Почему болты ослабевают и что такое предварительная нагрузка?

5 причин ослабления болтов

Недостаточная затяжка

Недостаточно затянутые или неправильно затянутые болты по своей природе недотянуты, и если они ослаблены, соединение не имеет достаточной силы зажима, чтобы удерживать детали вместе. Это может привести к боковому скольжению между двумя частями, и болт будет подвергаться ненужному сдвиговому напряжению, что в конечном итоге может привести к поломке болта.

вибрация

Испытания болтовых соединений на вибрацию показали, что множество малых «поперечных» перемещений вызывают перемещение относительно друг друга двух частей соединения, а также головки болта или гайки и соединяемых частей.

Эти повторяющиеся движения устраняют трение между болтом и соединяемыми частями. В конце концов, вибрация приведет к тому, что болт «раскрутится» на резьбе, и соединение потеряет сцепление.

вставлять

Инженеры, проектирующие и разрабатывающие натяжение болтов, допускают период обкатки, потерю предварительного натяга, во время которого болт ослабевает в затяжке.

Это ослабление происходит из-за захвата между головкой болта и/или гайкой, резьбой и сопрягаемыми поверхностями соединяемых деталей и может происходить как в мягких материалах, таких как композиты, так и в твердых полированных металлах.

Если соединение не спроектировано должным образом или если болт не имеет заданного натяжения в начале, заделка соединения может привести к потере зажимного усилия, и требуемое минимальное зажимное усилие не будет достигнуто.

Между поверхностями соединения имеются микроскопические неровности, а неровности будут раздавлены и навсегда пластически деформированы под действием силы предварительной затяжки болта после затяжки, так что длина зажима болта будет уменьшена, и, наконец, предварительная затяжка сила болта уменьшится.

Ползучесть прокладки и тепловое расширение

Многие болтовые соединения включают тонкую мягкую прокладку между головкой болта и поверхностью соединения для герметизации соединения от утечки газа или жидкости. Сама шайба также действует как пружина, отскакивая под давлением болта и сопрягаемых поверхностей.

Со временем, особенно при высоких температурах или агрессивных химикатах, прокладка может «расползаться», что означает, что она теряет свою эластичность, что приводит к потере прижимной силы.

Если болты и соединения изготовлены из разных материалов, быстрое расширение или сжатие материала болта из-за быстрых изменений окружающей среды или чрезмерных температурных перепадов из-за промышленных циклических процессов может привести к ослаблению болтов.

шок

Ударная нагрузка — большие ударные нагрузки превышают силу трения при предварительном натяге болта, что приводит к проскальзыванию.

Динамические или знакопеременные нагрузки от машин, генераторов, ветряных турбин и т. д. могут вызывать механические удары — силы удара, приложенные к болту или соединению, — заставляя болты скользить относительно друг друга.

Как и вибрация, это проскальзывание может в конечном итоге привести к ослаблению болта. Даже удар часто не считается такой большой нагрузкой при проектировании стыковых соединений.

Что такое предварительная загрузка?

Термин, который имеет много значений в технике. Одним из них является напряжение (нагрузка), развиваемое застежкой при первоначальном затягивании. Когда болт растягивается, компоненты между болтом и гайкой сжимаются, увеличивая так называемую зажимную нагрузку до завершения процесса затяжки.

Опасности незатянутых болтов

Утечка через фланец

Ротор вентилятора отделен от гондолы

Болты крепления вибрации корабельного двигателя отваливаются

Вибрационные соединительные болты корабельного двигателя отвалились и покатились вместе с кораблем, что привело к дальнейшему повреждению оборудования.

В болтовом соединении затягивание гайки фактически удлиняет болт, как натяжение пружины. Это тянущее усилие, или натяжение, создает противодействующую зажимную силу, плотно удерживая две части соединенного элемента вместе.

Если болт ослаблен, усилие зажима будет ослаблено.

Ослабленные болты - это больше, чем просто головная боль. Если соединения не затягивать быстро, может начаться утечка жидкости или газа, могут сломаться болты, может быть повреждено оборудование или может произойти катастрофа.

полностью заправленная ракета-носитель

болтовые рельсы

«Лучшее средство против ослабления — убедиться, что сила предварительного затягивания достаточна для предотвращения таких проблем, как проскальзывание и раскрытие соединения».

Из вышеприведенного анализа видно, что существует три причины ослабления из-за недостаточного или уменьшенного усилия предварительной затяжки. Поэтому требуется специальный контроль силы предварительной затяжки болтов для контроля риска ослабления.

Пока усилие предварительной затяжки достаточно для удовлетворения требований, пока длина зажима не слишком мала (например, lk больше или равна 3d), даже если существует определенная вибрационная нагрузка, болт, как правило, не расслабить себя.

Сочетание хорошей конструкции болтового соединения, надлежащего развития усилия зажима и надлежащей блокировки болтов может надежно закрепить болтовые соединения, чтобы справиться со многими проблемами ослабления, представленными здесь.

Хорошее болтовое соединение будет спроектировано с использованием болтов и гаек соответствующего размера и типа, а также с указанием оптимального натяжения для достижения силы зажима, необходимой для сохранения целостности соединения.

Надлежащее усилие зажима в приложении требует правильного уровня натяжения (предварительного натяжения) каждого болта, который должен поддерживаться на этом уровне в течение всего срока службы.

Поэтому очень важно поддерживать правильное натяжение болтов. Ультразвуковые волны можно использовать для измерения осевой силы болтов во время проектирования, чтобы убедиться, что усилие предварительной затяжки болтов соответствует проектным требованиям.