Hvad er mekanisk udmattelse? Cyklisk stressfejl • Bærbar balancer, vibrationsanalysator "Balanset" til dynamisk balancering af knusere, ventilatorer, mulchere, snegle på mejetærskere, aksler, centrifuger, turbiner og mange andre rotorer Hvad er mekanisk udmattelse? Cyklisk stressfejl • Bærbar balancer, vibrationsanalysator "Balanset" til dynamisk balancering af knusere, ventilatorer, mulchere, snegle på mejetærskere, aksler, centrifuger, turbiner og mange andre rotorer

Hvad er mekanisk træthed? Cyklisk stressfejl

Udgivet af admin på

Forståelse af mekanisk træthed

Definition: Hvad er mekanisk træthed?

Mekanisk træthed (også kaldet materialetræthed eller blot træthed) er den progressive, lokaliserede strukturelle skade, der opstår, når et materiale udsættes for gentagne cyklusser af belastning eller stress, selv når den maksimale spænding i hver cyklus er langt under materialets ultimative trækstyrke eller flydespænding. Træthed forårsager, at mikroskopiske revner starter og vokser over mange tusinde eller millioner af cyklusser, hvilket i sidste ende fører til fuldstændig brud uden varsel.

Udmattelse er den mest almindelige fejltilstand i roterende maskinkomponenter, herunder aksler, gear, lejer, fastgørelseselementer og strukturelle elementer. Det er særligt snigende, fordi udmattelsesfejl opstår pludseligt ved spændingsniveauer, der ville være sikre under statisk belastning, og ofte uden synlig forudgående varsel. Forståelse af udmattelse er afgørende for sikker maskindesign og -drift.

Træthedsprocessen

Tre stadier af træthedssvigt

Fase 1: Revnedannelse

  • Beliggenhed: Starter ved spændingskoncentrationer (huller, hjørner, overfladefejl)
  • Mekanisme: Lokal plastisk deformation skaber mikroskopiske revner (typisk < 0,1 mm)
  • Varighed: Kan være 50-90% total udmattelseslevetid for glatte overflader
  • Opdagelse: Ekstremt vanskelig, normalt ikke detekterbar i brug

Fase 2: Revneudbredelse

  • Proces: Revnen vokser trinvist med hver belastningscyklus
  • Sats: Følger Pariserloven – hastighed proportional med stressintensitetsfaktoren
  • Udseende: Glat, typisk halvcirkelformet eller elliptisk revnefront
  • Strandmærker: Koncentriske mønstre, der viser revnevækststadier (synlige på brudoverfladen)
  • Varighed: Kan være 10-50% af den samlede levetid

Trin 3: Endelig fraktur

  • Revnen vokser til en kritisk størrelse, hvor det resterende materiale ikke kan bære belastningen
  • Pludselig, katastrofal brud på det resterende tværsnit
  • Brudoverfladen er ru og ujævn (i kontrast til den glatte udmattelseszone)
  • Opstår typisk uden varsel under normal drift

Træthed i roterende maskiner

Skafttræthed

  • Årsag: Bøjningsspændinger fra ubalance, forskydning, eller tværgående belastninger
  • Stresscyklus: Den roterende aksel oplever fuldstændig vending ved hver omdrejning
  • Almindelige steder: Kilespor, diameterændringer, skuldre, prespasninger
  • Typisk liv: 10⁷ til 10⁹ cyklusser (års drift)
  • Opdagelse: Skaftrevne vibrationssignaturer (2× komponent)

Lejetræthed

  • Mekanisme: Rullende kontakttræthed fra Hertz-spændinger
  • Resultat: Afskalning af lejebaner eller rulleelementer
  • L10 Liv: Statistisk levetid, hvor 10% af lejer svigter (designbasis)
  • Opdagelse: Lejefejlfrekvenser i vibrationsspektret

Tandhjulsudmattelse

  • Bøjningstræthed: Revner starter ved tandrodsfileten
  • Kontakttræthed: Overfladeafskalning og grubdannelse
  • Cyklusser: Hvert mesh-engagement er én cyklus
  • Fiasko: Tandbrud eller overfladeforringelse

Fastgørelsesmaterialetræthed

  • Bolte udsat for skiftende belastninger fra vibrationer
  • Revner starter typisk ved første gevind i møtrikken
  • Pludselig boltfejl uden synlig advarsel
  • Kan føre til sammenbrud eller adskillelse af udstyr

Strukturel træthed

  • Rammer, piedestaler, svejsninger udsat for cyklisk belastning
  • Vibrationer skaber vekslende spændinger
  • Revner ved svejsninger, hjørner, geometriske diskontinuiteter
  • Progressiv svigt af støttestrukturer

Faktorer der påvirker træthed og liv

Spændingsamplitude

  • Udmattelseslevetiden falder eksponentielt med stressamplituden
  • Typisk forhold: Liv ∝ 1/Stress⁶ til 1/Stress¹⁰
  • Små reduktioner i stress forlænger livet dramatisk
  • Minimering af vibrationer forlænger direkte komponenternes levetid for udmattelse

Gennemsnitlig stress

  • Statisk (gennemsnitlig) stress kombineret med alternerende stress påvirker livet
  • Højere gennemsnitlig spænding reducerer udmattelsesstyrken
  • Forbelastede eller forspændte komponenter er mere modtagelige

Stresskoncentrationer

  • Geometriske træk (huller, hjørner, riller) koncentrerer spænding
  • Spændingskoncentrationsfaktoren (Kt) multiplicerer nominel spænding
  • Revner starter næsten altid ved spændingskoncentrationer
  • Design med store radier, undgå skarpe hjørner

Overfladetilstand

  • Overfladefinish påvirker udmattelsesstyrken (glat > ru)
  • Overfladefejl (hak, ridser, korrosionshuller) initierer revner
  • Overfladebehandlinger (kugleblæsning, nitrering) forbedrer udmattelsesbestandigheden

Miljø

  • Korrosionsudmattelse: Korrosivt miljø accelererer revnevækst
  • Temperatur: Forhøjede temperaturer reducerer udmattelsesstyrken
  • Frekvens: Meget høje eller meget lave cyklingsrater kan påvirke livet

Forebyggelsesstrategier

Designfase

  • Eliminer eller minimer stresskoncentrationer (brug rigelige fileter)
  • Design med tilstrækkelige udmattelsesmargener (typisk sikkerhedsfaktorer 2-4)
  • Vælg materialer med gode udmattelsesegenskaber
  • Finite element-analyse til identifikation af områder med høj belastning
  • Undgå skarpe hjørner og huller i områder med høj belastning, når det er muligt

Fremstilling

  • Forbedre overfladefinishen på kritiske komponenter
  • Overfladebehandlinger (kugleblæsning, overfladehærdning)
  • Korrekt varmebehandling for optimal udmattelsesstyrke
  • Undgå bearbejdningsmærker vinkelret på spændingsretningen

Operation

  • Reducer vibrationer: God balance, præcisionsjustering minimerer vekslende spændinger
  • Undgå overbelastning: Operer inden for designgrænserne
  • Forebygg resonans: Undgå at operere kl. kritiske hastigheder
  • Kontrol af korrosion: Beskyttende belægninger, korrosionsinhibitorer

Opretholdelse

  • Periodisk inspektion for revner (visuel, NDT-metoder)
  • Overvåg vibrationer for tidlig advarsel om udviklende revner
  • Udskift komponenterne ved slutningen af den beregnede udmattelseslevetid
  • Reparer overfladeskader omgående (kan være steder med revnedannelse)

Mekanisk udmattelse er en fundamental fejltilstand i roterende maskiner, der forårsager pludselige, ofte katastrofale fejl på grund af akkumuleret cyklisk skade. Forståelse af udmattelsesmekanismer, design for at minimere alternerende spændinger og opretholde lave vibrationsniveauer gennem korrekt balance og justering er afgørende for at forhindre udmattelsesfejl og sikre en lang og pålidelig levetid for maskinkomponenter.

← Tilbage til hovedindekset

Kategorier:
WhatsApp