Increasing fatigue durability of bolt joint by variation of nut position

Abstract

A method of increasing the fatigue durability of a bolt joint is considered. It is based on variation of the nut position with respect to the bolt. Turning the nut causes its turns to be in contact with different turns of the bolt during sequential periods of loading. The turn of the bolt which experiences the highest loading is in contact with the first (most dangerous) turn of the nut. With further nut turns, bolt turns experience less loading because of the contact with another (less dangerous) turns of the nut. Loading reducing in this way can increase the fatigue durability. The sum of damages is calculated for all points of the bolt turns which are in contact with the first turn of the nut for any loading period. According to the Miner's rule, fatigue failure occurs when the sum of damage is equal to one. The durability calculation is based on the bolt turns fatigue curve. Commonly it is obtained by testing a bolt joint without turning the nut. Fatigue curve of a bolt joint in the presented paper is obtained including the influence of load distribution in the bolt turns. Mathematical model for calculating the maximum fatigue durability of a bolt joint is given. It is assumed that the height of washer - bushing, the number of turns of the nut and the bolt turns fatigue curve are known. The survival condition is that for any point of the bolt, the sum of damage after the last loading period must be less than one. A personal computer program for the fatigue durability calculation is prepared and some problems are solved. An analysis of the results is presented.

Nagrinėjamos galimybės didinti srieginės jungties ilgaamžiškumą, keičiant veržlės padėtį varžto atžvilgiu. Pasukant jungties detales (paprastai keičiant poveržlės aukštį), kiekvienu darbo periodu veržlės ir varžto tarpusavio padėtis keičiasi, taigi didžiausia apkrova jungties eksploatacijos metu tenka ne vienai, o kelioms varžto vijoms. Dėl šios priežasties padidėja srieginės jungties ciklinis ilgaamžiškumas. Apkrovimo ciklų, po kurių atsiranda plyšys varžto vijos įduboje, skaičius nustatomas taikant Mai-nerio principą. Remiamasi įprastos jungties, t. y. jungties, kurios detalių padėtis eksploatacijos metu nesikeičia, varžto sriegio vijų nuovargio kreive. Darbe varžto vijų nuovargio kreivė nustatoma įvertinant apkrovos pasiskirstymą sriegio vijose. Uždavinys formuluojamas ir sprendžiamas matematinio programavimo metodu. Tai leidžia tiek nustatyti optimalius veržlės pasukimų režimus, tiek įvertinti realius technologinius ar eksploatacinius apribojimus, t. y. modeliuoti srieginės jungties darbą. Srieginės jungties optimalios laikomosios galios nustatymo uždavinys formuluojamas taip: žinant veržlės aukštį ir jos pasukimų skaičių bei turint varžto vijų nuovargio kreivę, reikia gauti didžiausią jungties darbo trukmę ciklais, atsižvelgiant į sąlygą, kad, pasibaigus paskutiniam darbo periodui, visuose varžto vijų skaičiuojamuosiuose taškuose pažeidimų suma, susikaupusi per visus darbo periodus, neviršytų vieneto. Sukurta programa asmeniniam kompiuteriui, pateikti keli uždavinio sprendimo pavyzdžiai. Atlikta skaičiavimo rezultatų analizė.