Mètodes per millorar la resistència de les connexions cargolades

A les connexions cargolades de tipus tensió, la força global de la unió està determinada principalment per la capacitat de càrrega del pern. La força del cargol es veu afectada per múltiples factors, com ara les propietats del material, la forma estructural, els paràmetres dimensionals, els processos de fabricació i les tècniques de muntatge. Per millorar eficaçment la capacitat de càrrega, la resistència a la fatiga i la fiabilitat general de les connexions cargolades, es pot aconseguir una millora de la resistència mitjançant l'optimització estructural, la millora del procés i l'estandardització del muntatge. Aquest article presenta sistemàticament les mesures tècniques clau per millorar la resistència de les connexions cargolades.

01 Millora de la distribució de la càrrega entre les dents del fil

Quan s'utilitzen femelles ordinàries estàndard, la càrrega axial es distribueix de manera desigual entre cada volta de rosca enganxada. A partir de la superfície de suport de la femella, el primer fil porta la major part de la càrrega, i la càrrega disminueix gradualment en els fils posteriors. L'anàlisi teòrica i la verificació experimental mostren que un nombre més gran de voltes de rosca engranades condueix a desnivells de càrrega més greus. Els fils més enllà del 8è al 10è torn amb prou feines suporten cap càrrega. Per tant, només augmentar el gruix de la femella i els girs d'enganxament de la rosca no pot millorar la resistència de les connexions cargolades.

Les femelles de tensió suspeses poden millorar significativament la distribució de la càrrega del fil. La secció suspesa afilada de la femella i la tija del cargol pateixen una deformació de tracció sincrònica, reduint la diferència de deformació de pas entre lafemella i cargol, aconseguint així una distribució uniforme de la càrrega a tots els fils enganxats. Les femelles amb ranura d'anell funcionen amb un principi similar, igualant eficaçment l'estrès del fil, millorant l'eficiència de l'enganxament del fil i millorant la força general de la connexió.

02 Evitar i reduir l'esforç de flexió addicional

En els processos de disseny, mecanitzat i muntatge, els cargols són propensos a l'esforç de flexió addicional causat per errors estructurals, desviacions de mecanitzat i instal·lació no estàndard. L'esforç de flexió addicional deteriora molt la resistència a la fatiga del cargol i serveix com a causa principal de fractura del cargol, que s'ha d'eliminar en les pràctiques de disseny i muntatge.

Quan els cargols s'instal·len sobre superfícies rugoses sense mecanitzar de peces de fosa o forja, les superfícies de contacte desiguals causen fàcilment càrrega excèntrica i flexió dels cargols. En aplicacions d'enginyeria, els caps i els seients avellanats s'adopten habitualment amb un tall de precisió per formar superfícies de rodament planes. Això garanteix un ajustament total a la superfície, elimina l'excentricitat del muntatge i evita la generació d'esforços de flexió addicionals.

03 Reducció de la concentració de l'estrès estructural

Les arrels del fil i la zona de transició entre el cap del cargol i la tija són regions típiques de concentració d'estrès i posicions crítiques propenses a fallar. Entre aquestes àrees, la concentració de tensions a les arrels del fil té l'impacte més significatiu en la resistència a la fatiga del cargol. L'optimització de la geometria estructural per alleujar la concentració de tensions és essencial per a l'extensiócargolvida de fatiga.

Les mesures d'optimització habituals inclouen augmentar el radi del filet de les arrels del fil per mitigar els pics d'estrès locals, augmentar el filet de transició entre el cap del cargol i la tija i dissenyar ranures d'alleujament i osques d'alleujament en posicions d'alta tensió. Aquests mètodes dispersen l'estrès concentrat, redueixen els valors de tensió màxima i milloren la resistència a la fractura del cargol.

04 Reduir l'amplitud de l'estrès per millorar el rendiment a la fatiga

Sota una tensió de treball màxima constant, una amplitud d'estrès menor es tradueix en un millor rendiment a la fatiga i una vida útil més llarga. Amb una càrrega de treball constant i una precàrrega residual, reduir la rigidesa del cargol o augmentar la rigidesa dels components connectats pot reduir efectivament l'amplitud de la tensió i millorar la resistència a la fatiga. En aquests casos, la precàrrega s'ha d'augmentar adequadament per garantir la fiabilitat de la connexió.

Els mètodes comuns per reduir la rigidesa del cargol inclouen augmentar la longitud efectiva del cargol, reduir moderadament el diàmetre de la tija llisa, adoptar estructures de cargols flexibles buides i instal·lar elements elàstics sota la femella per aconseguir un efecte de cargol flexible. Els cargols flexibles presenten una gran capacitat de deformació i una excel·lent absorció d'energia, el que els fa adequats per a condicions de treball amb càrregues d'impacte i vibració.

Per millorar la rigidesa dels components connectats, s'han d'evitar les juntes deformables de baixa rigidesa, ja que la compressió de les juntes augmenta la disparitat de rigidesa i augmenta l'amplitud de la tensió del cargol. Per a les connexions de segellat, es prefereixen anells de segellat d'alta estabilitat per mantenir la rigidesa general de la connexió i optimitzar la distribució de tensions.

05 Optimització dels processos de fabricació de cargols

Els processos de fabricació determinen directament la microestructura de la superfície, l'estat de tensió residual i el rendiment a la fatiga dels cargols, especialment per acargols d'acer d'alta resistència. El rodatge de fil introdueix un enduriment superficial, forma línies de flux metàl·lics contínues i intactes i genera una tensió residual de compressió beneficiosa a la superfície del fil. Els fils enrotllats presenten una resistència a la fatiga substancialment més alta en comparació amb els fils tornejats convencionalment.

A més, els tractaments d'enfortiment de superfícies com la carbonitruració, la nitruració i el granallat poden refinar les microestructures superficials, eliminar els microdefectes superficials i introduir un esforç de compressió residual uniforme. Aquests tractaments inhibeixen l'inici i la propagació de les esquerdes de fatiga i milloren significativament la resistència a la fatiga i el rendiment global de càrrega dels cargols.