El problema Un reciente examen de los datos de las pruebas de certificación de tornillos de avión

El problema

Un reciente examen de los datos de las pruebas de certificación de tornillos de avión (escareado de 100 grados, ranurado de seis hojas, cabezal de rosca, aleación de titanio ti-p64001, anodizado, recubierto con disulfuro de molibdeno, resistencia de 900 mépascal a una temperatura ambiente de 350 ° c), se encontró que un lote de tornillos de diámetro M5 no cumplieron los límites de prueba de tracción requeridos, Donde el nivel de falla en la unión de la cabeza a la barra es inferior al requerido. El resultado de la investigación fue una resistencia de 1.100 mb pascals a una temperatura ambiente de 350 ° c, y estas piezas habían sido previamente utilizadas en diferentes estándares de tornillos aeronáuticos por analogia: cabeza de disco, ranuras de seis hojas, mango normal de tolerancia gruesa, rosca de longitud media, aleación de titanio, anodizado y recubierto con bisulfuro de molibdeno. En resumen, los estándares similares especulados son para diferentes estilos de cabeza, diferentes configuraciones de sección de barra y mayor resistencia del material. Además, debido a los diferentes tipos de cabeza y la construcción de la varilla, las piezas de cabeza de plato tienen una geometría de acoplamiento cabeza-varilla muy diferente en comparación con los sujetadores que tienen un rebajado de 100 grados roscado a la cabeza. En vista de estas diferencias entre diseños y materiales, ¿Qué métodos o datos deben utilizarse para identificar piezas similares o no similares por analogía, o para evaluar la resistencia potencial a la tracción de una geometría cabeza-barra dada?

Un mal diseño de la cabeza y la construcción cónica puede causar que los sujetadores no cumplan con los requisitos de resistencia a la tracción y que los niveles de falla en las uniones cabeza a barra sean más altos de lo esperado.

Definir las variables

Las variables que afectan la resistencia a la tracción en la unión cabeza-barra de un sujetador pueden limitarse a la geometría efectiva de la interfaz, mientras que la resistencia a la tracción de la parte roscada del sujetador puede basarse en la región de tensión de tracción efectiva de la parte roscada. Al pasar de la zona roscada a la zona no roscada, debemos definir el diámetro de la zona que se utilizará para calcular la tensión de tracción efectiva de la pieza de sujeción. Para una geometría de rosca dada (por ejemplo, 10-32unjf), el "diámetro efectivo" cuando pasa a la parte no roscada de la barra es diferente de cuando pasa de la parte completamente roscada a la parte inferior de la cabeza del sujetador. En un tipo de perno, la rosca pasa al diámetro de todo el cuerpo (0.19 pulgadas para nuestro ejemplo 10-32 UNJF). El resultado es que la región de tensión de tracción más débil aparece en la transición del hilo a la barra de luz por debajo de uno o dos diámetros de paso de rosca. El diámetro de la sección de rosca es generalmente igual al diámetro de la barra.

En el caso de los sujetadores con rosca hasta la cabeza, la zona de tensión mínima a menudo ocurre en la región entre toda la rosca y la parte inferior de la cabeza o en la región de transición entre la rosca y la cabeza. Aquí, el diámetro de la tensión de tracción efectiva puede ser el mismo que el diámetro de paso (para nuestro ejemplo 10-32unjf, el mínimo es 0.1658 pulgadas), o puede ser ligeramente menor si la zona es redondeada en el proceso de fabricación para reducir la tensión que se establece durante ese período.

Esto es importante porque la diferencia en la región de la tensión de tracción efectiva en la transición de la cabeza a la varilla será diferente en el caso de un tornillo con rosca hasta la cabeza. El área de sección efectiva entre la transición cabeza-barra y la ranura interna, o lo que se denomina cono de tensión, debe calcularse utilizando el diámetro más grande de la transición del cerrojo o el diámetro más pequeño de la transición de rosca completa. El cálculo del HSR se convierte entonces en una comparación entre la zona de estiramiento efectiva del perno y la zona de paso de un tornillo con un diámetro de varilla completo o roscado completo. Idealmente, el HSR siempre será 1 o más grande, de modo que la falla de tracción del sujetador siempre sea igual o superior a la resistencia a tracción mínima del diámetro del paso. Esto asegura una resistencia suficiente en la unión de la cabeza al mango para evitar que la cabeza se desconecte de los sujetadores y haga que la unión falle.

La figura 1 muestra el perfil de rosca (zona sombreada) y la zona de tensión de tracción en la zona de unión cabeza-barra utilizada para los sujetadores roscados completos. Observe que en la sección transversal de la cabeza, la zona de tensión va desde el diámetro inferior (aproximadamente el diámetro del paso) hasta el punto más cercano en la base del cóncavo. En este caso, la muesca es en realidad una cruz en la región de la sección transversal más cercana a la unión cabeza-barra. Para la comparación con otros sistemas de accionamiento de ranuras de sujeción, se omitirán las trazas de material añadido entre las alas ranuradas y se utilizará únicamente una región circular basada en el diámetro exterior de las alas en la sección transversal.