מהי עייפות מכנית? כשל מחזורי • מאזן נייד, מנתח רעידות "Balanset" לאיזון דינמי של מכונות ריסוק, מאווררים, מקדחות, מקדחות על קומביינים, פירים, צנטריפוגות, טורבינות ורבים אחרים של רוטורים מהי עייפות מכנית? כשל מחזורי • מאזן נייד, מנתח רעידות "Balanset" לאיזון דינמי של מכונות ריסוק, מאווררים, מקדחות, מקדחות על קומביינים, פירים, צנטריפוגות, טורבינות ורבים אחרים של רוטורים

מהי עייפות מכנית? כשל מחזורי עקב מאמץ

פורסם על ידי admin ב-

הבנת עייפות מכנית

הגדרה: מהי עייפות מכנית?

עייפות מכנית עייפות חומר (נקראת גם עייפות חומר או פשוט עייפות) היא הנזק המבני המתקדם והמקומי המתרחש כאשר חומר נתון למחזורים חוזרים ונשנים של מאמץ או מאמץ, גם כאשר המאמץ המקסימלי בכל מחזור נמוך בהרבה מחוזק המתיחה או חוזק הכניעה הסופי של החומר. עייפות גורמת לסדקים מיקרוסקופיים להתחיל ולגדול במשך אלפי או מיליוני מחזורים, ובסופו של דבר מובילה לשבר מוחלט ללא אזהרה.

עייפות היא מצב הכשל הנפוץ ביותר ברכיבי מכונות מסתובבים, כולל צירים, גלגלי שיניים, מיסבים, מחברים ואלמנטים מבניים. היא חמקמקה במיוחד משום שכשלים בעייפות מתרחשים פתאום, ברמות מאמץ שהיו בטוחות תחת עומס סטטי, ולעתים קרובות ללא אזהרה מוקדמת נראית לעין. הבנת העייפות חיונית לתכנון ותפעול בטוחים של מכונות.

תהליך העייפות

שלושה שלבים של כישלון עייפות

שלב 1: התחלת סדקים

  • מִקוּם: מתחיל בריכוזי מאמץ (חורים, פינות, פגמים במשטח)
  • מַנגָנוֹן: דפורמציה פלסטית מקומית יוצרת סדק מיקרוסקופי (בדרך כלל < 0.1 מ"מ)
  • מֶשֶׁך: יכול להיות 50-90% של אורך חיים עייף כולל עבור משטחים חלקים
  • זיהוי: קשה ביותר, בדרך כלל לא ניתן לגילוי בשירות

שלב 2: התפשטות סדקים

  • תהליך: הסדק גדל בהדרגה עם כל מחזור מאמץ
  • קֶצֶב: פועל לפי חוק פריז - קצב פרופורציונלי לגורם עוצמת הלחץ
  • הוֹפָעָה: חזית סדק חלקה, בדרך כלל חצי עגולה או אליפטית
  • סימני חוף: תבניות קונצנטריות המראות שלבי צמיחת סדקים (נראות על פני השבר)
  • מֶשֶׁך: ייתכן 10-50% מכלל החיים

שלב 3: שבר סופי

  • הסדק גדל לגודל קריטי שבו החומר הנותר אינו יכול לתמוך בעומס
  • שבר פתאומי וקטסטרופלי של חתך הרוחב הנותר
  • משטח השבר מחוספס ולא סדיר (בניגוד לאזור עייפות חלק)
  • קורה בדרך כלל ללא אזהרה במהלך פעולה רגילה

עייפות במכונות מסתובבות

עייפות פיר

  • לִגרוֹם: מאמצי כיפוף מ לְהוֹצִיא מְשִׁוּוּי מִשְׁקָל, חוסר יישור, או עומסים רוחביים
  • מחזור לחץ: הציר המסתובב חווה היפוך מוחלט בכל סיבוב
  • מיקומים נפוצים: חריצי מפתח, שינויי קוטר, כתפיים, התאמת לחיצות
  • חיים אופייניים: 10⁷ עד 10⁹ מחזורים (שנות פעולה)
  • זיהוי: סדק פיר חתימות רטט (רכיב 2×)

עייפות נושאת

  • מַנגָנוֹן: עייפות מגע מתגלגלת כתוצאה ממאמצים הרציאניים
  • תוֹצָאָה: ספלינג של מסבי מיסב או אלמנטים מתגלגלים
  • L10 חיים: אורך חיים סטטיסטי בו 10% של מיסבים כושלים (בסיס תכנון)
  • זיהוי: תדרי תקלות מיסבים בספקטרום הרטט

עייפות שיניים של גלגל שיניים

  • עייפות כיפוף: סדקים מתחילים בפילה של שורש השן
  • עייפות מגע: שקעים והתקלפות פני השטח
  • מחזורים: כל מעורבות ברשת היא מחזור אחד
  • כֶּשֶׁל: שבירת שיניים או הידרדרות פני השטח

עייפות מחברים

  • ברגים הנתונים לעומסים מתחלפים מ רֶטֶט
  • סדקים מתחילים בדרך כלל בהברגה הראשונה באום
  • כשל פתאומי של בורג ללא אזהרה נראית לעין
  • עלול לגרום לקריסת ציוד או להפרדה

עייפות מבנית

  • מסגרות, כנים, ריתוכים הנתונים לעומס מחזורי
  • רטט יוצר מאמצים מתחלפים
  • סדקים בריתוכים, פינות, אי רציפות גיאומטרית
  • כשל מתקדם של מבני תמיכה

גורמים המשפיעים על עייפות חיים

משרעת מאמץ

  • אורך החיים של עייפות פוחת באופן אקספוננציאלי עם משרעת המאמץ
  • מערכת יחסים אופיינית: חיים ∝ 1/לחץ⁶ עד 1/לחץ¹⁰
  • הפחתות קטנות בלחץ מאריכות באופן דרמטי את החיים
  • מזעור רעידות מאריך באופן ישיר את חיי עייפות הרכיבים

לחץ ממוצע

  • מאמץ סטטי (ממוצע) בשילוב עם מאמץ מתחלף משפיע על החיים
  • מאמץ ממוצע גבוה יותר מפחית את חוזק העייפות
  • רכיבים טעונים מראש או דרוכים מראש רגישים יותר

ריכוזי לחץ

  • מאפיינים גיאומטריים (חורים, פינות, חריצים) מרכזים מאמץ
  • גורם ריכוז המאמץ (Kt) מכפיל את המאמץ הנומינלי
  • סדקים כמעט תמיד מתחילים בריכוזי מאמץ
  • עיצוב עם רדיוסים נדיבים, הימנעות מפינות חדות

מצב פני השטח

  • גימור פני השטח משפיע על חוזק העייפות (חלק > מחוספס)
  • פגמים במשטח (סדקים, שריטות, בורות קורוזיה) יוזמים סדקים
  • טיפולי שטח (התכה, ניטרידינג) משפרים את עמידות העייפות

סְבִיבָה

  • עייפות קורוזיה: סביבה קורוזיבית מאיצה את צמיחת הסדקים
  • טֶמפֶּרָטוּרָה: טמפרטורות גבוהות מפחיתות את חוזק העייפות
  • תֶדֶר: שיעורי רכיבה גבוהים מאוד או נמוכים מאוד יכולים להשפיע על החיים

אסטרטגיות מניעה

שלב התכנון

  • לבטל או למזער ריכוזי לחץ (להשתמש בפילה נדיבה)
  • תכנון עבור מרווחי עייפות נאותים (גורמי בטיחות 2-4 אופייניים)
  • בחרו חומרים בעלי תכונות עייפות טובות
  • ניתוח אלמנטים סופיים לזיהוי אזורים בעלי מתח גבוה
  • הימנעו מפינות חדות, חורים באזורים עם עומס גבוה במידת האפשר

ייצור

  • שיפור גימור פני השטח של רכיבים קריטיים
  • טיפולי שטח (התכה, הקשחת קייס)
  • טיפול בחום נכון לעמידות אופטימלית בעייפות
  • הימנעו מסימני עיבוד שבבי הניצבים לכיוון המאמץ

מִבצָע

  • להפחית רטט: טוֹב לְאַזֵן, יישור מדויק ממזער מתחים מתחלפים
  • הימנעו מעומס יתר: לפעול במסגרת מגבלות התכנון
  • מניעת תהודה: הימנעו מפעילות ב מהירויות קריטיות
  • בקרת קורוזיה: ציפויי הגנה, מעכבי קורוזיה

תַחזוּקָה

  • בדיקה תקופתית לאיתור סדקים (ויזואלית, שיטות NDT)
  • ניטור רעידות לאזהרה מוקדמת של התפתחות סדקים
  • החלפת רכיבים בסוף חיי העייפות המחושבים
  • תקן נזקי פני השטח במהירות (יכולים להיות אתרי התחלת סדקים)

עייפות מכנית היא מצב כשל בסיסי במכונות מסתובבות הגורם לכשלים פתאומיים, לעתים קרובות קטסטרופליים, כתוצאה מנזק מחזורי מצטבר. הבנת מנגנוני עייפות, תכנון למזעור מאמצים מתחלפים ושמירה על רמות רעידות נמוכות באמצעות איזון ויישור נכונים חיוניים למניעת כשלים בעייפות ולהבטחת חיי שירות ארוכים ואמינים של רכיבי מכונות.

← חזרה לאינדקס הראשי

קטגוריות:
וואטסאפ