Závitové spojovacie prvky podľa normy ISO 3800 - Skúšanie únavy pri axiálnom zaťažení - Skúšobné metódy a vyhodnotenie výsledkov

V norme „ISO 3800 Závitové spojovacie prvky – Skúšanie únavy pri axiálnom zaťažení – Skúšobné metódy a hodnotenie výsledkov“, ktorú vydala Medzinárodná organizácia pre normalizáciu (ISO), sú vysvetlené podmienky pre vykonávanie skúšok únavy pri axiálnom zaťažení na závitových spojovacích prvkoch a uvedené sú odporúčania na hodnotenie výsledkov.

Pokiaľ nie je dohodnuté inak, skúšky sú typu striedavého namáhania a vykonávajú sa pri izbovej teplote s aplikovaným zaťažením vycentrovaným pozdĺž pozdĺžnej osi upevňovacieho prvku. Vplyv uloženia upnutých častí na namáhanie upevňovacieho prvku sa nezohľadňuje.

Táto metóda umožňuje stanovenie únavovej pevnosti závitových spojovacích prvkov.

Výsledky testov môžu byť ovplyvnené testovacími podmienkami. Preto táto norma špecifikuje minimálne požiadavky na zmiernenie tohto vplyvu. Zahrnuté sú aj metódy kalibrácie a centrovania testovacieho zariadenia.

V zásade sa testy závitových spojovacích prvkov vykonávajú na určenie únavových vlastností, ako je napríklad Wohlerova krivka. Testované závitové spojovacie prvky sa namontujú do zariadenia na skúšanie únavy pri axiálnom zaťažení a vystavia sa kolísavému ťahovému zaťaženiu.

Konštantné priemerné napätie sa často používa na určenie neobmedzenej životnosti. Konštantný pomer napätia sa často používa na skúšky kvality pri akceptácii.

Skúška pokračuje, kým sa skúšobná vzorka nezlomí alebo kým sa neprekročí vopred stanovený počet cyklov namáhania. Počet skúšobných cyklov je vo všeobecnosti určený materiálom alebo únavovou pevnosťou skúšobnej vzorky. Pokiaľ nie je uvedené inak, zlyhanie sa definuje ako úplné oddelenie spojovacieho prvku na dva kusy.

Skúšobný stroj používaný v týchto testoch je vybavený zariadením, ktoré automaticky udržiava zaťaženie v rozmedzí 2 percent od požadovaných hodnôt počas celého testu a počíta a zaznamenáva celkový počet cyklov na test. Na zabezpečenie tejto presnosti sa skúšobný stroj pravidelne kalibruje. Frekvenčný rozsah testovania by mal byť medzi 4,2 Hz a 250 Hz. Skúšobný stroj generuje sínusové kolísanie zaťaženia na skúšanom kuse. Skúšobný stroj by mal mať zariadenie, ktoré zabráni jeho automatickému reštartovaniu po zastavení z dôvodu výpadku napájania.

Skúšobné prípravky musia byť schopné prenášať axiálne zaťaženie na skúšobný kus. Základné požiadavky sú znázornené na obrázkoch uvedených v norme. Odporúča sa samovyrovnanie.

Pravidelne by sa malo overovať zarovnanie testovacieho prípravku. Toto by sa malo určiť pomocou overovacieho čapu so štyrmi tenzometrami umiestnenými pod uhlom 90 palcov na spoločnej stredovej čiare okolo osi. Dĺžka rovnobežnej časti overovacieho čapu zaťaženia by mala byť štvornásobkom jeho priemeru. Rozdiel medzi maximálnym napätím a menovitým ťahovým napätím, meraným pri 50 percentách rozsahu zaťaženia použitého na stroji, by nemal presiahnuť 6 percent menovitého ťahového napätia. Samovyrovnávacie zariadenia sa neodporúčajú. Ak sa používajú, zarovnanie by sa malo starostlivo skontrolovať, pretože akékoľvek excentrické zaťaženie môže výrazne zmeniť výsledky únavovej skúšky.

Stručne povedané, norma ISO 3800 špecifikuje:

• Štandardné skúšobné podmienky pre axiálne (ťahové) únavové skúšky závitových spojovacích prvkov (napr. skrutiek, čapov).
• Pokyny pre nastavenie testu vrátane aplikácie zaťaženia, kontroly prostredia a kalibrácie zariadenia.
• Metódy hodnotenia s využitím S–N kriviek (napätie vs. počet cyklov) a štatistickej analýzy.

Účelom tejto normy je vyhodnotiť únavovú pevnosť spojovacích prvkov, ktorá je rozhodujúca pre predpovedanie trvanlivosti pri cyklickom zaťažení.

Základné skúšobné postupy opísané v tejto norme sú:

• Skúšky s konečnou životnosťou: Únavová životnosť sa určuje pri špecifikovaných amplitúdach napätia. Na posúdenie rozloženia únavovej životnosti sa zvyčajne testuje minimálne šesť vzoriek pri konštantných úrovniach napätia. Štatistické vyhodnotenie určuje úrovne napätia pre 10-percentnú, 50-percentnú a 90-percentnú pravdepodobnosť poruchy, zvyčajne zobrazenú pomocou Gaussovho pravdepodobnostného grafu.
• Prechodný (nekonečný) rozsah životnosti: Tieto testy určujú medzu únavy (hranicu vytrvalosti), pri ktorej porucha pretrváva aj po mnohých cykloch. Používajú sa metódy ako rebríková, medzná alebo arkusínusová analýza. Štatisticky spoľahlivé medze únavy (napríklad v rozmedzí plus/mínus 5 percent) zvyčajne vyžadujú 15 – 30 vzoriek.

Testy vytvárajú krivky S–N, ktoré znázorňujú amplitúdu napätia oproti počtu cyklov do porušenia (N). Štatistické nástroje odhadujú medzné hodnoty odolnosti pre špecifikovanú spoľahlivosť. Metódy zahŕňajú:

• Gaussova pravdepodobnostná sieť pre konečné životné dáta.
• Schodiskové, hraničné alebo arkussínusové metódy na vyhodnotenie rozsahu prechodu.

Hlavné dôvody, prečo je norma ISO 3800 dôležitá, sú:

• Zabraňuje únavovým poruchám: Mnohé mechanické poruchy strojov, vozidiel a konštrukcií sú spôsobené nielen jednorazovým preťažením, ale aj opakovaným cyklickým zaťažením. Poskytnutím štandardného postupu na stanovenie únavovej pevnosti táto norma pomáha inžinierom navrhovať spojovacie prvky, ktoré počas používania nepraskajú ani sa neočakávane nezlomia.
• Zabezpečuje globálne porovnateľné výsledky testov: Bez spoločnej normy by dve laboratóriá mohli testovať tú istú skrutku a získať rôzne výsledky kvôli rozdielom vo vybavení, metódach zaťaženia alebo príprave vzorky. Táto norma presne definuje požiadavky na stroj, aplikáciu zaťaženia, zarovnanie a metódy hodnotenia, čím zabezpečuje opakovateľnosť a porovnateľnosť výsledkov v rôznych krajinách a odvetviach.
• Podporuje bezpečnostne kritické aplikácie: Spojovacie prvky sa používajú v leteckom, automobilovom, železničnom, stavebníctve a ťažkom strojárskom priemysle, kde aj zlyhanie jedinej skrutky môže viesť ku katastrofickým nehodám. Dodržiavaním tejto normy môžu výrobcovia preukázať, že ich výrobky spĺňajú požiadavky na únavu materiálu potrebné pre tieto vysoko rizikové aplikácie.
• Zlepšuje vývoj produktov a kontrolu kvality: Tímy výskumu a vývoja používajú tieto štandardné testy na hodnotenie nových materiálov, náterov alebo návrhov pred hromadnou výrobou. Tímy kontroly kvality môžu vykonávať pravidelné testy, aby sa zabezpečilo, že každá šarža spĺňa požiadavky na odolnosť.
• Umožňuje návrh založený na spoľahlivosti: Táto norma zahŕňa metódy štatistického hodnotenia (napr. krivky S–N) a umožňuje inžinierom navrhovať na základe požadovanej pravdepodobnosti trvanlivosti. Tento prístup založený na údajoch znižuje nadmerný návrh (ktorý vedie k plytvaniu materiálom) a nedostatočný návrh (ktorý zvyšuje riziko poruchy).

V dôsledku toho je norma ISO 3800 smerodajnou referenciou pre hodnotenie axiálnej únavy závitových spojovacích prvkov za kontrolovaných laboratórnych podmienok. Či už ste výrobca spojovacích prvkov, inžinier kvality alebo konštruktér, táto norma poskytuje rámec pre konzistentnosť, spoľahlivosť a sledovateľnosť pri skúškach únavy.

Naša organizácia, ktorá pôsobí už mnoho rokov a starostlivo sleduje globálny vývoj vo vede a technike, zamestnáva kvalifikovaný tím a rozsiahlu infraštruktúru na vykonávanie testov, meraní a analýz v širokej škále oblastí pre podniky vo všetkých odvetviach. V tejto súvislosti poskytujeme aj testovacie služby v súlade s normou ISO 3800 „Závitové spojovacie prvky – Skúšanie únavy pri axiálnom zaťažení – Skúšobné metódy a hodnotenie výsledkov“.