यांत्रिक थकान को समझना

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परिभाषा: यांत्रिक थकान क्या है?

यांत्रिक थकान (जिसे सामग्री थकान या केवल थकान भी कहा जाता है) एक प्रगतिशील, स्थानीयकृत संरचनात्मक क्षति है जो तब होती है जब कोई सामग्री तनाव या विकृति के बार-बार चक्रों के अधीन होती है, तब भी जब प्रत्येक चक्र में अधिकतम तनाव सामग्री की अंतिम तन्य शक्ति या पराभव शक्ति से काफी कम होता है। थकान के कारण सूक्ष्म दरारें शुरू होती हैं और कई हज़ारों या लाखों चक्रों में बढ़ती हैं, जिससे अंततः बिना किसी चेतावनी के पूर्ण विखंडन हो जाता है।.

शाफ्ट, गियर, बेयरिंग, फास्टनर और संरचनात्मक तत्वों सहित घूर्णन मशीनरी घटकों में थकान सबसे आम विफलता का कारण है। यह विशेष रूप से घातक है क्योंकि थकान विफलताएँ अचानक, ऐसे तनाव स्तरों पर होती हैं जो स्थैतिक भार के तहत सुरक्षित होते हैं, और अक्सर बिना किसी पूर्व चेतावनी के। सुरक्षित मशीनरी डिज़ाइन और संचालन के लिए थकान को समझना आवश्यक है।.

थकान प्रक्रिया

थकान विफलता के तीन चरण

चरण 1: दरार की शुरुआत

• जगह: तनाव सांद्रता (छेद, कोने, सतह दोष) पर आरंभ होता है
• तंत्र: स्थानीयकृत प्लास्टिक विरूपण सूक्ष्म दरारें बनाता है (आमतौर पर < 0.1 मिमी)
• अवधि: चिकनी सतहों के लिए कुल थकान जीवन 50-90% हो सकता है
• पता लगाना: अत्यंत कठिन, आमतौर पर सेवा में पता नहीं चलता

चरण 2: दरार प्रसार

• प्रक्रिया: प्रत्येक तनाव चक्र के साथ दरार क्रमिक रूप से बढ़ती है
• दर: पेरिस नियम का पालन करता है—दर तनाव तीव्रता कारक के समानुपाती होती है
• उपस्थिति: चिकनी, आमतौर पर अर्ध-गोलाकार या अण्डाकार दरार सामने
• समुद्र तट के निशान: दरार वृद्धि चरणों को दर्शाने वाले संकेंद्रित पैटर्न (फ्रैक्चर सतह पर दिखाई देते हैं)
• अवधि: कुल जीवन का 10-50% हो सकता है

चरण 3: अंतिम फ्रैक्चर

• दरार इतनी गंभीर हो जाती है कि शेष सामग्री भार सहन नहीं कर पाती
• शेष क्रॉस-सेक्शन का अचानक, भयावह फ्रैक्चर
• फ्रैक्चर सतह खुरदरी और अनियमित (चिकनी थकान क्षेत्र के विपरीत)
• सामान्यतः सामान्य ऑपरेशन के दौरान बिना किसी चेतावनी के होता है

घूर्णन मशीनरी में थकान

शाफ्ट थकान

• कारण: झुकने से तनाव असंतुलित होना, मिसलिग्न्मेंट, या अनुप्रस्थ भार
• तनाव चक्र: घूर्णन शाफ्ट प्रत्येक चक्कर में पूर्ण उलटाव का अनुभव करता है
• सामान्य स्थान: कीवे, व्यास परिवर्तन, कंधे, प्रेस फिट
• सामान्य जीवन: 10⁷ से 10⁹ चक्र (संचालन वर्ष)
• पता लगाना: शाफ्ट दरार कंपन हस्ताक्षर (2× घटक)

असर थकान

• तंत्र: हर्ट्ज़ियन तनावों से रोलिंग संपर्क थकान
• परिणाम: स्पैलिंग असर दौड़ या रोलिंग तत्वों का
• एल10 जीवन: सांख्यिकीय जीवन काल जहां 10% बीयरिंग विफल हो जाते हैं (डिजाइन आधार)
• पता लगाना: असर दोष आवृत्तियों कंपन स्पेक्ट्रम में

गियर दांत थकान

• झुकने से थकान: दरारें दांत की जड़ के फ़िललेट से शुरू होती हैं
• संपर्क थकान: सतह पर गड्ढे और टूट-फूट
• चक्र: प्रत्येक जाल संलग्नता एक चक्र है
• असफलता: दांत टूटना या सतह का खराब होना

फास्टनर थकान

• बोल्टों पर बारी-बारी से भार डाला जाता है कंपन
• दरारें आमतौर पर नट के पहले धागे से शुरू होती हैं
• बिना किसी स्पष्ट चेतावनी के अचानक बोल्ट खराब होना
• उपकरण के टूटने या अलग होने का कारण बन सकता है

संरचनात्मक थकान

• चक्रीय लोडिंग के अधीन फ्रेम, पेडेस्टल, वेल्ड
• कंपन वैकल्पिक तनाव पैदा करता है
• वेल्ड, कोनों, ज्यामितीय असंततताओं पर दरारें
• समर्थन संरचनाओं की प्रगतिशील विफलता

थकान भरे जीवन को प्रभावित करने वाले कारक

तनाव आयाम

• थकान जीवन तनाव आयाम के साथ तेजी से घटता है
• विशिष्ट संबंध: जीवन ∝ 1/तनाव⁶ से 1/तनाव¹⁰
• तनाव में थोड़ी सी कमी से जीवन में नाटकीय वृद्धि होती है
• कंपन को न्यूनतम करने से घटक का थकान जीवन सीधे तौर पर बढ़ जाता है

औसत तनाव

• स्थैतिक (औसत) तनाव और प्रत्यावर्ती तनाव का संयोजन जीवन को प्रभावित करता है
• उच्च औसत तनाव थकान शक्ति को कम करता है
• प्रीलोडेड या प्रीस्ट्रेस्ड घटक अधिक संवेदनशील होते हैं

तनाव सांद्रता

• ज्यामितीय विशेषताएँ (छेद, कोने, खांचे) तनाव को केंद्रित करती हैं
• प्रतिबल सांद्रण कारक (Kt) नाममात्र प्रतिबल को गुणा करता है
• दरारें लगभग हमेशा तनाव सांद्रता पर शुरू होती हैं
• उदार त्रिज्या के साथ डिजाइन, तेज कोनों से बचें

सतह की स्थिति

• सतह की फिनिश थकान शक्ति को प्रभावित करती है (चिकनी > खुरदरी)
• सतही दोष (निशान, खरोंच, संक्षारण गड्ढे) दरारें उत्पन्न करते हैं
• सतह उपचार (शॉट पीनिंग, नाइट्राइडिंग) थकान प्रतिरोध में सुधार करते हैं

पर्यावरण

• संक्षारण थकान: संक्षारक वातावरण दरारों के विकास को तेज करता है
• तापमान: ऊंचा तापमान थकान शक्ति को कम करता है
• आवृत्ति: बहुत अधिक या बहुत कम साइकिलिंग दरें जीवन को प्रभावित कर सकती हैं

रोकथाम रणनीतियाँ

डिजाइन चरण में

• तनाव सांद्रता को खत्म या न्यूनतम करें (उदार फिलेट का उपयोग करें)
• पर्याप्त थकान मार्जिन के लिए डिज़ाइन (सुरक्षा कारक 2-4 सामान्य)
• अच्छे थकान गुणों वाली सामग्री का चयन करें
• उच्च-तनाव वाले क्षेत्रों की पहचान के लिए परिमित तत्व विश्लेषण
• जहाँ तक संभव हो, तीखे कोनों, उच्च तनाव वाले क्षेत्रों में छेदों से बचें

उत्पादन

• महत्वपूर्ण घटकों की सतह की फिनिश में सुधार करें
• सतह उपचार (शॉट पीनिंग, केस हार्डनिंग)
• इष्टतम थकान शक्ति के लिए उचित ताप उपचार
• तनाव की दिशा के लंबवत मशीनिंग चिह्नों से बचें

संचालन

• कंपन कम करें: Good संतुलन, सटीक संरेखण वैकल्पिक तनावों को न्यूनतम करता है
• ओवरलोड से बचें: डिज़ाइन सीमाओं के भीतर काम करें
• अनुनाद रोकें: पर परिचालन से बचें महत्वपूर्ण गति
• संक्षारण नियंत्रण: सुरक्षात्मक कोटिंग्स, संक्षारण अवरोधक

रखरखाव

• दरारों के लिए आवधिक निरीक्षण (दृश्य, एनडीटी विधियां)
• दरारें पड़ने की पूर्व चेतावनी के लिए कंपन की निगरानी करें
• गणना की गई थकान अवधि के अंत में घटकों को बदलें
• सतह की क्षति की तुरंत मरम्मत करें (यह दरार आरंभ करने वाली जगह हो सकती है)

यांत्रिक थकान, घूर्णनशील मशीनरी में एक मूलभूत विफलता का कारण है जो संचित चक्रीय क्षति के कारण अचानक, अक्सर विनाशकारी विफलताओं का कारण बनती है। थकान तंत्र को समझना, प्रत्यावर्ती तनावों को न्यूनतम करने के लिए डिज़ाइन करना, और उचित संतुलन और संरेखण के माध्यम से कंपन के निम्न स्तर को बनाए रखना, थकान विफलताओं को रोकने और मशीनरी घटकों की लंबी, विश्वसनीय सेवा जीवन सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक है।.

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