda. Standardizirane procedure za rješavanje problema moraju se slijediti kada dođe do kvara pričvršćivanja:

Prvo, potpuno sačuvajte neuspjele uzorke i zaštitite površine loma od hrđe, sudara i sekundarnog oštećenja kako biste osigurali preciznu analizu kvara.

Drugo, preliminarno odredite vrstu loma i indukciju na osnovu morfologije loma, izgleda uzorka, tragova površinskog naprezanja i stvarnih radnih uslova.

Treće, sprovedite profesionalne fizičke i hemijske testove uključujući metalografsku analizu i detekciju tvrdoće. Ako pokazatelji materijalne i termičke obrade ispunjavaju nacionalne standarde, kvar je rezultat konstrukcijskog dizajna ili procesa montaže; u suprotnom se potvrđuje kao nedostatak kvaliteta zatvarača.

Četvrto, formulirajte ciljane mjere ispravljanja i prevencije prema potvrđenim uzrocima kvarova, standardizirajte specifikacije dizajna i optimizirajte procese montaže kako biste izbjegli ponavljanje sličnih kvarova.