Twist-Scherbolzen mit hoher-Festigkeit

Torsions--Schertyphoch-feste Schrauben sind wichtige Verbindungselemente, die häufig bei strukturellen Verbindungen verwendet werden. Dieses Papier bietet eine detaillierte Einführung und systematische Analyse ihrer Struktur, Kernleistung und technischen Anwendungen: Zunächst wird ihre Grundstruktur und ihr Funktionsprinzip erläutert, dann werden ihre hohen Festigkeitseigenschaften, ihre seismische Leistung und typische Anwendungen im technischen Bereich untersucht und schließlich werden zukünftige Entwicklungsrichtungen solcher Bolzen vorgeschlagen, um als Referenz für relevante Forschung und Praxis zu dienen.

Schlüsselwörter: Twist-Scherschrauben mit hoher-Festigkeit; strukturelle Verbindungen; mechanische Eigenschaften; technische Anwendungen; Entwicklungsrichtungen

1. Einführung

Als grundlegendstes Befestigungselement im Maschinen- und Baubereich werden Schrauben häufig in Verbindungsknoten verschiedener Strukturen verwendet. Torsions--Scherschrauben mit hoher-Festigkeit sind effiziente Verbindungskomponenten, die auf der Grundlage herkömmlicher Schrauben entwickelt wurden. Mit den Kernvorteilen „kontrollierbares Installationsdrehmoment, hohe Verbindungszuverlässigkeit, hohe Festigkeit und ausgezeichnete seismische Leistung“ haben sie sich zur gängigen Verbindungsmethode in Bereichen wie Stahlkonstruktionen und Schwermaschinen entwickelt und in den letzten Jahren große Aufmerksamkeit in der Ingenieurspraxis und der akademischen Forschung erhalten. In diesem Artikel werden die strukturellen Eigenschaften, die Kernleistung und die Anwendungsszenarien hochfester Schrauben vom Typ Twist -Shear -systematisch sortiert, ihre technischen Vorteile verdeutlicht und zukünftige Forschungsrichtungen in Kombination mit den Entwicklungsanforderungen der Industrie analysiert, um theoretische Unterstützung für ihre breiteren technischen Anwendungen bereitzustellen.

2. Struktur und Funktionsprinzip hochfester Bolzen mit hoher-Scherfestigkeit

Zu den Kernkomponenten hochfester Schrauben mit hoher -Scherfestigkeit gehören der Schraubenkörper, die Mutter und die Unterlegscheibe. Der wesentliche Unterschied zwischen ihrer Struktur und herkömmlichen hochfesten Schrauben liegt in derspezielle Drall-Scherkerbe am Ende des Schraubenkörpers-anstelle von „mehrfach verdrehten-Scherteilen“. Diese Kerbe ist eine schwache Verbindung zwischen Schraubenkopf und Schaft und ihre Querschnittsstärke ist genau auf das Voranzugsdrehmoment der Schraube abgestimmt.

Sein Funktionsprinzip gliedert sich in zwei Phasen: „Montage und Festziehen“ und „Belastung“. Bei der Montage werden der Schraubenkopf und der Innensechskantkopf am Ende mit einem speziellen Drehmomentschlüssel festgeklemmt und durch die Anwendung eines Drehmoments auf die Schraube eine Vorspannkraft erzeugt. Wenn das Drehmoment den Auslegungsschwellenwert erreicht, wird die Scherkerbe am Ende der Verdrehung entlang des vorgegebenen Querschnitts abgeschert. Zu diesem Zeitpunkt entspricht die Voranzugskraft der Schraube gerade noch den Spezifikationsanforderungen, wodurch ein präzises Anziehen mit „Kontrolle des Drehmoments durch Scherung“ realisiert wird und die Probleme unzureichender Voranzugskraft oder Überlastung, die durch eine ungenaue Drehmomentkontrolle herkömmlicher Schrauben verursacht werden, vermieden werden. In der Belastungsphase sorgt der Bolzen dafür, dass die verbundenen Teile durch die Zugvorspannkraft des Schafts eng zusammenpassen, überträgt die Scherkraft durch Reibung zwischen den verbundenen Teilen und der Schaft selbst kann dabei helfen, einen Teil der Scherlast zu tragen, indem er einen kollaborativen „Reibungs-Scher“-Lagermechanismus bildet, der die Verbindungszuverlässigkeit erheblich verbessert.

3. Leistung von Torsions--Scherschrauben mit hoher-Festigkeit

3.1 Leistung mit hoher -Stärke

Torsions-{0}}Scherschrauben mit hoher-Festigkeit werden normalerweise aus hochwertigem legiertem Baustahl wie 42CrMoA hergestellt. Nach der Wärmebehandlung durch Abschrecken und Anlassen (Abschrecken + Hochtemperaturanlassen) erreicht ihr Festigkeitsgrad im Allgemeinen die Güteklasse 10,9 oder höher, und Produkte, die in einigen speziellen Szenarien verwendet werden, können die Güteklasse 12,9 erreichen. Ihre Zugfestigkeit beträgt nicht weniger als 1000 MPa und ihre Scherfestigkeit beträgt das 1,5-{12}}2-fache der von gewöhnlichen Schrauben der Güteklasse 8.8, wodurch die Anforderungen von Hochlastverbindungsszenarien wie Stahlkonstruktionsträger-Säulenverbindungen und Brückenstahlkastenträgern effektiv erfüllt werden können. Im Vergleich zu herkömmlichen hochfesten Schrauben liegt ihr Vorteil nicht nur in der Materialstärke, sondern auch in der Lagerstabilität, die durch eine „präzise Kontrolle der Vorspannkraft“-erreicht wird, wodurch das Problem einer teilweisen Schraubenüberlastung und eines teilweisen Schraubenversagens aufgrund einer diskreten Vorspannkraft vermieden wird.

3.2 Erdbebenleistung

Der erdbebensichere Vorteil hochfester Tord-Scherschrauben ergibt sich aus den Eigenschaften „präzises Vorziehen + flexible Lagerung“: Einerseits sorgt die präzise Vorspannkraft dafür, dass die verbundenen Teile eng anliegen. Selbst unter Einwirkung seismischer zyklischer Belastungen kann die Scherkraft effektiv durch die Reibung der Kontaktfläche übertragen werden, wodurch die Scherverformung des Bolzens selbst verringert wird; Andererseits verleiht die Vergütungsbehandlung des Schraubenkörpers ihm sowohl eine hohe Festigkeit als auch eine gute Zähigkeit. Unter der durch Erdbeben verursachten Stoßbelastung kann es durch leichte elastische Verformung Energie absorbieren, um Sprödbrüche zu vermeiden. Relevante Testdaten zeigen, dass Stahlkonstruktionsverbindungen mit hochfesten Torsions-{8}Scherschrauben bei häufigen Erdbeben keine offensichtlichen Schäden aufweisen und bei seltenen Erdbeben nur eine leichte plastische Verformung der Schrauben auftritt. Die gesamte seismische Leistung der Verbindungen wird im Vergleich zu herkömmlichen Schraubverbindungen um mehr als 30 % verbessert, wodurch die strukturelle Spannungskonzentration wirksam reduziert und die gesamte seismische Sicherheit der Struktur gewährleistet werden kann.

4. Anwendungen von Twist-Scherbolzen mit hoher-Festigkeit

Mit ihren Vorteilen des präzisen Anziehens, der hohen Festigkeit und der seismischen Widerstandsfähigkeit sind Torsions-{0}}Scherschrauben mit hoher-Festigkeit zu bevorzugten Befestigungselementen in Bereichen geworden, in denen eine hohe Verbindungszuverlässigkeit erforderlich ist. Typische Anwendungsszenarien sind:

Gebäudestahlkonstruktionen: wie Balken-{0}}Säulenverbindungen von Hochhaus-Stahlrahmen, Kranbalkenverbindungen von Stahlkonstruktionswerkstätten und Knotenverbindungen von räumlichen Strukturen mit großer Spannweite, um die Stabilität der Struktur unter Windlasten und Erdbebenlasten sicherzustellen;

Brückentechnik: Wird zum Verbinden von Hohlkastenträgern aus Stahl, für Verbindungen zwischen Brückenpfeilern und Kappenträgern sowie für Stahlkonstruktionsknoten von Schrägseilbrückentürmen verwendet und passt sich den komplexen Kräften von Brücken unter dynamischen Fahrzeuglasten und Temperaturänderungen an;

Schwere Maschinen: wie Rahmenverbindungen von Bergbaumaschinen, Turmflanschverbindungen von Windkraftanlagen und tragende Strukturverbindungen von metallurgischen Anlagen, die hohe Lasten und Vibrationsbelastungen tragen;

Schienenverkehr: einschließlich Eisenbahnstahlbrücken und Stahlkonstruktionen zur Unterstützung von Verbindungen des städtischen Schienenverkehrs, die die strengen Anforderungen des Schienensystems an Verbindungsgenauigkeit und Haltbarkeit erfüllen.

Es ist zu beachten, dass solche Schrauben nicht für Umgebungen mit langfristigen hohen Temperaturen (über 300 Grad) oder starker Korrosion geeignet sind. Wenn sie in solchen Szenarien eingesetzt werden müssen, sollten zusätzliche Oberflächen-Korrosionsschutzbehandlungen (wie Dacromet, Zinkinfiltration usw.) und temperaturbeständige Legierungsmaterialien eingesetzt werden.

5. Entwicklungsrichtungen von hochfesten Bolzen mit hoher-Scherfestigkeit

5.1 Material-Upgrade-Forschung

Zukünftig sollte der Schwerpunkt auf der Entwicklung von zwei Arten von Materialien liegen: zum einen auf „ultra{0}}hochfeste und korrosionsbeständige{{1}Legierungen“. Durch die Kombination von Mikrolegierungstechnologie und Oberflächenbehandlungsprozessen wird die Festigkeit auf Basis der bestehenden Güteklasse 12.9 auf Güteklasse 14.9 erhöht. Gleichzeitig wird die Korrosionsbeständigkeit in Meeresatmosphäre und industriellen Korrosionsumgebungen durch die Zugabe von Chrom- und Nickelelementen oder den Einsatz chromfreier Beschichtungstechnologie verbessert; Der zweite Bereich befasst sich mit „leichten Materialien“ und untersucht die Anwendung von Titanlegierungen und hochfestem rostfreiem Stahl in Dreh-{7}Scherschrauben, um den Anforderungen leichtgewichtiger und hochreiner Sauberkeitsszenarien wie Luft- und Raumfahrt sowie medizinischer Ausrüstung gerecht zu werden.

5.2 Struktur- und Prozessoptimierung

Zu den strukturellen Optimierungsrichtungen gehören: Entwurf von Scherkerben mit variablem Querschnitt-Verdrehung-, um den Energieverbrauch der Schrauben während der Installation und des Scherens gleichmäßiger zu machen und die Kontrollgenauigkeit der Vorziehkraft weiter zu verbessern; Entwicklung eines integrierten Designs mit einer „Anti---Lockerungsstruktur und der Integration von Anti---Lockerungsscheiben am EndeSchraubenzur Anpassung an mechanische Szenarien mit häufigen Vibrationen. Die Prozessoptimierung konzentriert sich auf die Kombination von Kaltstauchumformtechnik und Wärmebehandlungsprozess. Durch die präzise Steuerung der Kaltstauchverformung zur Reduzierung innerer Materialspannungen in Kombination mit einer segmentierten Abschreck- und Anlassbehandlung wird die Gleichmäßigkeit der Schraubenleistung verbessert und die Ausschussrate im Produktionsprozess reduziert.

5.3 Verbesserung des numerischen Simulations- und Testsystems

Erstellen Sie mit Hilfe der Finite-Elemente-Analyse (FEA)-Technologie ein numerisches Modell über den gesamten -Lebenszyklus von Schrauben von der „Installation und Scherung“ bis zur „Last{1}}Belastung, simulieren Sie das Leistungsverschlechterungsgesetz von Schrauben bei verschiedenen Temperaturen und Korrosionsumgebungen und stellen Sie eine theoretische Grundlage für die Auswahl in speziellen Szenarien bereit; gleichzeitig das Testforschungssystem verbessern. Fügen Sie zusätzlich zu herkömmlichen Zug- und Schertests „Ermüdungslebensdauertests“ und „Korrosions--Ermüdungskopplungstests“ hinzu und etablieren Sie eine Methode zur Bewertung der Schraubenlebensdauer auf der Grundlage der Zuverlässigkeitstheorie, wodurch die derzeitige Beschränkung, sich auf empirische Daten zu verlassen, aufgehoben wird und mehr wissenschaftliche technische Unterstützung für technische Anwendungen bereitgestellt wird.

6. Fazit

Hochfeste -Scherschrauben sind effiziente strukturelle Verbindungselemente, die „präzises Anziehen, hohe Festigkeit und hohe seismische Widerstandsfähigkeit“ vereinen. Ihr Hauptvorteil besteht darin, durch eine spezielle Dreh-{4}Scherstruktur eine präzise Kontrolle der Vorspannkraft zu erreichen und so die Hauptprobleme herkömmlicher Schraubverbindungen zu lösen. Gegenwärtig werden sie häufig in Bereichen wie Bauwesen, Brücken und Schwermaschinen eingesetzt und werden zu Kernkomponenten für die Gewährleistung hoher -Last- und -zuverlässiger Verbindungen.

Zukünftig werden die Hauptentwicklungsrichtungen von hochfesten Schrauben mit hoher -Scherfestigkeit{1} darin bestehen, durch Materialveredelung eine „höhere Festigkeit + bessere Korrosionsbeständigkeit“ zu erreichen, die Installationseffizienz und Lagerstabilität durch Struktur- und Prozessoptimierung zu verbessern und das Leistungsbewertungssystem durch numerische Simulation und Testforschung zu verbessern. Mit dem Durchbruch dieser Technologien werden ihre Anwendungsszenarien weiter auf rauere Bereiche wie die Schiffstechnik und die Luft- und Raumfahrt ausgeweitet und bieten zuverlässigere Verbindungsgarantien für die Herstellung von High-End-Geräten und den großen Maschinenbau.