En las conexiones atornilladas del tipo-de tracción, la resistencia general de la unión está determinada principalmente por la capacidad de carga-del propio perno. La resistencia de los pernos se ve afectada por múltiples factores, incluidas las propiedades del material, la forma estructural, los parámetros dimensionales, los procesos de fabricación y las técnicas de ensamblaje. Para mejorar eficazmente la capacidad de carga, la resistencia a la fatiga y la confiabilidad general de las conexiones atornilladas, se puede lograr una mejora de la resistencia mediante la optimización estructural, la mejora de los procesos y la estandarización del ensamblaje. Este artículo presenta sistemáticamente las medidas técnicas clave para mejorar la resistencia de las conexiones atornilladas.
01 Mejora de la distribución de carga entre los dientes del hilo
Cuando se utilizan tuercas ordinarias estándar, la carga axial se distribuye de manera desigual entre cada vuelta de rosca acoplada. Comenzando desde la superficie de apoyo de la tuerca, la primera rosca soporta la mayor parte de la carga y la carga disminuye gradualmente en las roscas siguientes. El análisis teórico y la verificación experimental muestran que un mayor número de vueltas de rosca engranadas conduce a una mayor desigualdad de carga. Los hilos más allá de la 8.ª a 10.ª vuelta apenas soportan carga. Por lo tanto, simplemente aumentar el espesor de la tuerca y los giros de enganche de la rosca no puede mejorar la resistencia de las conexiones atornilladas.
Las tuercas tensoras suspendidas pueden mejorar significativamente la distribución de la carga de la rosca. La sección suspendida cónica de la tuerca y el vástago del perno sufren una deformación por tracción sincrónica, lo que reduce la diferencia de deformación del paso entre lastuerca y perno, logrando así una distribución uniforme de la carga en todas las roscas acopladas. Las tuercas ranuradas-anulares funcionan según un principio similar, igualando eficazmente la tensión de la rosca, mejorando la eficiencia del acoplamiento de la rosca y mejorando la resistencia general de la conexión.
02 Evitar y reducir el estrés de flexión adicional
En los procesos de diseño, mecanizado y montaje, los pernos son propensos a sufrir tensiones de flexión adicionales causadas por errores estructurales, desviaciones de mecanizado e instalaciones no-estándar. La tensión de flexión adicional deteriora en gran medida la resistencia a la fatiga del perno y constituye una de las principales causas de fractura del perno, que debe eliminarse en las prácticas de diseño y ensamblaje.
Cuando los pernos se instalan en superficies rugosas no mecanizadas de piezas fundidas o forjadas, las superficies de contacto desiguales causan fácilmente cargas excéntricas y flexión de los pernos. En aplicaciones de ingeniería, las protuberancias y los asientos escariados se adoptan comúnmente con corte de precisión para formar superficies de apoyo planas. Esto garantiza un ajuste de superficie completa, elimina la excentricidad del ensamblaje y evita la generación de tensión de flexión adicional.
03 Reducción de la concentración de tensiones estructurales
Las raíces de las roscas y la zona de transición entre la cabeza del perno y el vástago son regiones típicas de concentración de tensiones y posiciones críticas-propensas a fallas. Entre estas áreas, la concentración de tensiones en las raíces de las roscas tiene el impacto más significativo en la resistencia a la fatiga del perno. La optimización de la geometría estructural para aliviar la concentración de tensiones es esencial para ampliartornillovida de fatiga.
Las medidas de optimización comunes incluyen aumentar el radio del filete de las raíces de las roscas para mitigar los picos de tensión locales, ampliar el filete de transición entre la cabeza del perno y el vástago y diseñar-ranuras de alivio de tensión y muescas de alivio en posiciones de tensión alta-. Estos métodos dispersan la tensión concentrada, reducen los valores de tensión máxima y mejoran la resistencia a la fractura del perno.
04 Reducción de la amplitud del estrés para mejorar el rendimiento ante la fatiga
Bajo una tensión de trabajo máxima constante, una amplitud de tensión menor da como resultado un mejor rendimiento ante la fatiga y una vida útil más prolongada. Con una carga de trabajo constante y una precarga residual, reducir la rigidez del perno o aumentar la rigidez de los componentes conectados puede reducir efectivamente la amplitud de la tensión y mejorar la resistencia a la fatiga. En tales casos, la precarga debe aumentarse adecuadamente para garantizar la confiabilidad de la conexión.
Los métodos comunes para reducir la rigidez del perno incluyen aumentar la longitud efectiva del perno, reducir moderadamente el diámetro del vástago liso, adoptar estructuras de perno flexibles huecas e instalar elementos elásticos debajo de la tuerca para lograr un efecto de perno flexible. Los pernos flexibles presentan una gran capacidad de deformación y una excelente absorción de energía, lo que los hace adecuados para condiciones de trabajo con cargas de impacto y vibración.
Para mejorar la rigidez de los componentes conectados, se deben evitar las juntas deformables de baja-rigidez, ya que la compresión de las juntas aumenta la disparidad de rigidez y aumenta la amplitud de la tensión de los pernos. Para sellar conexiones, se prefieren anillos de sellado de alta-estabilidad para mantener la rigidez general de la conexión y optimizar la distribución de tensiones.
05 Optimización de los procesos de fabricación de pernos
Los procesos de fabricación determinan directamente la microestructura de la superficie, el estado de tensión residual y el rendimiento de fatiga de los pernos, especialmente parapernos de acero de alta-resistencia. El laminado de roscas introduce un endurecimiento superficial, forma líneas de flujo de metal continuas e intactas y genera una tensión residual de compresión beneficiosa en la superficie de la rosca. Los hilos laminados presentan una resistencia a la fatiga sustancialmente mayor en comparación con los hilos torneados convencionalmente.
Además, los tratamientos de fortalecimiento de la superficie, como la carbonitruración, la nitruración y el granallado, pueden refinar las microestructuras de la superficie, eliminar los microdefectos de la superficie e introducir una tensión de compresión residual uniforme. Estos tratamientos inhiben la iniciación y propagación de grietas por fatiga y mejoran significativamente la resistencia a la fatiga y el rendimiento general de carga-de los pernos.
