Śruba o wysokiej wytrzymałości Hsb, wytrzymałe elementy mechaniczne, odporność na zmęczenie

Śruba wysokiej wytrzymałości o dużej nośności i doskonałej odporności na zmęczenie

1. Wprowadzenie
Śruba wysokiej wytrzymałości (HSB) to specjalny rodzaj łącznika przeznaczony do krytycznych połączeń mechanicznych. Jej podstawową cechą jest przykładanie dużej, kontrolowanej siły zacisku (wstępne obciążenie), aby generować znaczne tarcie między łączonymi elementami, tym samym opierając się obciążeniom zewnętrznym. Podstawowa różnica w stosunku do zwykłych śrub polega na tym, że zwykłe śruby polegają na wytrzymałości na ścinanie trzpienia śruby, aby przenosić obciążenia, podczas gdy śruby wysokiej wytrzymałości polegają na tarciu, aby przenosić obciążenia. Powoduje to połączenia o wyższej sztywności, doskonałej wydajności zmęczeniowej i większej niezawodności. Zazwyczaj są one używane z pasującymi nakrętkami i podkładkami o wysokiej wytrzymałości.

2. Zalety

• Duża nośność: Zdolność do wytrzymywania bardzo dużych obciążeń rozciągających, ścinających i zmęczeniowych, co sprawia, że nadają się do warunków pracy ciężkich, wibracyjnych i udarowych.

• Doskonała odporność na zmęczenie: Ponieważ obciążenie jest przenoszone przez tarcie, nie ma luzu między trzpieniem śruby a ścianą otworu, co prowadzi do niskiej amplitudy naprężeń i znacznie poprawia żywotność zmęczeniową połączenia.

• Wysoka sztywność połączenia: Wstępne obciążenie mocno zaciska połączone części, co skutkuje wysoką ogólną sztywnością konstrukcyjną i minimalną deformacją.

• Bezpieczne i niezawodne: Metody naukowe, takie jak metoda momentu obrotowego, metoda obrotu nakrętki lub metoda kąta obrotu, są używane do kontrolowania wstępnego obciążenia, zapewniając równomierną i spójną siłę w każdej śrubie. To sprawia, że połączenie jest znacznie bardziej niezawodne niż zwykłe połączenia śrubowe.

• Dobra odporność sejsmiczna: Podczas obciążeń dynamicznych tarcie skutecznie pochłania i rozprasza energię, zapobiegając poluzowaniu połączenia.

3. Kluczowe parametry techniczne

• Klasa własności (gatunek): To najważniejszy parametr. Zgodnie z normami ISO/GB, typowe klasy to Klasa 8.8, 10.9 i 12.9. Zgodnie z normami ASTM, typowe gatunki to SAE Grade 5, Grade 8 lub ASTM A325, A490. Wyższa liczba wskazuje na wyższą wytrzymałość.

  • Przykład: Klasa 10.9 oznacza, że nominalna wytrzymałość na rozciąganie wynosi 1000 MPa, a współczynnik plastyczności wynosi 0,9 (tj. granica plastyczności wynosi 900 MPa).

• Materiał: Zazwyczaj wykonany ze stali węglowej średniej lub stali stopowej (np. 35CrMo, 42CrMo) i poddany obróbce cieplnej hartowania i odpuszczania w celu uzyskania wymaganej klasy własności.

• Specyfikacja: Średnica nominalna (np. M16, M20, M24), skok, długość.

• Obciążenie próbne: Maksymalne osiowe obciążenie rozciągające, które śruba może wytrzymać przed wystąpieniem trwałej deformacji.

• Współczynnik momentu obrotowego: Kluczowy czynnik używany do obliczania zastosowanego momentu obrotowego potrzebnego do osiągnięcia docelowego wstępnego obciążenia.

4. Zastosowania
Śruby wysokiej wytrzymałości są szeroko stosowane w dziedzinach, w których bezpieczeństwo połączeń jest najważniejsze:

• Konstrukcje stalowe: Połączenia belek, słupów i złączy w wieżowcach, stadionach, mostach i terminalach lotniskowych. To ich najbardziej klasyczne zastosowanie.

• Ciężkie maszyny: Maszyny inżynieryjne (koparki, dźwigi), maszyny górnicze, urządzenia metalurgiczne, zbiorniki ciśnieniowe, połączenia wież turbin wiatrowych.

• Transport: Połączenia szyn kolejowych, dylatacje mostowe, podwozia samochodowe i krytyczne połączenia elementów silnika.

• Lotnictwo: Połączenia w krytycznych miejscach, gdzie wymagany jest ekstremalny stosunek wytrzymałości do masy.