ボルトの疲労に影響を与えるために知っておくべきいくつかの要因!

亀裂は、金属内の介在物などの既存の欠陥や、ノッチなどの高応力点から始まり、荷重ごとにゆっくりと成長する可能性があります。

実際にクラックを検出するには、数百万回の負荷の繰り返し (応力サイクルと呼ばれる) が必要になる場合があります。

亀裂の長さが長くなると、荷重を維持する領域がますます小さくなるため、残りの材料はますます多くの応力に耐えます。 亀裂が実際に臨界長に達すると、必ず材料を貫通し、完全な破壊につながります。

「疲労破壊」という用語は、持続的な荷重による部品の損傷を表すためによく使用されます。 疲労損傷は亀裂の長さに相当します。

一部の重要な用途では、検出可能な亀裂がないことを確認するために、染料浸透剤の使用、または X 線によるボルトの亀裂の定期的な検査さえも必要です。 (クラックは、顕微鏡レベル、つまり測定技術の検出閾値未満で存在する場合があります。)

ボルトは典型的なマルチ ノッチ パーツであり、その疲労性能は、ボルトの構造、サイズ、材料、製造プロセスなどの多くの要因によって明らかに影響を受けます。 通常、同じ材料のノッチ付きピースと比較して、疲労強度は大幅に低くなります。

ねじ山に加えて、ボルトの疲労性能に影響を与える他の弱い部分は、ねじ山とロッドの間の移行部、およびボルト頭とロッドの間の移行フィレットです。 断面が急激に変化するため、これらの部分にも高い応力集中があります。 ここでは、ボルトの疲労特性に影響を与える 10 の要因を挙げます。 対応するボルトの位置を見つけるには、下の図を参照してください。

01. ねじの表面品質

ねじ山の表面粗さは、ボルトの疲労寿命に大きな影響を与えます。 たとえば、M6-1.0 スレッドの 40CrNiMo 鋼ボルトの粗さが 0.08~0 から減少するとします。 .16 から 0.63~1.35 では、疲労強度が 33% 低下します。 M12-1.5 スレッドのボルトの表面粗さが 0.08~0.16 から 0.16~0.32 に減少すると、疲労強度は 21% 減少します。

02. ねじ転造工程の影響

ローリングスレッドは、変形強化層と高い残留圧縮応力を生成します。これは、疲労亀裂の開始と早期成長を防ぐのに大きな役割を果たします。 同時に、歯の谷の表面粗さも減少し、ボルトの疲労強度の向上に役立ちます。 ただし、糸を圧延してから熱処理すると、上記の有利な要素がなくなります。 したがって、ボルトの疲労性能を向上させるには、熱処理後にねじ山を転造する必要があります。 ただし、現時点では別の問題があります。つまり、ボルト、特に高強度ボルトの硬度は通常、熱処理後に高くなり、ワイヤ圧延ダイスの寿命が短くなります。 また、圧延ワイヤの品質が十分でない場合、ねじの表面または根元にマイクロクラックまたは同様の接触疲労剥離現象が発生し、ボルトの疲労性能を改善する効果は明ら​​かではなく、疲労さえもパフォーマンスが低下します。

03. ナット端面からねじ山までの距離

テストは、ナットの端面がねじ山の開始位置に近いほど、ボルトが早く破損することを示しています。 これは、通常、ボルトがねじれ始める位置が最も粗く、応力が集中するためです。 ボルト ペアの最初のねじ山は応力が最も集中しており、最初のねじ山が開始位置に近づくと、疲労強度が低下します。 したがって、ボルト ペアの最初のねじ山とねじ山が始まる場所との間に 2 つ以上のねじ山の距離があると、この隠れた危険が排除されます。

ねじ山の形状と半径サイズの影響。

04. ねじ山の形状と大きさ

ボルトに応力がかかると、ねじ山の谷に応力集中が生じ、その値は谷の形状に大きく依存します。 歯の谷の形状を変更します。 例えば、ねじ山の歯谷が滑らかなほど応力集中が小さくなり、疲労強度が高くなります。 一般に、平底谷部のねじ疲労強度は最も低くなります。 平底歯谷の代わりに丸歯谷を使用すると、ボルトの疲労強度を向上させることができます。 ボルトのサイズも疲労特性に影響します。 直径が大きいほど、疲労強度は低くなります。 これはボルトねじにも当てはまります。

05. ネジ頭の底にひび割れ

疲労亀裂は通常、ねじ山の下から始まりますが、ヘッドの下からも始まります。 ねじ頭の下部に発生し始めるクラックは、通常、ねじ頭の移行円弧の直径の設計不良 (不適切な移行円弧直径による応力集中)、またはボルトが傾斜したホルダーに取り付けられていることが原因です。 . ボルトの頭とホルダー (ナットの端面とも呼ばれます) の間の小さな角度 (2 度など) は、疲労強度に予測できない悪影響を及ぼします。 この現象は、従来、支持対象物が溶接物である場合によく発生していました（溶接物は通常、溶接後に応力緩和が生じ、構造形状が変化します）。

06. 応力分布

ナットの応力分布は不均一で、実際には最初の数個のバックルによって大きな負荷がかかります。 したがって、ナットの最初の 2 つのねじ山で多数のボルト対疲労が発生します。 したがって、ボルトに応力を均等に分散させる改善が疲労強度を向上させることがわかります。

07. 鋼の金属欠陥

一部のボルトは、冷間圧造または冷間引抜後に切断されないため、原材料の表面欠陥が完成部品の表面に常に残ります。

ボルト表面の深刻な脱炭層は弱点です。 冷間圧造後の圧延工程では、鋼の表面が大きく変形するため、ほとんどの脱炭層がねじ山の上部に押し込まれます。 この脱炭層は強度と硬度が非常に低いため、非常に摩耗やトリップ（ねじ山がせん断）故障しやすく、非常に疲労割れの元になりやすく、早期疲労故障の原因となります。

08. ボルトペアのねじ山の応力分布を改善する

ボルトペアのねじ山間の応力分布を改善するために、疲労寿命が増加します。 調査の結果、ナットの形状を変えることでも実現できることがわかりました。 ナットがホルダーに接触する端面に溝が作られているため、疲労寿命が 25% 向上します。 この改良は、特に大型ボルトに適しています。 もちろん、ボルトとナットの組み合わせの応力分布をより均等にする方法は他にもあります。 たとえば、ナットの材質を別の材質に変更して、ボルトの弾性率とは異なる弾性率にします。 別の例: ボルトとナットのねじ山を異なるピッチにする。 または、とがったねじを使用します。

09. ボルトを設計された仮締め力まで締めます

多くの場合、ボルト ペアの疲労寿命を改善する最も効果的な方法は、ボルトを設計予圧まで締め付けることです。 通常、所定の位置に締め付けられたボルトは、動荷重の 5% (またはそれ以下) しかかかりません。 したがって、所定の位置に締結されたボルトは、疲労荷重に対して強い耐性を持っています。 これは、ボルトにかかる交互荷重が非常に小さいため、ボルトに発生する交互応力も非常に小さく、通常はボルトが耐えられる限界をはるかに下回っているためです。 疲労破壊が発生した場合、10 分の 1 の原因は、ボルトの予圧が設計値に達せず、ボルトが曲げモーメント応力にさらされ、早期破壊につながることです。

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Jinruiの商品展示の一部

      

江蘇金瑞金属製品有限公司は、上海金瑞標準部品の生産拠点です。 工場は20000平方メートル以上の面積をカバーし、登録資本金は5000万元、総投資額は1億元以上、年間生産量は20000トン以上です。 その製品は 40 カ国以上に輸出されています。

2001 年の設立以来、Jinrui Company は 20 年以上の絶え間ない努力の結果、江蘇省の海安を生産拠点とし、上海の宝山と河南省の南陽を販売拠点とする新しいレイアウトに発展しました。

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3.ナット製品：六角ナット、フランジナット、ヘビーナット、四角ナット、蝶ナットなど

4.ねじ製品：セルフタッピングねじ、セルフタッピングセルフドリルねじ、木ねじ、各種小ねじなど

5.ワッシャー製品：平ワッシャー、スプリングワッシャー、スクエアワッシャー、ロックワッシャーなど

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