Kas ir mehāniskais nogurums? Cikliskās spriedzes radītais bojājums • Pārnēsājams balansētājs, vibrācijas analizators "Balanset" drupinātāju, ventilatoru, mulčētāju, kombainu gliemežtransportieru, vārpstu, centrifūgu, turbīnu un daudzu citu rotoru dinamiskai balansēšanai. Kas ir mehāniskais nogurums? Cikliskās spriedzes radītais bojājums • Pārnēsājams balansētājs, vibrācijas analizators "Balanset" drupinātāju, ventilatoru, mulčētāju, kombainu gliemežtransportieru, vārpstu, centrifūgu, turbīnu un daudzu citu rotoru dinamiskai balansēšanai.

Kas ir mehāniskais nogurums? Cikliskā sprieguma bojājums

Publicējis admin vietnē

Mehāniskā noguruma izpratne

Definīcija: Kas ir mehāniskais nogurums?

Mehāniskais nogurums (saukts arī par materiāla nogurumu vai vienkārši par nogurumu) ir progresējoši, lokalizēti strukturāli bojājumi, kas rodas, ja materiāls tiek pakļauts atkārtotiem sprieguma vai deformācijas cikliem, pat ja maksimālais spriegums katrā ciklā ir krietni zemāks par materiāla galīgo stiepes izturību vai tecēšanas robežu. Nogurums izraisa mikroskopisku plaisu veidošanos un augšanu daudzu tūkstošu vai miljonu ciklu laikā, galu galā novedot pie pilnīga lūzuma bez brīdinājuma.

Nogurums ir visizplatītākais rotējošu mašīnu komponentu, tostarp vārpstu, zobratu, gultņu, stiprinājumu un konstrukcijas elementu, bojājumu veids. Tas ir īpaši mānīgs, jo noguruma bojājumi rodas pēkšņi, pie sprieguma līmeņiem, kas būtu droši statiskas slodzes gadījumā, un bieži vien bez redzama iepriekšēja brīdinājuma. Noguruma izpratne ir būtiska drošai mašīnu projektēšanai un ekspluatācijai.

Noguruma process

Trīs noguruma atteices stadijas

1. posms: Plaisu veidošanās

  • Atrašanās vieta: Sākas sprieguma koncentrācijās (caurumos, stūros, virsmas defektos)
  • Mehānisms: Lokalizēta plastiskā deformācija rada mikroskopisku plaisu (parasti < 0,1 mm)
  • Ilgums: Gludu virsmu kopējais noguruma ilgums var būt 50–90%
  • Atklāšana: Ārkārtīgi sarežģīti, parasti nav pamanāmi ekspluatācijas laikā

2. posms: Plaisu izplatīšanās

  • Process: Plaisa pakāpeniski palielinās ar katru sprieguma ciklu
  • Likme: Atbilst Parīzes likumam — ātrums ir proporcionāls stresa intensitātes koeficientam
  • Izskats: Gluda, parasti pusapļa vai eliptiska plaisas priekšpuse
  • Pludmales zīmes: Koncentriski raksti, kas parāda plaisu augšanas stadijas (redzami uz lūzuma virsmas)
  • Ilgums: Var būt 10–50% no kopējā kalpošanas laika

3. posms: galīgais lūzums

  • Plaisa izaug līdz kritiskam izmēram, kur atlikušais materiāls vairs nevar izturēt slodzi
  • Pēkšņs, katastrofāls atlikušā šķērsgriezuma lūzums
  • Lūzuma virsma ir raupja un nelīdzena (kontrastā ar gludu noguruma zonu)
  • Parasti notiek bez brīdinājuma normālas darbības laikā

Nogurums rotējošās mašīnās

Vārpstas nogurums

  • Iemesls: Lieces spriegumi no nelīdzsvarotība, neatbilstība, vai šķērsvirziena slodzes
  • Stresa cikls: Rotējošā vārpsta katrā apgriezienā piedzīvo pilnīgu apgriešanos.
  • Bieži sastopamās atrašanās vietas: Ierievas, diametra izmaiņas, pleci, presēšanas savienojumi
  • Tipiska dzīve: 10⁷ līdz 10⁹ cikli (darbības gadi)
  • Atklāšana: Vārpstas plaisa vibrācijas paraksti (2× komponents)

Gultņu nogurums

  • Mehānisms: Herca spriegumu radītais rites kontakta nogurums
  • Rezultāts: Atdalīšanās gultņu riņķiem vai ritošajiem elementiem
  • L10 Dzīve: Statistiskais kalpošanas laiks, ja 10% gultņi sabojājas (projektēšanas bāze)
  • Atklāšana: Gultņu defektu frekvences vibrācijas spektrā

Zobratu zobu nogurums

  • Liekšanas nogurums: Plaisas sākas zoba saknes filejā
  • Kontakta nogurums: Virsmas bedrītes un lobīšanās
  • Cikli: Katra tīkla mijiedarbība ir viens cikls
  • Neveiksme: Zobu lūzums vai virsmas bojājumi

Stiprinājumu nogurums

  • Skrūves, kas pakļautas mainīgām slodzēm no vibrācija
  • Plaisas parasti rodas pie pirmās vītnes uzgrieznī
  • Pēkšņa skrūves atteice bez redzama brīdinājuma
  • Var izraisīt iekārtu sabrukšanu vai atdalīšanos

Strukturālais nogurums

  • Rāmji, pamatnes, metinājumi, kas pakļauti cikliskai slodzei
  • Vibrācija rada mainīgus spriegumus
  • Plaisas metinājuma šuvēs, stūros, ģeometriskos pārtraukumos
  • Atbalsta konstrukciju pakāpeniska sabrukšana

Faktori, kas ietekmē noguruma dzīvi

Stresa amplitūda

  • Noguruma ilgums samazinās eksponenciāli līdz ar stresa amplitūdu
  • Tipiskas attiecības: Dzīve ∝ 1/Stress⁶ pret 1/Stress¹⁰
  • Neliela stresa līmeņa samazināšanās ievērojami pagarina dzīvi
  • Vibrācijas samazināšana tieši pagarina detaļu noguruma kalpošanas laiku

Vidējais stress

  • Statiskā (vidējā) slodze apvienojumā ar mainīgu slodzi ietekmē dzīvi
  • Augstāks vidējais spriegums samazina noguruma izturību
  • Iepriekš noslogotas vai iepriekš saspriegotas detaļas ir jutīgākas

Stresa koncentrācijas

  • Ģeometriskās iezīmes (caurumi, stūri, rievas) koncentrē spriegumu
  • Sprieguma koncentrācijas koeficients (Kt) reizina nominālo spriegumu
  • Plaisas gandrīz vienmēr rodas sprieguma koncentrācijās
  • Dizains ar lieliem rādiusiem, izvairieties no asiem stūriem

Virsmas stāvoklis

  • Virsmas apdare ietekmē noguruma izturību (gluda > raupja)
  • Virsmas defekti (ieplaisājumi, skrambas, korozijas bedres) izraisa plaisas
  • Virsmas apstrāde (lodīšu apstrāde, nitridēšana) uzlabo noguruma izturību

Vide

  • Korozijas nogurums: Korozīva vide paātrina plaisu augšanu
  • Temperatūra: Paaugstināta temperatūra samazina noguruma izturību
  • Biežums: Ļoti augsts vai ļoti zems riteņbraukšanas ātrums var ietekmēt dzīvi

Profilakses stratēģijas

Projektēšanas fāze

  • Novērst vai samazināt stresa koncentrāciju (izmantot dāsnas noapaļošanas)
  • Projektēšana ar atbilstošām noguruma rezervēm (drošības koeficienti 2–4 tipiski)
  • Izvēlieties materiālus ar labām noguruma īpašībām
  • Galīgo elementu analīze, lai identificētu augsta sprieguma zonas
  • Ja iespējams, izvairieties no asiem stūriem un caurumiem vietās ar augstu slodzi.

Ražošana

  • Uzlabojiet kritiski svarīgu komponentu virsmas apdari
  • Virsmas apstrāde (lodīšu apstrāde, rūdīšana)
  • Pareiza termiskā apstrāde optimālai noguruma izturībai
  • Izvairieties no apstrādes pēdām, kas ir perpendikulāras sprieguma virzienam

Darbība

  • Samazināt vibrāciju: Labi līdzsvars, precīza izlīdzināšana samazina mainīgo spriegumu
  • Izvairieties no pārslodzes: Darbojas projektēšanas robežās
  • Rezonanses novēršana: Izvairieties darboties pie kritiskie ātrumi
  • Kontroles korozija: Aizsargpārklājumi, korozijas inhibitori

Apkope

  • Periodiska plaisu pārbaude (vizuāla, NDT metodes)
  • Vibrācijas uzraudzība, lai laikus brīdinātu par plaisu veidošanos
  • Nomainiet komponentus aprēķinātā noguruma kalpošanas laika beigās
  • Nekavējoties salabojiet virsmas bojājumus (var būt plaisu veidošanās vietas)

Mehāniskais nogurums ir būtisks rotējošu mašīnu bojājumu veids, kas izraisa pēkšņas, bieži vien katastrofālas kļūmes uzkrātu ciklisku bojājumu dēļ. Lai novērstu noguruma bojājumus un nodrošinātu mašīnu komponentu ilgu un uzticamu kalpošanas laiku, ir svarīgi izprast noguruma mehānismus, projektēt tos tā, lai samazinātu mainīgo spriegumu, un uzturēt zemu vibrācijas līmeni, izmantojot atbilstošu līdzsvaru un izlīdzinājumu.

← Atpakaļ uz galveno indeksu

Kategorijas:
WhatsApp