Mekanik ekipman ve çelik yapılar, çoğu dişli bağlantı elemanlarıyla sabit bir şekilde bağlanan çeşitli bileşenlerden monte edilir. Dişli bağlantı elemanlarının arızalanması doğrudan ekipmanın arızalanmasına yol açar. Ciddi durumlarda ekipmanın kapanmasına, yapısal çökmeye ve hatta kişisel yaralanma kazalarına neden olabilir.

Bağlantı elemanı arızasının yüksek sıklığı ve ciddi tehlikeleri göz önüne alındığında, teknisyenlerin tetikleyici faktörleri sistematik olarak analiz etmesi ve sabitleme arızalarını temelden ortadan kaldırmak için hedeflenen düzeltme ve önleme tedbirlerini formüle etmesi gerekir.

Bağlantı elemanı arızaları temel olarak iki kategoriye ayrılır. İlk kategori, bağlı yapıların anında ayrılmasına neden olan ve genellikle ciddi ekipman arızaları ve güvenlik kazalarıyla sonuçlanan cıvata kırılması arızasıdır. İkinci kategori, iplik çiftinin gevşemesini ve iplik kaymasını içerir.cıvata veya somunbağlı parçalar arasında çok küçük bir göreceli yer değiştirmeye neden olur ve kısmi ekipman arızasına ve çalışma doğruluğunun azalmasına yol açar.

Bağlantı elemanı arızası ilerleyen bir süreçtir. Zamanında müdahale edilmeyen küçük gevşemeler bozulmaya devam edecek ve sonunda cıvata ve somunların tamamen ayrılmasına neden olarak büyük güvenlik kazalarını tetikleyecektir. Pratik uygulamalarda çoğu personel, mantıksız yapısal tasarım ve standart dışı montaj süreçleri gibi temel sorunları göz ardı ederken, cıvata kırılmasının yalnızca malzeme kusurlarından ve somun gevşemesinin düşük somun kalitesinden kaynaklandığını yanlış anlıyor. Bu makale, çeşitli cıvata kırılması arızalarının nedenlerini tasarım ve montaj perspektifinden sistematik olarak analiz etmektedir.

1 Kesme Kırığı

Cıvata kesme kırılması çoğunlukla saf ön yük altındaki dişli bağlantılarda meydana gelir. Kayma kırılma yüzeyi, küçük, pürüzsüz ve parlak bir kesme alanı sunan, birbirine bağlı iki parçanın bağlantı arayüzünde bulunur. Belirli arıza nedenleri aşağıda özetlenmiştir.

1.1 Tasarım Nedenleri

(1) Bağlantı arayüzündeki yetersiz sürtünme katsayısı veya yanlış seçilmiş cıvata özellikleri, yetersiz ön yüklemeye yol açar. Bağlantı yüzeyindeki sürtünme kuvveti, fF'＜F formülüyle ifade edilen enine çalışma yükünden daha az olduğunda (burada f, arayüz sürtünme katsayısıdır, F' cıvata ön yüküdür ve F, enine çalışma yüküdür), bağlı bileşenler arasında göreceli kayma meydana gelir. Cıvata sapı delik duvarından ekstrüzyon ve kesme kuvvetine maruz kalır. Kayma gerilimi cıvata malzemesinin kesme mukavemetini aştığında kesme kırılması meydana gelir. Darbe yükleri altında hareket eden bileşenler bu tür arızalara daha duyarlıdır. Yapısal tasarımda, yük azaltıcı parçalar ve konumlandırma omuzları enine yükleri taşıyacak şekilde uyarlanabilir, böylece cıvatalar kesme kuvveti taşımadan yalnızca çekme bağlantısını üstlenir.

(2) Gevşemeyi önleyici yapısı olmayan bağlantı elemanları titreşimli çalışma koşullarında uygulanır. Uzun süreli ekipman titreşimi diş çiftini gevşetir ve cıvata ön yükünü azaltır, bu da yetersiz arayüz sürtünmesine ve daha fazla bileşen kaymasına ve cıvata kesme kırılmasına neden olur. Titreşim ortamlarında çalışan yapılar için, gevşeme arızasını önlemek amacıyla Spiralock somunları ve geçerli tork kilitli somunlar gibi gevşemeyi önleyen özel bağlantı elemanları kullanılmalıdır.

1.2 Montaj Nedenleri

Yetersiz montaj sıkma torku, standardın altında cıvata ön yüküne ve yetersiz arayüz sürtünmesine yol açar. Dış yükler bileşenlerin göreceli kaymasına neden olur ve sonuçta cıvatanın kesme kırılmasına neden olur. Cıvata sıkma torku, çelik yapı mühendisliğinde ve motor montajında ​​kritik bir süreç göstergesidir ve sıkı kontrol gerektirir. Ancak diğer endüstrilerde standartlaştırılmış tork yönetiminin olmayışı nedeniyle sıklıkla ihmal edilmektedir. Pratik arıza durumlarında, çoğu diş gevşemesi ve kırılma hatası, uygun olmayan montaj torkundan kaynaklanır.

Bir diş çiftinin sıkma kuvveti, dönen somunlar veya cıvatalar tarafından üretilir ve montaj torku ile pozitif olarak ilişkilidir. Ön yükün tasarım gereksinimlerini karşıladığından emin olmak için montaj torku süreç belgelerinde açıkça belirtilmeli ve çalışma sırasında sıkı bir şekilde uygulanmalıdır. Montaj torku hesaplama formülü aşağıdaki gibidir:

M=KPD

Burada: M - Montaj torku (Nm); K - Tork katsayısı; P - Tasarlanan ön yük (kN); D - Nominal cıvata çapı (mm).

Geleneksel tasarımda cıvata ön yükü, 1,2'nin üzerinde bir güvenlik faktörü ile malzeme akma dayanımının %60 ila %80'i arasında ayarlanır. Farklı spesifikasyonlara ve mukavemet derecelerine sahip cıvataların akma yükü GB/T 3098.1'e bakılabilir.

Tork katsayısı, iplik çiftlerinin sürtünme katsayısı ve aralarındaki temas yüzeyi tarafından belirlenir.bağlantı elemanları ve bağlantılı parçalar. Yüzey işlemi, mukavemet hassasiyeti, geometrik tolerans, diş doğruluğu, destek yüzeyi pürüzlülüğü ve yapısal sertlikten etkilenir. Yüzey işlemi baskın faktör olarak hizmet eder. Farklı yüzey işlemleri tork katsayısında neredeyse iki katına kadar büyük farklılıklara yol açar. Aynı spesifikasyona ve dayanıklılığa sahip iplik çiftleri için fosfatlama işleminin tork katsayısı yaklaşık 0,13 ila 0,15 iken kararma işleminin tork katsayısı 0,26 ila 0,30 arasında değişir.

Bu nedenle, fosfatlama ve karartma işlemlerine tabi tutulan bağlantı elemanları, aynı montaj torku altında neredeyse iki kat ön yük farkı üretir. Tork katsayısı deneylerle kalibre edilmelidir. Bağlantı elemanı üreticileri, her partinin tutarlı tork katsayılarını sağlamak için yüzey işleme süreçlerini sıkı bir şekilde kontrol edecektir. Kullanıcılar, yetersiz ön yüklemeyi, cıvata esnemesini veya tork katsayısı dalgalanmasından kaynaklanan kırılmayı önlemek için yüzey işleme gereksinimlerini keyfi olarak değiştirmemelidir.

2 Yorulma Kırığı

Yorulma kırılması en yaygın cıvata arıza modlarından biridir. Yorulma arızalarının çoğu, cıvata başları altındaki düzgün olmayan geçiş dolguları, yetersiz diş kökü dolgu yarıçapı, yüzey çizikleri ve malzeme kalıntıları dahil olmak üzere üretim hatalarından kaynaklanır. Bu arada, standart dışı montaj da yorulma kırılması ve olası güvenlik kazaları için önemli bir nedendir.

Otomobil bijon cıvatalarını örnek olarak alırsak, yapısal tasarım bijon cıvatalarının doğrudan radyal yük olmadan yalnızca eksenel ön yükü taşımasına olanak tanır. Yetersiz montaj torku, yetersiz ön yüke ve tekerlek göbeği ile yarım mil arasında yetersiz sürtünmeye yol açarak aracın çalışması sırasında göreceli kaymaya neden olur.

Yüksek hızlı tekerlek dönüşü sırasında cıvata, göbekle birlikte periyodik olarak döner. Cıvata sapı, delik duvarının her iki yanından gelen alternatif ekstrüzyon kuvvetine maruz kalır ve bu da yüksek frekanslı döngüsel radyal yüklere neden olur. Uzun vadeli döngüsel yük etkisi yorulma çatlaklarını başlatır ve genişletir, sonuçta cıvata yorulma kırılmasına yol açar.

Aracın çalıştırılmasından sonra bijon cıvatası kırılması meydana geldiğinde, denetçiler daha ayrıntılı bir analiz yapmadan önce yorulma arızasına ön karar vermek için ilk olarak kırılma morfolojisini gözlemleyeceklerdir.

3 Aşırı Yük Kırığı

Aşırı yük kırılması, toplam eksenel yükün cıvata malzemesinin izin verilen sınırını aşması durumunda çekme kırılmasını ifade eder. Dişli bölümün etkili yatak alanı, daha ciddi gerilim konsantrasyonuna sahip düz sapınkinden daha küçük olduğundan, aşırı yük kırılması çoğunlukla dişli bölümde meydana gelir ve bu, kırılma morfolojisi ile ön tanım olarak belirlenebilir.

Derece 8.8 cıvatalar, aşırı yük kırılmasından sonra bariz bir boyun eğme gösterir; 10.9 kalite cıvatalarda hafif bir boyunlanma mevcuttur; 12.9 sınıfı yüksek mukavemetli cıvatalar, normal aşırı yük koşullarında temel olarak boyun verme özelliğine sahip değildir.

Niteliksiz malzeme, yetersiz ısıl işlem, eksik söndürme veya yetersiz çekirdek sertliği içeren Sınıf 8.8 ila 12.9 cıvatalarda da belirgin boyun verme görülebilir. Bu nedenle aşırı yük kırılmasına ilişkin değerlendirme kriterleri aşağıdaki şekilde belirlenmiştir:

(1) Boyunlu kırılmalar için numune testi GB/T 3098.1'e uygun olarak yapılacaktır. Çekirdek sertliği uygunsa aşırı yük kırığı doğrulanabilir.

(2) Metalografik analiz aşağıdakiler için gereklidir:12.9 sınıfı yüksek mukavemetli cıvatalaraşırı yük kırılmasını belirlemek için kullanılır, çünkü diş yüzeyi kusurları ve malzeme kusurları da dişli bölümün kırılmasına neden olabilir ve yalnızca görünümle değerlendirilemez.

Aşırı yük kırılması esas olarak eksenel yükler altındaki cıvata bağlantılarında üç ana nedenden dolayı meydana gelir:

A. Aşırı yüksek montaj torku, ön yükün cıvata malzemesinin akma dayanımını aşmasına neden olur ve bu da montaj sırasında cıvatanın esnemesine veya kırılmasına neden olur.

B. Cıvata akma dayanımına yakın aşırı montaj ön yükü. Ekipmanın çalışması sırasında cıvata hem artık ön yükü hem de çalışma yükünü taşır. Malzeme dayanım sınırını aşan iki yükün üst üste gelmesi aşırı yük kırılmasına neden olur. Sabit çalışma yükü altında, daha yüksek montaj ön yükü, daha yüksek artık ön yüke ve daha fazla aşırı yük riskine yol açar.

C. Yapısal tasarımda rulman gereksinimlerini karşılayamayan yetersiz nominal diş çapına sahip yanlış cıvata seçimi.

Montaj Eksantrik Yükünden Kaynaklanan 4 Cıvata Kırığı

Eksantrik yük nedeniyle cıvatanın kırılması tipik bir montaj işlemi hatasıdır. Cıvata destek yüzeyinde bariz hilal şeklinde aşınma izleri gözlemlenebilir; gerçek yatak alanı, toplam destek alanının yalnızca 1/4 ila 1/3'ünü oluşturur ve ciddi derecede dengesiz gerilim dağılımına sahiptir. Kırılma yakınındaki cıvata sapı, tipik eksantrik bükülme ve kırılma özelliklerini göstererek, gerilim yönünün tersine bükülür.

Cıvataların eksantrik yük arızası temel olarak iki faktörden kaynaklanır:

İlk olarak, bağlı parçaların temas destek yüzeyi eğimli veya düzensizdir, bu da parça üzerinde yerel gerilime neden olur.cıvata başıve bu arıza durumunun ana nedeni olan eksantrik yükün oluşmasıdır.

İkincisi, cıvata sapının aşırı doğrusallık hatası veya bükülme deformasyonu, montaj sırasında doğal eksantrik yüke neden olur.

İki tür eksantrik yük, destek yüzeyi gerilim izleri ve cıvata deformasyon yönü ile ayırt edilebilen gerilim konumu ve sap bükme yönü açısından önemli ölçüde farklılık gösterir.

5 Sonuç

Kırılma, diş kayması ve gevşeme gibi bağlantı elemanı arızaları her zaman ürünün doğasında olan kalite kusurlarından kaynaklanmaz. Sabitleme arızası meydana geldiğinde standart sorun giderme prosedürleri izlenecektir:

İlk olarak, arızalı numuneleri tamamen koruyun ve doğru arıza analizi sağlamak için kırılma yüzeylerini pas, çarpışma ve ikincil hasarlardan koruyun.

İkinci olarak, kırılma morfolojisi, numune görünümü, yüzey gerilimi izleri ve gerçek çalışma koşullarına dayalı olarak arıza tipini ve nedenini ön olarak belirleyin.

Üçüncüsü, metalografik analiz ve sertlik tespiti de dahil olmak üzere profesyonel fiziksel ve kimyasal testler yapın. Malzeme ve ısıl işlem göstergeleri ulusal standartları karşılıyorsa, arıza yapısal tasarım veya montaj sürecinden kaynaklanmaktadır; aksi takdirde bağlantı elemanı kalite kusuru olduğu teyit edilir.

Dördüncüsü, teyit edilen arıza nedenlerine göre hedeflenen düzeltme ve önleme önlemlerini formüle edin, tasarım özelliklerini standartlaştırın ve benzer arızaların tekrarlanmasını önlemek için montaj süreçlerini optimize edin.