В нашем промышленном производстве болты часто ломаются, так почему же они ломаются? Сегодня этот вопрос рассматривается в основном с четырех точек зрения.
На самом деле, большинство поломок болтов происходит из-за ослабления крепления, и они ломаются именно из-за ослабления. Поскольку ситуация с ослаблением и поломкой болта примерно такая же, как и с усталостным разрушением, в конечном итоге мы всегда можем определить причину, исходя из предела усталостной прочности. На самом деле, предел усталостной прочности настолько велик, что мы не можем себе его представить, и болтам вообще не требуется предел усталостной прочности во время эксплуатации.
Во-первых, разрушение болта происходит не из-за его предела прочности на растяжение:
В качестве примера рассмотрим высокопрочный болт M20×80 класса 8.8. Его вес составляет всего 0,2 кг, а минимальная прочность на растяжение — 20 т, что в 100 000 раз превышает его собственный вес. Обычно мы используем его для крепления деталей весом до 20 кг, задействуя лишь одну тысячную часть его максимальной грузоподъемности. Даже под действием других сил в оборудовании он не сможет пробить детали, вес которых в тысячу раз превышает их собственный вес, поэтому прочность резьбового крепежа достаточна, и болт не может быть поврежден из-за недостаточной прочности.
Во-вторых, разрушение болта произошло не из-за усталостной прочности болта:
В эксперименте по ослаблению крепежа при поперечной вибрации его можно ослабить только сто раз, тогда как в эксперименте по определению усталостной прочности необходимо произвести миллион вибраций. Другими словами, резьбовой крепеж ослабевает, когда используется одна десятитысячная часть его усталостной прочности, а мы используем лишь одну десятитысячную часть его большой мощности, поэтому ослабление резьбового крепежа не связано с усталостной прочностью болта.
В-третьих, настоящая причина повреждения резьбовых соединений — это ослабление креплений:
После ослабления крепежного элемента генерируется огромная кинетическая энергия mv², которая непосредственно воздействует на крепежный элемент и оборудование, вызывая его повреждение. После повреждения крепежного элемента оборудование не может работать в нормальном режиме, что в дальнейшем приводит к его поломке.
Резьба крепежного элемента, подверженного осевой нагрузке, разрушается, и болт вырывается.
В случае крепежных элементов, подверженных радиальной нагрузке, болт срезается, и отверстие для болта имеет овальную форму.
Четвертый шаг – выбор метода фиксации резьбы с превосходным эффектом, что является основополагающим для решения проблемы:
Рассмотрим в качестве примера гидравлический молот. Вес гидравлического молота GT80 составляет 1,663 тонны, а его боковые болты — это 7 комплектов болтов M42 класса 10.9. Сила натяжения каждого болта составляет 110 тонн, а усилие предварительного натяжения рассчитывается как половина силы натяжения, и в итоге усилие предварительного натяжения достигает трехсот-четырехсот тонн. Однако болт сломается, и теперь его нужно заменить на болт M48. Основная причина в том, что фиксация болта не решает эту проблему.
Когда болт ломается, люди легко приходят к выводу, что его прочности недостаточно, поэтому большинство из них прибегают к методу увеличения класса прочности болта по диаметру. Этот метод позволяет увеличить усилие предварительного затягивания болта, а также усилие трения. Конечно, при этом улучшается и эффект предотвращения ослабления. Однако этот метод на самом деле является непрофессиональным, требующим больших вложений и приносящим слишком мало прибыли.
Короче говоря, суть болта такова: «Если его не ослабить, он сломается».
Дата публикации: 29 ноября 2022 г.
