Mechaninio nuovargio supratimas
Apibrėžimas: Kas yra mechaninis nuovargis?
Mechaninis nuovargis (dar vadinamas medžiagos nuovargiu arba tiesiog nuovargiu) yra progresuojantis, lokalizuotas konstrukcijos pažeidimas, atsirandantis, kai medžiaga patiria pakartotinius įtempio ar deformacijos ciklus, net kai maksimalus kiekvieno ciklo įtempis yra gerokai mažesnis už medžiagos didžiausią tempiamąjį stiprumą arba takumo ribą. Nuovargis sukelia mikroskopinių įtrūkimų atsiradimą ir augimą per daugelį tūkstančių ar milijonų ciklų, galiausiai be jokio įspėjimo, dėl kurio visiškai suyra.
Nuovargis yra dažniausias besisukančių mašinų komponentų, įskaitant velenus, krumpliaračius, guolius, tvirtinimo detales ir konstrukcinius elementus, gedimo būdas. Jis yra ypač klastingas, nes nuovargio gedimai atsiranda staiga, esant įtempių lygiams, kurie būtų saugūs esant statinei apkrovai, ir dažnai be matomo išankstinio įspėjimo. Nuovargio supratimas yra būtinas norint saugiai projektuoti ir eksploatuoti mašinas.
Nuovargio procesas
Trys nuovargio gedimo etapai
1 etapas: Įtrūkimo inicijavimas
- Vieta: Prasideda ties įtempių koncentracijomis (skylėmis, kampais, paviršiaus defektais)
- Mechanizmas: Lokalizuota plastinė deformacija sukuria mikroskopinį įtrūkimą (paprastai < 0,1 mm)
- Trukmė: Lygiems paviršiams bendras nuovargio laikas gali būti 50–90%
- Aptikimas: Labai sunku, paprastai neaptinkama eksploatacijos metu
2 etapas: Įtrūkimų plitimas
- Procesas: Įtrūkimas palaipsniui didėja su kiekvienu įtempimo ciklu
- Įvertinimas: Laikomasi Paryžiaus dėsnio – greitis proporcingas streso intensyvumo koeficientui
- Išvaizda: Lygus, paprastai pusapvalis arba elipsės formos įtrūkimo priekis
- Paplūdimio ženklai: Koncentriniai raštai, rodantys įtrūkimo augimo stadijas (matomi lūžio paviršiuje)
- Trukmė: Gali būti 10–50% viso gyvenimo
3 etapas: galutinis lūžis
- Įtrūkimas išauga iki kritinio dydžio, kai likusi medžiaga negali atlaikyti apkrovos
- Staigus, katastrofiškas likusio skerspjūvio lūžis
- Lūžio paviršius šiurkštus ir nelygus (kontrastingai nuo lygios nuovargio zonos)
- Paprastai įvyksta be įspėjimo įprasto veikimo metu
Nuovargis besisukančiose mašinose
Veleno nuovargis
- Priežastis: Lenkimo įtempiai nuo disbalansas, nesutapimas, arba skersinės apkrovos
- Streso ciklas: Sukamasis velenas su kiekvienu apsisukimu visiškai apsisuka
- Dažnos vietos: Grioveliai, skersmens pokyčiai, pečiai, presavimo įlaidos
- Tipinis gyvenimas: 10⁷–10⁹ ciklų (veikimo metų)
- Aptikimas: Veleno įtrūkimas vibracijos parašai (2× komponentas)
Guolių nuovargis
- Mechanizmas: Riedėjimo kontaktinis nuovargis dėl hercinių įtempių
- Rezultatas: Skilimas guolių žiedų arba riedėjimo elementų
- L10 Gyvenimas: Statistinis tarnavimo laikas, kai sugenda 10% guoliai (projektavimo pagrindas)
- Aptikimas: Guolių gedimų dažniai vibracijos spektre
Krumpliaračio dantų nuovargis
- Lenkimo nuovargis: Įtrūkimai prasideda ties danties šaknies filė
- Kontaktinis nuovargis: Paviršiaus duobėjimas ir skilimas
- Ciklai: Kiekvienas tinklelio įsitraukimas yra vienas ciklas
- Nesėkmė: Dantų lūžis arba paviršiaus pažeidimas
Tvirtinimo detalių nuovargis
- Varžtai, veikiami kintamų apkrovų nuo vibracija
- Įtrūkimai paprastai atsiranda ties pirmuoju veržlės sriegiu
- Staigus varžto lūžis be matomo įspėjimo
- Gali sukelti įrangos gedimą ar atskyrimą
Struktūrinis nuovargis
- Ciklinio apkrovimo veikiami rėmai, postamentai, suvirinimo siūlės
- Vibracija sukuria kintamus įtempius
- Įtrūkimai suvirinimo siūlėse, kampuose, geometriniuose netolygumuose
- Progresuojantis atraminių konstrukcijų gedimas
Nuovargio gyvenimo veiksniai
Įtempio amplitudė
- Nuovargio trukmė mažėja eksponentiškai didėjant įtempio amplitudei
- Tipinis santykis: Gyvenimas ∝ 1/Stresas⁶ su 1/Stresas¹⁰
- Nedidelis streso sumažėjimas žymiai pailgina gyvenimą
- Vibracijos sumažinimas tiesiogiai pailgina komponentų nuovargio tarnavimo laiką
Vidutinis stresas
- Statinis (vidutinis) stresas kartu su kintamuoju stresu veikia gyvenimą
- Didesnis vidutinis įtempis sumažina nuovargio stiprumą
- Iš anksto įtempti arba apkrauti komponentai yra jautresni
Streso koncentracijos
- Geometriniai elementai (skylės, kampai, grioveliai) sukoncentruoja įtempį
- Įtempių koncentracijos koeficientas (Kt) daugina vardinį įtempį
- Įtrūkimai beveik visada atsiranda esant įtempių koncentracijai
- Projektuokite su dideliais spinduliais, venkite aštrių kampų
Paviršiaus būklė
- Paviršiaus apdaila turi įtakos nuovargio stiprumui (lygus > šiurkštus)
- Paviršiaus defektai (įbrėžimai, įbrėžimai, korozijos duobės) sukelia įtrūkimus
- Paviršiaus apdorojimas (šratinis valymas, azotinimas) pagerina atsparumą nuovargiui
Aplinka
- Korozinis nuovargis: Korozinė aplinka pagreitina įtrūkimų augimą
- Temperatūra: Padidėjusi temperatūra sumažina nuovargio stiprumą
- Dažnis: Labai didelis arba labai mažas dviračių sportas gali paveikti gyvenimą
Prevencijos strategijos
Projektavimo etapas
- Pašalinkite arba sumažinkite įtempių koncentraciją (naudokite didelius užlaidų kraštus)
- Projektuojant atsižvelgiant į pakankamas nuovargio ribas (tipiniai saugos koeficientai 2–4)
- Pasirinkite medžiagas, pasižyminčias geromis nuovargio savybėmis
- Baigtinių elementų analizė, skirta nustatyti didelio įtempio sritis
- Jei įmanoma, venkite aštrių kampų ir skylių didelės apkrovos vietose
Gamyba
- Pagerinti svarbiausių komponentų paviršiaus apdailą
- Paviršiaus apdorojimas (šratinis valymas, grūdinimas)
- Tinkamas terminis apdorojimas optimaliam nuovargio stiprumui
- Venkite apdirbimo žymių, statmenų įtempimo krypčiai
Operacija
- Sumažinti vibraciją: Geras balansas, tikslus išlyginimas sumažina kintamuosius įtempius
- Venkite perkrovos: Veikti neviršijant projektavimo ribų
- Rezonanso prevencija: Venkite dirbti kritiniai greičiai
- Kontrolinė korozija: Apsauginės dangos, korozijos inhibitoriai
Priežiūra
- Periodinė įtrūkimų patikra (vizualinė, NDT metodais)
- Stebėkite vibraciją, kad anksti įspėtumėte apie besiformuojančius įtrūkimus
- Pakeiskite komponentus pasibaigus apskaičiuotam nuovargio tarnavimo laikui
- Nedelsiant suremontuokite paviršiaus pažeidimus (gali būti įtrūkimų atsiradimo vietos)
Mechaninis nuovargis yra pagrindinis besisukančių mašinų gedimo būdas, sukeliantis staigius, dažnai katastrofiškus gedimus dėl sukauptos ciklinės žalos. Norint išvengti nuovargio gedimų ir užtikrinti ilgą, patikimą mašinų komponentų tarnavimo laiką, būtina suprasti nuovargio mechanizmus, projektuoti taip, kad būtų kuo labiau sumažintos kintamos įtampos, ir palaikyti žemą vibracijos lygį tinkamai subalansuojant ir derinant.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 