ما هو التعب الميكانيكي؟ فشل الإجهاد الدوري • موازن محمول، محلل اهتزازات "Balanset" لآلات الموازنة الديناميكية، الكسارات، المراوح، آلات التغطية، المثاقب في الحصادات، أعمدة الإدارة، أجهزة الطرد المركزي، التوربينات، والعديد من الدوارات الأخرى. ما هو التعب الميكانيكي؟ فشل الإجهاد الدوري • موازن محمول، محلل اهتزازات "Balanset" لآلات الموازنة الديناميكية، الكسارات، المراوح، آلات التغطية، المثاقب في الحصادات، أعمدة الإدارة، أجهزة الطرد المركزي، التوربينات، والعديد من الدوارات الأخرى.

ما هو التعب الميكانيكي؟ فشل الإجهاد الدوري

نُشر بواسطة admin على

فهم التعب الميكانيكي

التعريف: ما هو التعب الميكانيكي؟

التعب الميكانيكي (يُسمى أيضًا إجهاد المادة أو ببساطة إجهاد الشد) هو الضرر الهيكلي التدريجي الموضعي الذي يحدث عند تعرض المادة لدورات متكررة من الإجهاد أو الانفعال، حتى عندما يكون أقصى إجهاد في كل دورة أقل بكثير من أقصى قوة شد أو مقاومة خضوع للمادة. يتسبب الإجهاد في ظهور شقوق مجهرية ونموها على مدى آلاف أو ملايين الدورات، مما يؤدي في النهاية إلى كسر كامل دون سابق إنذار.

يُعدّ التعب أكثر أشكال الأعطال شيوعًا في مكونات الآلات الدوارة، بما في ذلك الأعمدة، والتروس، والمحامل، وأدوات التثبيت، والعناصر الهيكلية. وهو خفيّ بشكل خاص لأن أعطال التعب تحدث فجأةً، عند مستويات إجهاد آمنة تحت الأحمال الساكنة، وغالبًا دون سابق إنذار واضح. يُعدّ فهم التعب أمرًا أساسيًا لتصميم الآلات وتشغيلها بأمان.

عملية التعب

ثلاث مراحل لفشل التعب

المرحلة 1: بدء الكراك

  • موقع: يبدأ عند تركيزات الإجهاد (الثقوب والزوايا والعيوب السطحية)
  • الآلية: يؤدي التشوه البلاستيكي الموضعي إلى حدوث شقوق مجهرية (عادةً < 0.1 مم)
  • مدة: يمكن أن يكون 50-90% من إجمالي عمر التعب للأسطح الملساء
  • كشف: صعب للغاية، وعادة لا يمكن اكتشافه أثناء الخدمة

المرحلة الثانية: انتشار الشقوق

  • عملية: ينمو الشق بشكل تدريجي مع كل دورة إجهاد
  • معدل: يتبع قانون باريس - المعدل متناسب مع عامل شدة الإجهاد
  • مظهر: واجهة شق ناعمة، عادةً ما تكون نصف دائرية أو بيضاوية الشكل
  • علامات الشاطئ: الأنماط المتحدة المركز التي توضح مراحل نمو الشق (مرئية على سطح الكسر)
  • مدة: قد يكون 10-50% من إجمالي الحياة

المرحلة 3: الكسر النهائي

  • ينمو الشق إلى حجم حرج حيث لا تستطيع المواد المتبقية دعم الحمل
  • كسر مفاجئ وكارثي في المقطع العرضي المتبقي
  • سطح الكسر خشن وغير منتظم (يتناقض مع منطقة التعب الملساء)
  • يحدث عادة دون سابق إنذار أثناء التشغيل العادي

التعب في الآلات الدوارة

إجهاد العمود

  • سبب: إجهادات الانحناء من عدم التوازن, عدم المحاذاة, ، أو الأحمال العرضية
  • دورة الإجهاد: يتعرض العمود الدوار للانعكاس الكامل في كل دورة
  • المواقع المشتركة: مفاتيح، تغييرات القطر، الأكتاف، ملاءمة الضغط
  • الحياة النموذجية: 10⁷ إلى 10⁹ دورة (سنوات التشغيل)
  • كشف: شق العمود توقيعات الاهتزاز (مكون 2 ×)

إجهاد المحمل

  • الآلية: إجهاد التلامس المتدحرج الناتج عن الضغوط الهيرتزية
  • نتيجة: التشقق من سباقات المحامل أو العناصر المتدحرجة
  • L10 الحياة: الحياة الإحصائية حيث تفشل 10% من المحامل (على أساس التصميم)
  • كشف: ترددات خطأ المحمل في طيف الاهتزاز

إجهاد أسنان التروس

  • إجهاد الانحناء: تبدأ الشقوق عند حشوة جذر السن
  • إجهاد التلامس: تآكل وتقشر السطح
  • الدورات: كل مشاركة شبكية هي دورة واحدة
  • فشل: كسر الأسنان أو تدهور السطح

إجهاد المثبتات

  • البراغي المعرضة لأحمال متناوبة من اهتزاز
  • تبدأ الشقوق عادة عند الخيط الأول في الجوز
  • فشل الترباس المفاجئ دون تحذير مرئي
  • قد يؤدي إلى انهيار المعدات أو انفصالها

التعب الهيكلي

  • الإطارات والركائز واللحامات المعرضة للتحميل الدوري
  • الاهتزاز يخلق ضغوط متناوبة
  • الشقوق في اللحامات والزوايا والانقطاعات الهندسية
  • الفشل التدريجي للهياكل الداعمة

العوامل المؤثرة على حياة التعب

سعة الإجهاد

  • تنخفض مدة التعب بشكل كبير مع سعة الإجهاد
  • العلاقة النموذجية: الحياة ∝ 1/الإجهاد⁶ إلى 1/الإجهاد¹⁰
  • تؤدي التخفيضات الصغيرة في مستويات التوتر إلى إطالة العمر بشكل كبير
  • يؤدي تقليل الاهتزاز إلى إطالة عمر إجهاد المكونات بشكل مباشر

متوسط الإجهاد

  • يؤثر الإجهاد الساكن (المتوسط) مع الإجهاد المتناوب على الحياة
  • يؤدي ارتفاع متوسط الإجهاد إلى تقليل قوة التعب
  • المكونات المحملة مسبقًا أو المجهدة مسبقًا أكثر عرضة للخطر

تركيزات الإجهاد

  • السمات الهندسية (الثقوب والزوايا والأخاديد) تركز الإجهاد
  • عامل تركيز الإجهاد (Kt) يضاعف الإجهاد الاسمي
  • تبدأ الشقوق دائمًا تقريبًا عند تركيزات الإجهاد
  • تصميم بنصف قطر سخية، وتجنب الزوايا الحادة

حالة السطح

  • يؤثر تشطيب السطح على قوة التعب (ناعم > خشن)
  • تؤدي العيوب السطحية (الخدوش والحفر التآكلية) إلى ظهور الشقوق
  • تحسين مقاومة التعب من خلال معالجة الأسطح (الرصاص، النترتة)

بيئة

  • التعب التآكلي: البيئة المسببة للتآكل تعمل على تسريع نمو الشقوق
  • درجة حرارة: درجات الحرارة المرتفعة تقلل من قوة التعب
  • تكرار: يمكن أن تؤثر معدلات ركوب الدراجات المرتفعة جدًا أو المنخفضة جدًا على الحياة

استراتيجيات الوقاية

مرحلة التصميم

  • إزالة أو تقليل تركيزات التوتر (استخدم شرائح سخية)
  • تصميم للحصول على هوامش تعب كافية (عوامل الأمان 2-4 نموذجية)
  • اختر المواد ذات خصائص التعب الجيدة
  • تحليل العناصر المحدودة لتحديد المناطق ذات الإجهاد العالي
  • تجنب الزوايا الحادة والثقوب في المناطق ذات الضغط العالي عندما يكون ذلك ممكنًا

تصنيع

  • تحسين تشطيب السطح للمكونات الحرجة
  • المعالجات السطحية (الرصاص، التصلب السطحي)
  • المعالجة الحرارية المناسبة لتحقيق قوة التعب المثالية
  • تجنب علامات التشغيل العمودية على اتجاه الإجهاد

عملية

  • تقليل الاهتزاز: Good توازن, ، محاذاة دقيقة تقلل من الضغوط المتناوبة
  • تجنب التحميل الزائد: العمل ضمن حدود التصميم
  • منع الرنين: تجنب التشغيل في السرعات الحرجة
  • السيطرة على التآكل: الطلاءات الواقية ومثبطات التآكل

صيانة

  • الفحص الدوري للشقوق (البصري، طرق الفحص غير المدمر)
  • مراقبة الاهتزازات للإنذار المبكر من تطور الشقوق
  • استبدال المكونات في نهاية عمر التعب المحسوب
  • إصلاح الضرر السطحي على الفور (يمكن أن تكون مواقع بدء التشقق)

التعب الميكانيكي هو أحد أنماط الأعطال الأساسية في الآلات الدوارة، ويُسبب أعطالًا مفاجئة، وغالبًا ما تكون كارثية، نتيجةً للأضرار الدورية المتراكمة. إن فهم آليات التعب، والتصميم لتقليل الإجهادات المتناوبة، والحفاظ على مستويات اهتزاز منخفضة من خلال التوازن والمحاذاة السليمين، أمورٌ أساسيةٌ لمنع أعطال التعب وضمان عمر خدمة طويل وموثوق لمكونات الآلات.

← العودة إلى الفهرس الرئيسي

فئات:
واتساب