Основные причины разрушения резьбовых соединений Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Технология и мехатроника e машиностроении

а б

Зависимость блокирующей силы (а) и рабочего хода (б) от уровня электростатического напряжения

Библиографические ссылки

1. Kofod G. Dielectric elastomer actuators [Электронный ресурс] // Bowes Management Services Denmark A/S, 2001. URL: http://www.risoe.dk/rispubl/ pol/polpdf/ris-r-1286.pdf (дата обращения: 10.10.2013).

2. Kofod G., Kornbluh R., Pelrine R., Sommer-Larsen P. Actuation response of polyacrylate dielectric elastomers // Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 2003. № 14. С. 787-793.

References

1. Kofod G. Dielectric elastomer actuators. Bowes Management Services Denmark A/S, 2001. URL: http://www.risoe.dk/rispubl/pol/polpdf/ris-r-1286.pdf (data obrascheniya: 10.10.2013).

2. Kofod G., Kornbluh R., Pelrine R., Sommer-Larsen P. Actuation response of polyacrylate dielectric elastomers // Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 2003. № 14. С. 787-793.

© Павлов Д. А., Лихачев А. Н., 2013

УДК 658.512.011.56

ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ РАЗРУШЕНИЯ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Р. Н. Потехин

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Россия, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31. E-mail: romanarmy@mail.ru

Резьбовые соединения имеют чрезвычайно широкое применение в различных областях техники и составляют 15-20 % от общего количества соединений в современных машинах. Часто они являются ответственными элементами конструкции, передающими значительные усилия. Ввиду этих условий остро стоит вопрос о прогнозировании износа РС и предупреждении их быстрого разрушения.

Ключевые слова: поверхность резьбы, усталостная прочность, качество изготовления.

MAIN CAUSES FOR THREADED CONNECTION DAMAGE

R. N. Potehin

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russia. E-mail: romanarmy@mail.ru

Threaded Connection is extremely widely used in various fields of technology and constitutes 15-20% of the total amount of the compounds in modern machines. Often they are the responsible design elements that convey an important effort. In view of these conditions there is an urgent need to wear the RS prediction and preventing their rapid destruction.

Keywords: surface of the thread, fatigue strength, the quality of workmanship.

Показатели качества резьбовых соединений (статическая прочность, усталостная прочность, стопорящие свойства и их стабильность) в значительной сте-

пени определяются параметрами качества поверхности внутреннего диаметра резьбы (характеристики отклонений формы, шероховатости, физико-механи-

Решетневскуе чтения. 2013

ческие свойства), формируемыми на стадии изготовления [2].

Существующие требования на резьбовые соединения регламентируют материал и технологию изготовления деталей, входящих в соединение, нагрузку в статических условиях, но не учитывают изменения, происходящие в материале деталей резьбовых соединений (РС) в процессе эксплуатации. Вместе с тем под действием интенсивных вибраций, вследствие специфики работы РС, колебания, возбуждаемые в материале деталей, сопровождаются знакопеременными напряжениями с учетом напряжения затяжки [1], которые могут вызвать движение линейных дефектов кристаллической структуры металла, скопление их вблизи препятствия, представляющего собой комплекс примесей. Этот процесс может привести к образованию микротрещин (МТ) и, как следствие, к снижению качества поверхностного слоя, определяемого геометрическими параметрами (волнистость, шероховатость) и физико-механическими свойствами, зависящими от технологии изготовления деталей РС [2].

В исследованиях А. Г. Суслова, А. М. Дальского, А. С. Васильева и ряда других ученых отмечается, что на контурных площадках контакта рабочих поверхностей деталей появляются усталостные очаги разрушения, которые тесно связаны с шероховатостью поверхностей и напряженным состоянием поверхностных слоев, приводящих к возникновению процесса постепенного накопления микроповреждений с образованием поверхностных МТ из-за скопления дислокаций, увеличения их плотности и действия внешней нагрузки. В процессе формообразования резьбы и при эксплуатационном многоцикловом нагружении происходит непрерывное накопление пластических деформаций, что приводит к исчерпанию запаса пластичности металла в поверхностном слое и возникновению несплошностей в виде трещин.

Усталостное разрушение резьбовых соединений, часто встречающееся на практике, - результат действия многоцикловых переменных нагрузок. Амплитуда переменной нагрузки, приводящей к разрушению, оказывается в 10-20 раз меньшей, чем величина нагрузки при статическом разрушении. Также наблюдается постепенное накопление микроповреждений в поверхностных слоях, что приводит к образованию поверхностных МТ, формированию частиц износа и диспергированию поверхностного слоя. Поэтому представляется важной разработка технологии обеспечения качества поверхностного слоя материала на основе взаимосвязи динамики дефектов кристаллической структуры металла и процесса образования МТ. В результате исследования разрушенных болтов и шпилек установлена характерная черта усталостной поломки - почти полное отсутствие деформаций в зоне разрушения, даже болтов из высокопластичных (при статическом разрушении) сталей [3]. В начале разрушения трещины обычно настолько малы, что их трудно обнаружить. При достижении трещиной макроскопических размеров наблюдается её интенсивный

рост, приводящий к полному разрушению резьбового соединения за малый промежуток времени.

Наиболее эффективным методом определения зарождения МТ в деталях РС является метод, основанный на акустической эмиссии (АЭ). В его основу положены зависимости между характеристиками образовавшихся или распространяющихся дефектов и параметрами излучаемых ими волн, позволяющие осуществлять диагностику источников АЭ в режиме реального времени. В исследованиях В. С. Ивановой использованы подходы синергетики для более глубокого понимания эволюции повреждаемости и разрушения металлов и сплавов. Рассмотрение деформируемого металла как самоорганизующейся системы позволило установить универсальные связи между механическими свойствами сплавов на одной и той же основе. Тем не менее синергетика как общий методологический подход требует дальнейшего теоретического развития применительно к динамике зарождения МТ в поверхностном слое материала, к диагностике АЭ в условиях вибростимулированного движения дефектов, к обеспечению качества поверхностного слоя материала при формообразовании резьбы. В результате этих знаний появляется возможность заблаговременно прекратить эксплуатацию и соответственно предотвратить разрушение машин. В этой связи появляется необходимость разработать новые структурные и информационные критерии, адекватно связанные с физико-механическими свойствами поверхностного слоя материала, учитывающие динамику его дефектной структуры.

Библиографические ссылки

1. Гельфанд М. П., Ципенюк Я. И., Кузнецов O. K. Сборка резьбовых соединений. М. : Машиностроение, 1978. 109 с.

2. Берсудский A. JI. Влияние напряжённо-деформированного состояния поверхностного слоя на износостойкость поверхностей деталей // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2006. № 6. С. 52-59.

3. Биргер И. А., Иосилевич Г. Б. Резьбовые соединения. М. : Машиностроение, 1973. 256 с.

References

1. Gelfand M. P., Tsipenyuk Y. I., Kuznetsov O. K. Sborka resbovyh sodineniy. M. : Mashinostroenie, 1978. 109 p.

2. Bersudsky A. L. Vlijanie napryajonno-dephor-mirovannogo sostojanija poverhnostnogo sloya na iznosostoyikost poverhnosteiy detaleiy. 2006. № 6, p. 52-59.

3. Birger I. A., Iosilevich G. B. Resbovye soedinenija. M. : Mashinostroenie, 1973, р. 256.

© Потехин Р. Н., 2013