1. Quais são os fatores que afetam a resistência à fadiga dos parafusos?
Existem vários fatores que podem afetar a resistência à fadiga de uma conexão, incluindo o material usado, projeto estrutural, tamanho, processo de fabricação, ajuste rosca a rosca, distribuição de carga, amplitude de tensão, propriedades mecânicas e muito mais.
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Para começar, a seleção de materiais e processos de tratamento térmico adequados é crucial para garantir que o índice de resistência e plasticidade dos materiais atendam aos padrões exigidos.
É essencial garantir que não haja defeitos nos materiais que possam afetar sua resistência, principalmente defeitos intergranulares de baixa ampliação.
No entanto, a resistência da conexão do parafuso depende principalmente da resistência do parafuso.
1. Melhore a distribuição desigual de carga entre threads
Durante a instalação, o parafuso sofrerá alongamento, enquanto a porca será comprimida. A diferença na extensão e contração do passo da rosca é maior no primeiro círculo próximo à superfície do rolamento, resultando em tensão e tensão máximas. Os círculos restantes (passo P) diminuem de acordo.
Aqui estão os aumentos de resistência recomendados para vários tipos de nozes:
a) Porca de suspensão – a resistência aumenta em 40% (a porca também fica sob tensão, o que ajuda a distribuir a carga uniformemente com a deformação do parafuso)
b) Porca anelar – a resistência aumenta em 30% (a porca é tensionada perto da superfície do rolamento)
c) Porca inclinada interna – a resistência aumenta em 20% (o anel de contato diminui, a carga sobe)
d) Porca de ligação (combinação de b e c) – a resistência aumenta em 40%
e) Utilização de diferentes materiais para parafuso e porca – resistência aumenta em 40%.
2. Reduza a amplitude de tensão do parafuso
1) Reduza a rigidez do parafuso
Medidas: barra central vertical, barra delgada, conexão de parafuso flexível, etc.
2) Aumentar a rigidez do flange
Medidas: Utilizar junta de alta dureza ou parafusar diretamente no ferro fundido.
3. Reduza a concentração de estresse
As concentrações de tensão podem surgir na raiz da rosca, na extremidade do parafuso e na transição entre a cabeça do parafuso e a haste do parafuso.
Para aliviar essas concentrações de estresse, você pode considerar as seguintes opções:
- Aumente o filete no ponto de transição.
- Use um corte inferior ↑ de 20~40% para a extremidade da rosca.
- Utilize um tanque de descarga.
- Remova a carga da estrutura de transição.
4. Adote um processo de fabricação razoável
- Os parafusos são fabricados pelo método de extrusão (laminação), resultando em um aumento na resistência à fadiga de 30-40%.
- A aplicação de técnicas como endurecimento por trabalho a frio, tratamentos de superfície como cianetação, nitretação, shot peening ou introdução de tensão residual (compressão) pode melhorar a resistência à fadiga.
- Para resultados ainda melhores, a laminação de roscas após o tratamento térmico pode aumentar a resistência em 70-100%. Este método oferece benefícios de alta qualidade, alto rendimento e baixo consumo.
- É crucial controlar tanto o erro de tom único quanto o erro de tom cumulativo.
2. Quais são as razões para a redução da resistência à fadiga dos parafusos?
As conexões aparafusadas são amplamente utilizadas na fabricação mecânica e instalação de equipamentos. No entanto, devido à dificuldade em detectar e prevenir danos por fadiga, tem havido incidentes frequentes de acidentes graves causados por fraturas de parafusos por fadiga ao longo dos anos. Portanto, cada vez mais atenção é dada ao estudo da falha dos parafusos.
A redução da resistência à fadiga dos parafusos pode ser atribuída aos seguintes motivos:
(1) Ao girar a rosca, o metal com boa qualidade externa do blank é removido, enquanto o metal restante com má qualidade é utilizado como haste do parafuso. Isso faz com que o cristal de metal de alta qualidade seja subutilizado, o que acaba reduzindo a resistência do fio.
(2) Devido à existência de um pequeno filete de usinagem e um grande gradiente de tensão na raiz da rosca, é causada a concentração de tensão.
(3) O valor da rugosidade superficial na raiz da rosca é maior do que no chanfro da rosca.
(4) Marcas de ferramentas paralelas entre si e perpendiculares ao eixo da rosca, e microfissuras podem ser encontradas entre as marcas de ferramentas. Como a rosca do parafuso torneado está na sua raiz, esses fatores que afetam a resistência à fadiga também existem.
Na presença de cargas alternadas, a fonte de fadiga será gerada primeiro, acelerando assim a falha por fadiga do parafuso.
3. Por que aumentar o comprimento do parafuso pode aumentar a resistência à fadiga do parafuso?
Somente para parafusos de alta resistência (parafusos pré-tensionados), recomenda-se aumentar o comprimento do parafuso, reduzir a rigidez do parafuso, diminuir a força de trabalho FSA compartilhada pelo parafuso ao suportar a carga, reduzir a tensão alternada e, subsequentemente, aumentar o resistência à fadiga.
4. Qual é a diferença entre a tensão de conexão de parafusos de alta resistência e parafusos comuns?
Em termos de força de conexão, que é principalmente força de tração, não há diferença entre parafusos de alta resistência e parafusos comuns.
No entanto, a tensão sofrida pelos parafusos de estrutura de aço e pelos parafusos de cisalhamento torcional difere daquela dos parafusos comuns. Isso ocorre porque os parafusos de estrutura de aço e os parafusos de cisalhamento torcional estão sujeitos não apenas à força de tração, mas também à força de cisalhamento.
5. Quais são os tipos de parafusos de alta resistência? Quais são as vantagens e desvantagens de cada um?
Quando os parafusos de alta resistência estão sujeitos a tensões de cisalhamento, eles podem ser classificados em dois tipos: parafusos de alta resistência do tipo fricção e parafusos de alta resistência do tipo rolamento, dependendo de seu projeto e requisitos de tensão.
As conexões de parafusos de alta resistência do tipo fricção têm boa integridade e rigidez, resultando em pequena deformação, tensão confiável e resistência à fadiga.
Este tipo de ligação mantém o atrito entre as superfícies de contato das placas, o que evita o deslizamento relativo. É utilizado principalmente para instalar e conectar estruturas que suportam cargas dinâmicas, bem como alguns componentes e instalações em grandes altitudes.
Por outro lado, as conexões de parafusos de alta resistência do tipo rolamento têm uma capacidade de suporte de projeto maior do que os parafusos do tipo de fricção, pois sua capacidade de suporte continua a aumentar após o atrito ser superado.
Consequentemente, o número de parafusos necessários pode ser reduzido. No entanto, a sua integridade e rigidez são fracas, com grandes deformações, fraco desempenho dinâmico e pequenas reservas de resistência reais. São adequados apenas para ligações que permitem determinadas deformações de deslizamento em estruturas sujeitas a cargas dinâmicas estáticas ou indiretas.
Uma das desvantagens das conexões aparafusadas de alta resistência é que elas possuem requisitos técnicos especiais para materiais, chaves, fabricação e instalação, o que as torna relativamente caras.
6. Qual é a resistência do parafuso de alta resistência?
O grau 8.8 é considerado um parafuso de alta resistência.
Atualmente, estão sendo utilizados parafusos de alta resistência de 8,8S e 10,9S.
O número antes da vírgula decimal, 8 ou 10, representa o valor mínimo aproximado da resistência à tração do parafuso após o tratamento térmico, que é 100Mpa.
A resistência à tração real do 8.8S está entre 830Mpa e 1030Mpa, enquanto a do 10.9S varia entre 1040Mpa e 1240Mpa.
O número após o ponto decimal, 0,8 ou 0,9, representa a taxa de escoamento do parafuso após o tratamento. A taxa de escoamento é a razão entre a resistência à tração de escoamento condicional do parafuso e sua resistência à tração mínima. A letra “S” representa o parafuso e a letra “H” representa a porca. As nozes são divididas em dois graus: 8H e 10H.
