Bij boutverbindingen van het trektype- wordt de algehele sterkte van de verbinding voornamelijk bepaald door het draagvermogen- van de belasting van de bout zelf. De sterkte van de bout wordt beïnvloed door meerdere factoren, waaronder materiaaleigenschappen, structurele vorm, maatparameters, productieprocessen en assemblagetechnieken. Om het draagvermogen, de vermoeidheidsweerstand en de algehele betrouwbaarheid van boutverbindingen effectief te verbeteren, kan sterkteverbetering worden bereikt door structurele optimalisatie, procesverbetering en assemblagestandaardisatie. Dit artikel introduceert systematisch de belangrijkste technische maatregelen voor het verbeteren van de sterkte van boutverbindingen.
01 Verbetering van de belastingsverdeling tussen draadtanden
Wanneer standaard gewone moeren worden gebruikt, wordt de axiale belasting ongelijk verdeeld over elke ingeschakelde draadwinding. Vanaf het lageroppervlak van de moer draagt de eerste schroefdraad het grootste deel van de belasting, en de belasting neemt geleidelijk af bij volgende schroefdraad. Theoretische analyse en experimentele verificatie laten zien dat een groter aantal in elkaar grijpende draadwindingen leidt tot ernstigere belastingsonevenheden. Draden voorbij de 8e tot 10e winding dragen nauwelijks enige belasting. Daarom kan het eenvoudigweg vergroten van de dikte van de moer en het vergroten van de schroefdraadaangrijping de sterkte van boutverbindingen niet verbeteren.
Hangende spanmoeren kunnen de verdeling van de draadbelasting aanzienlijk verbeteren. Het taps toelopende hangende gedeelte van de moer en de boutschacht ondergaan synchrone trekvervorming, waardoor het steekvervormingsverschil tussen demoer en bout, waardoor een uniforme belastingsverdeling op alle ingeschakelde schroefdraden wordt bereikt. Ring{1}}moeren met ringgroef werken volgens een soortgelijk principe, waardoor de draadspanning effectief wordt geëgaliseerd, de efficiëntie van de draadaangrijping wordt verbeterd en de algehele verbindingssterkte wordt verbeterd.
02 Extra buigspanning vermijden en verminderen
Tijdens de ontwerp-, bewerkings- en montageprocessen zijn bouten gevoelig voor extra buigspanning, veroorzaakt door structurele fouten, bewerkingsafwijkingen en niet-standaardinstallaties. Extra buigspanning verslechtert de vermoeidheidssterkte van de bout aanzienlijk en is een belangrijke oorzaak van boutbreuk, die bij ontwerp- en montagepraktijken moet worden geëlimineerd.
Wanneer bouten worden geïnstalleerd op onbewerkte ruwe oppervlakken van giet- of smeedstukken, veroorzaken ongelijkmatige contactoppervlakken gemakkelijk excentrische belasting en buiging van de bouten. In technische toepassingen worden nokken en verzonken zittingen gewoonlijk met precisiesnijden toegepast om vlakke lageroppervlakken te vormen. Dit garandeert een volledige montage van het oppervlak, elimineert excentriciteit bij de montage en voorkomt het ontstaan van extra buigspanning.
03 Structurele stressconcentratie verminderen
Draadwortels en de overgangszone tussen de boutkop en de schacht zijn typische spanningsconcentratiegebieden en kritieke storing-gevoelige posities. Van deze gebieden heeft de spanningsconcentratie bij de draadwortels de grootste invloed op de vermoeiingssterkte van de bout. Het optimaliseren van de structurele geometrie om de spanningsconcentratie te verminderen is essentieel voor verlengingboutvermoeidheid leven.
Veel voorkomende optimalisatiemaatregelen zijn onder meer het vergroten van de afrondingsradius van draadwortels om lokale spanningspieken te verminderen, het vergroten van de overgangsafronding tussen de boutkop en de schacht, en het ontwerpen van spannings-ontlastingsgroeven en reliëfinkepingen op hoge- spanningsposities. Deze methoden verspreiden geconcentreerde spanning, verminderen piekspanningswaarden en verbeteren de breukweerstand van de bout.
04 Stressamplitude verminderen om vermoeidheidsprestaties te verbeteren
Bij een constante maximale werkspanning resulteert een kleinere spanningsamplitude in betere vermoeiingsprestaties en een langere levensduur. Met een constante werkbelasting en resterende voorspanning kan het verminderen van de boutstijfheid of het vergroten van de stijfheid van verbonden componenten de spanningsamplitude effectief verlagen en de vermoeiingssterkte vergroten. In dergelijke gevallen moet de voorbelasting op passende wijze worden verhoogd om de betrouwbaarheid van de verbinding te garanderen.
Gebruikelijke methoden om de stijfheid van de bout te verminderen zijn onder meer het vergroten van de effectieve boutlengte, het matig verkleinen van de diameter van de gladde schacht, het aannemen van holle flexibele boutstructuren en het installeren van elastische elementen onder de moer om een flexibel bouteffect te bereiken. Flexibele bouten hebben een groot vervormingsvermogen en een uitstekende energieabsorptie, waardoor ze geschikt zijn voor werkomstandigheden met stoot- en trillingsbelastingen.
Om de stijfheid van verbonden componenten te verbeteren, moeten vervormbare pakkingen met een lage{0}} stijfheid worden vermeden, omdat compressie van de pakking de stijfheidsverschillen vergroot en de amplitude van de boutspanning vergroot. Voor het afdichten van verbindingen wordt de voorkeur gegeven aan afdichtingsringen met hoge{2}} stabiliteit om de algehele verbindingsstijfheid te behouden en de spanningsverdeling te optimaliseren.
05 Optimalisatie van productieprocessen voor bouten
Productieprocessen bepalen rechtstreeks de microstructuur van het oppervlak, de restspanningstoestand en de vermoeiingsprestaties van bouten, vooral voorstalen bouten met hoge-sterkte. Draadwalsen introduceert verharding van het oppervlak, vormt continue en intacte metaalstroomlijnen en genereert gunstige drukrestspanning op het draadoppervlak. Gewalste draden vertonen een aanzienlijk hogere vermoeiingssterkte vergeleken met conventioneel gedraaide draden.
Bovendien kunnen oppervlakteversterkende behandelingen zoals carbonitreren, nitreren en kogelstralen de microstructuren van het oppervlak verfijnen, microdefecten aan het oppervlak elimineren en uniforme resterende drukspanning introduceren. Deze behandelingen remmen het ontstaan en de voortplanting van vermoeiingsscheuren en verbeteren de vermoeiingssterkte en de algehele belastbaarheid-van bouten aanzienlijk.
