Wie können Sie sicherstellen, dass Ihre Schraubverbindungen sowohl stabil als auch zuverlässig sind? Dieser Artikel befasst sich mit praktischen Techniken zur Verbesserung der Festigkeit von Schrauben und deckt dabei wichtige Bereiche wie Lastverteilung, Spannungsabbau und Fertigungsverbesserungen ab. Wenn Sie diese Methoden verstehen und anwenden, können Sie die Haltbarkeit und Leistung Ihrer Schraubverbindungen erheblich steigern. Lesen Sie weiter, um Expertentipps zur Maximierung der Festigkeit Ihrer Schraubenverbindungen zu erhalten.
Bei Verwendung der Standardmutter ist die Verteilung der Axiallast nicht gleichmäßig.
Wie in Abbildung 1(a) dargestellt, ist die Belastung des ersten Gewindes auf der Auflagefläche der Mutter am höchsten und nimmt dann ab.
Theoretische Analysen und Experimente haben gezeigt, dass die ungleichmäßige Lastverteilung umso ausgeprägter ist, je mehr Windungen vorhanden sind. Nach der 8. bis 10. Windung ist das Gewinde im Wesentlichen frei von jeglicher Belastung.
Eine dickere Mutter mit mehr Windungen erhöht daher nicht die Festigkeit der Verbindung.
Bei Verwendung der Spannmutter in Abbildung 1(b) werden der konische Befestigungsabschnitt der Mutter und die Schraubenstange auf Zug verformt, was dazu beiträgt, den Unterschied im Schraubenmoment zwischen Mutter und Schraubenstange zu verringern und die Lastverteilung gleichmäßiger zu gestalten.
Abb. 1 (c) zeigt eine Ringnutmutter, deren Funktion ähnlich der einer Befestigungsmutter ist.
Aufgrund schlechter Konstruktions-, Produktions- oder Montageverfahren können Schrauben zusätzlichen Biegespannungen ausgesetzt sein (wie in Abbildung 2 dargestellt), die ihre Lebensdauer erheblich beeinträchtigen. Ermüdungsfestigkeit und sollte vermieden werden.
Bei der Montage von Schrauben auf rauen Oberflächen wie Guss- oder Schmiedeteilen werden beispielsweise häufig Strukturen wie Nocken oder Senkungen verwendet, um nach dem Schneiden ebene Auflageflächen zu schaffen (siehe Abbildung 3).
Der Gewindegrund und die Verbindung zwischen Schraubenkopf und Stange sind Spannungskonzentrationspunkte, die zum Bruch neigen.
Die Spannungskonzentration am Gewindegrund hat einen erheblichen Einfluss auf die Dauerfestigkeit der Schraube.
Die Spannungskonzentration kann durch Vergrößerung des Verrundungsradius am Gewindegrund, durch Hinzufügen einer Verrundung im Übergangsbereich des Schraubenkopfes (wie in Abbildung 4(a) gezeigt) oder durch Schneiden einer Entlastungsnut (wie in Abbildung 4(b) und 4(c) gezeigt) verringert werden.
Wenn die maximale Spannung in einer Schraube konstant bleibt, ist die Ermüdungsfestigkeit umso höher, je kleiner die Spannungsamplitude ist.
Bei gleicher Betriebslast und Restvorspannung kann eine Verringerung der Steifigkeit der Schraube oder eine Erhöhung der Steifigkeit der verbundenen Teile die Spannungsamplitude verringern (siehe Abbildung 5), erfordert aber eine Erhöhung der Vorspannung.
Die Steifigkeit des Bolzens kann u. a. dadurch verringert werden, dass man die Länge des Bolzens entsprechend verlängert, den Durchmesser des Bolzens teilweise verringert oder eine hohle Struktur, z. B. einen flexiblen Bolzen, schafft.
Ein elastisches Bauteil (wie in Abbildung 6 dargestellt), das unter der Mutter angebracht ist, kann ebenfalls als flexible Schraube dienen.
Ein flexibler Bolzen hat ein hohes Verformungsvermögen, eine starke Energieabsorption und ist gut geeignet, um Stöße und Vibrationen zu verarbeiten.
Um die Steifigkeit des angeschlossenen Systems zu erhöhen, wird die Verwendung einer Dichtung mit geringer Steifigkeit nicht empfohlen. Stattdessen ist es vorzuziehen, einen Dichtungsring für die Dichtungsverbindung zu verwenden, wie in Abbildung 7 dargestellt.
Das Herstellungsverfahren hat einen erheblichen Einfluss auf die Dauerfestigkeit von Schrauben, insbesondere bei Bolzen aus hochfestem Stahl.
Wenn das Gewinde gerollt wird, führt der Effekt der Kaltverfestigung zu Druckeigenspannungen in der Oberflächenschicht, das Metallgefüge wird optimiert, und die Dauerfestigkeit der Schraube ist der des Drehens überlegen.
Verfahren wie Karbonitrieren, Nitrieren und Kugelstrahlen Hämmern kann die Ermüdungsfestigkeit von Bolzen verbessern.
Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.
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