خستگی مکانیکی چیست؟ شکست تنشی چرخه‌ای • بالانسر قابل حمل، آنالیزور ارتعاش "Balanset" برای بالانس دینامیکی سنگ شکن‌ها، فن‌ها، مالچرها، حلزونی‌ها روی کمباین‌ها، شفت‌ها، سانتریفیوژها، توربین‌ها و بسیاری از روتورهای دیگر خستگی مکانیکی چیست؟ شکست تنشی چرخه‌ای • بالانسر قابل حمل، آنالیزور ارتعاش "Balanset" برای بالانس دینامیکی سنگ شکن‌ها، فن‌ها، مالچرها، حلزونی‌ها روی کمباین‌ها، شفت‌ها، سانتریفیوژها، توربین‌ها و بسیاری از روتورهای دیگر

خستگی مکانیکی چیست؟ شکست تنشی چرخه‌ای

منتشر شده توسط admin در

درک خستگی مکانیکی

تعریف: خستگی مکانیکی چیست؟

خستگی مکانیکی خستگی (که به آن خستگی ماده یا به طور خلاصه خستگی نیز گفته می‌شود) آسیب ساختاری پیشرونده و موضعی است که هنگامی رخ می‌دهد که یک ماده در معرض چرخه‌های مکرر تنش یا کرنش قرار گیرد، حتی زمانی که حداکثر تنش در هر چرخه بسیار کمتر از استحکام کششی نهایی یا استحکام تسلیم ماده باشد. خستگی باعث می‌شود ترک‌های میکروسکوپی شروع و در طی هزاران یا میلیون‌ها چرخه رشد کنند و در نهایت بدون هیچ هشداری منجر به شکستگی کامل شوند.

خستگی رایج‌ترین حالت خرابی در اجزای ماشین‌آلات دوار از جمله شفت‌ها، چرخ‌دنده‌ها، یاتاقان‌ها، بست‌ها و عناصر سازه‌ای است. این پدیده به ویژه موذیانه است زیرا خرابی‌های ناشی از خستگی به طور ناگهانی، در سطوح تنشی که تحت بارگذاری استاتیک ایمن هستند، و اغلب بدون هشدار قبلی قابل مشاهده رخ می‌دهند. درک خستگی برای طراحی و عملکرد ایمن ماشین‌آلات ضروری است.

فرآیند خستگی

سه مرحله شکست خستگی

مرحله ۱: شروع ترک

  • مکان: در نقاط تمرکز تنش (سوراخ‌ها، گوشه‌ها، عیوب سطحی) شروع به تشکیل می‌کند.
  • مکانیسم: تغییر شکل پلاستیک موضعی باعث ایجاد ترک‌های میکروسکوپی می‌شود (معمولاً <0.1 میلی‌متر)
  • مدت زمان: می‌تواند 50-90% از کل عمر خستگی برای سطوح صاف باشد
  • تشخیص: بسیار دشوار، معمولاً در حین سرویس قابل تشخیص نیست

مرحله ۲: انتشار ترک

  • روند: ترک با هر چرخه تنش به صورت تدریجی رشد می‌کند
  • نرخ: از قانون پاریس پیروی می‌کند - نرخ متناسب با ضریب شدت تنش
  • ظاهر: جلوی ترک صاف، معمولاً نیم دایره یا بیضوی
  • علائم ساحلی: الگوهای متحدالمرکز که مراحل رشد ترک را نشان می‌دهند (روی سطح شکستگی قابل مشاهده هستند)
  • مدت زمان: ممکن است 10-50% از کل عمر باشد

مرحله ۳: شکستگی نهایی

  • ترک به اندازه بحرانی رشد می‌کند که در آن مواد باقی مانده نمی‌توانند بار را تحمل کنند.
  • شکستگی ناگهانی و فاجعه‌بار سطح مقطع باقی‌مانده
  • سطح شکست ناهموار و نامنظم (در تضاد با ناحیه خستگی صاف)
  • معمولاً بدون هشدار در حین عملکرد عادی رخ می‌دهد

خستگی در ماشین آلات دوار

خستگی شفت

  • علت: تنش‌های خمشی از عدم تعادل, ناهم‌ترازی, یا بارهای عرضی
  • چرخه استرس: شفت چرخان در هر دور چرخش، یک حرکت معکوس کامل را تجربه می‌کند
  • مکان‌های رایج: جای کلید، تغییر قطر، شانه‌ها، فشار دادن اتصالات
  • زندگی معمولی: ۱۰⁷ تا ۱۰⁹ چرخه (سال کارکرد)
  • تشخیص: ترک خوردگی شفت امضاهای ارتعاشی (مولفه ۲×)

خستگی یاتاقان

  • مکانیسم: خستگی تماس غلتشی ناشی از تنش‌های هرتزی
  • نتیجه: پوسته پوسته شدن از حلقه‌های یاتاقان یا اجزای غلتشی
  • زندگی L10: عمر آماری در جایی که 10% از یاتاقان‌ها دچار شکست می‌شوند (مبنای طراحی)
  • تشخیص: فرکانس‌های خطای یاتاقان در طیف ارتعاش

خستگی دندانه چرخ دنده

  • خستگی خمشی: ترک‌ها از فیله ریشه دندان شروع می‌شوند
  • خستگی تماسی: ایجاد حفره و پوسته پوسته شدن سطح
  • چرخه‌ها: هر تعامل مش یک چرخه است
  • شکست: شکستگی دندان یا تخریب سطح آن

خستگی بست

  • پیچ‌هایی که تحت بارهای متناوب از لرزش
  • ترک‌ها معمولاً از اولین رزوه در مهره شروع می‌شوند
  • شکست ناگهانی پیچ بدون هشدار قابل مشاهده
  • می‌تواند منجر به فروپاشی یا جداسازی تجهیزات شود

خستگی سازه‌ای

  • قاب‌ها، پایه‌ها، جوش‌های تحت بارگذاری چرخه‌ای
  • ارتعاش، تنش‌های متناوب ایجاد می‌کند
  • ترک در جوش‌ها، گوشه‌ها، ناپیوستگی‌های هندسی
  • خرابی پیش‌رونده سازه‌های نگهدارنده

عوامل مؤثر بر عمر خستگی

دامنه تنش

  • عمر خستگی با افزایش دامنه تنش به صورت نمایی کاهش می‌یابد
  • رابطه معمول: زندگی ∝ ۱/استرس⁶ تا ۱/استرس¹⁰
  • کاهش اندک استرس، طول عمر را به طرز چشمگیری افزایش می‌دهد
  • به حداقل رساندن ارتعاش مستقیماً عمر خستگی قطعه را افزایش می‌دهد

میانگین استرس

  • استرس ایستا (میانگین) همراه با استرس متناوب بر زندگی تأثیر می‌گذارد
  • تنش میانگین بالاتر، استحکام خستگی را کاهش می‌دهد
  • اجزای پیش بارگذاری شده یا پیش تنیده بیشتر مستعد هستند

غلظت تنش

  • ویژگی‌های هندسی (سوراخ‌ها، گوشه‌ها، شیارها) تنش را متمرکز می‌کنند
  • ضریب تمرکز تنش (Kt) در تنش اسمی ضرب می‌شود
  • ترک‌ها تقریباً همیشه در نقاط تمرکز تنش شروع می‌شوند
  • طراحی با شعاع‌های سخاوتمندانه، از گوشه‌های تیز خودداری کنید

شرایط سطح

  • پرداخت سطح بر استحکام خستگی تأثیر می‌گذارد (صاف > زبر)
  • عیوب سطحی (خراش‌ها، خراش‌ها، حفره‌های خوردگی) باعث ایجاد ترک می‌شوند
  • عملیات سطحی (ساچمه‌زنی، نیتریده کردن) مقاومت در برابر خستگی را بهبود می‌بخشد

محیط زیست

  • خستگی خوردگی: محیط خورنده رشد ترک را تسریع می‌کند
  • دما: دمای بالا باعث کاهش استحکام خستگی می‌شود
  • فرکانس: نرخ دوچرخه‌سواری بسیار بالا یا بسیار پایین می‌تواند بر زندگی تأثیر بگذارد

استراتژی‌های پیشگیری

مرحله طراحی

  • حذف یا به حداقل رساندن تمرکز تنش (استفاده از فیله‌های فراوان)
  • طراحی برای حاشیه‌های خستگی کافی (ضرایب ایمنی ۲-۴ معمولاً)
  • موادی با خواص خستگی خوب انتخاب کنید
  • تحلیل المان محدود برای شناسایی نواحی پر تنش
  • در صورت امکان از گوشه‌های تیز و سوراخ‌ها در مناطق پر تنش خودداری کنید.

تولید

  • بهبود سطح نهایی قطعات حساس
  • عملیات سطحی (ساچمه‌زنی، سخت‌کاری سطحی)
  • عملیات حرارتی مناسب برای دستیابی به استحکام خستگی مطلوب
  • از ایجاد خطوط ماشینکاری عمود بر جهت تنش خودداری کنید

عملیات

  • کاهش لرزش: Good تعادل, ، تراز دقیق، تنش‌های متناوب را به حداقل می‌رساند
  • از اضافه بار خودداری کنید: در محدوده طراحی عمل کنید
  • جلوگیری از رزونانس: از کار کردن در سرعت‌های بحرانی
  • کنترل خوردگی: پوشش‌های محافظ، بازدارنده‌های خوردگی

تعمیر و نگهداری

  • بازرسی دوره‌ای ترک‌ها (چشمی، روش‌های NDT)
  • نظارت بر ارتعاش برای هشدار زودهنگام در مورد ایجاد ترک
  • قطعات را در پایان عمر خستگی محاسبه شده تعویض کنید
  • آسیب‌های سطحی را فوراً تعمیر کنید (می‌تواند محل شروع ترک باشد)

خستگی مکانیکی یک حالت اساسی شکست در ماشین‌آلات دوار است که باعث شکست‌های ناگهانی و اغلب فاجعه‌بار ناشی از آسیب‌های چرخه‌ای انباشته می‌شود. درک مکانیسم‌های خستگی، طراحی برای به حداقل رساندن تنش‌های متناوب و حفظ سطح ارتعاش پایین از طریق تعادل و هم‌ترازی مناسب برای جلوگیری از شکست‌های خستگی و تضمین عمر طولانی و قابل اعتماد اجزای ماشین‌آلات ضروری است.

← بازگشت به فهرست اصلی

Categories:
واتساپ