Widząc tytuł, niektórzy mogą zapytać: W jaki sposób śruba wykonana z kawałka metalu może ulegać zmęczeniu? Tak naprawdę, gdy śruby ze stali węglowej są produkowane na potrzebne nam produkty, jeśli od początku pewne parametry techniczne i właściwości mechaniczne nie spełniają wymagań, w trakcie ciągłego użytkowania, z czasem będą stopniowo wywierać siłę na swoje lokalne obszary. Kiedy siła ta osiągnie punkt krytyczny, na śrubie pojawią się drobne pęknięcia. Powstawanie takich pęknięć jest jedynie pierwszym etapem zmęczenia. Kiedy liczba cykli osiągnie określony poziom, pęknięcia bezpośrednio doprowadzą do pęknięcia. Jest to zjawisko i skutek zmęczenia śruby.
Więc po co to robićśruby ze stali węglowejodczuwasz zmęczenie? Czy to prawda, że śruby o większej wytrzymałości są bardziej podatne na zmęczenie? Po pierwsze, zmęczenie śruby nie ma bezpośredniego związku z samą wytrzymałością. Tyle, że zwykłe śruby mają mniejsze wymagania wytrzymałościowe, więc środowisko ich stosowania nie spowoduje na nich nadmiernego efektu zmęczenia. Jednak środowisko stosowania śrub-o dużej wytrzymałości wiąże się z pewnymi wymaganiami dotyczącymi wytrzymałości na rozciąganie, co w niewidoczny sposób zwiększa efekt zmęczenia śrub. Dlatego większość zmęczenia śrub, z którymi spotykamy się w życiu codziennym, dotyczyśruby o-wytrzymałości, ale to nie znaczy, że zwykłe śruby nie będą podatne na zmęczenie-po prostu nasze wymagania dotyczące zwykłych śrub nie są wysokie podczas ich używania.
Przyjrzyjmy się dalej przyczynie zmęczenia śruby: to zmiana lokalnego naprężenia podczas cyklicznego użytkowania powoduje pewien stopień uszkodzenia słabych punktów śruby, ostatecznie tworząc pęknięcia. Zatem proces powinien wyglądać następująco: najpierw naprężenie powoduje erozję słabych punktów śruby, a następnie powoduje powstawanie pęknięć w śrubie. Po pewnym czasie pęknięcia stają się coraz większe. W pewnym krytycznym momencie śruba nagle pęka. Po-analizie długoterminowej odkryliśmy, że wytworzenie takiego naprężenia zmęczeniowego nie wymaga dużej siły zewnętrznej. Czasami naprężenie powstające na śrubie jest znacznie niższe niż granica plastyczności śruby. Dlatego też po pęknięciu śruby na skutek zmęczenia na powierzchni pęknięcia nie widać w ogóle śladów odkształcenia czy zgięcia pod wpływem sił zewnętrznych.
W oparciu o powyższą analizę możemy odpowiednio dostosować niektóre podstawowe procesy produkcyjne, aby śruby były odporne na zmęczenie. Spójrzmy na diagram:
Powyższy diagram przedstawia strukturę gwintu. Przestrzeń pomiędzy gwintami możemy wykonać za pomocą kąta R. Ponieważ pęknięcia zmęczeniowe występują głównie w nasadach gwintu i obszarze pod łbem śruby, dostosowanie niektórych podstawowych procesów wytwarzania gwintu może skutecznie zapobiec zmęczeniu. Możemy to porównać ze zwykłymi wątkami:
Powyższe jest zwykłym gwintem, w którym pomiędzy zębami gwintu tworzy się kąt prosty. Ten kąt prosty reaguje bezpośrednio na zmiany naprężeń, więc takie-gwinty prostokątne są podatne na pękanie zmęczeniowe. Jak analizowano wcześniej, oprócz gwintów, obszar pod łbem śruby jest również obszarem-wysokiego ryzyka pęknięcia zmęczeniowego. Spójrzmy na diagram:
Kierując się tą samą zasadą, co kąt R dla gwintów, możemy w dopuszczalnym zakresie wykonać obróbkę kąta R na styku łba śruby i gwintu.
