Разумевање механичког замора
Дефиниција: Шта је механички замор?
Механички замор (такође се назива замор материјала или једноставно замор) је прогресивно, локализовано структурно оштећење које настаје када је материјал изложен поновљеним циклусима напрезања или деформације, чак и када је максимални напон у сваком циклусу знатно испод граничне затезне чврстоће или границе течења материјала. Замор узрокује настанак и раст микроскопских пукотина током више хиљада или милиона циклуса, што на крају доводи до потпуног лома без упозорења.
Замор је најчешћи начин отказа у ротирајућим машинским компонентама, укључујући вратила, зупчанике, лежајеве, причвршћиваче и структурне елементе. Посебно је подмукао јер се откази услед замора јављају изненада, на нивоима напрезања који би били безбедни под статичким оптерећењем, и често без видљивог претходног упозорења. Разумевање замора је неопходно за безбедно пројектовање и рад машина.
Процес замора
Три фазе отказа услед замора
Фаза 1: Појава пукотине
- Локација: Почиње при концентрацијама напона (рупе, углови, површински дефекти)
- Механизам: Локализована пластична деформација ствара микроскопске пукотине (обично < 0,1 мм)
- Трајање: Може бити 50-90% укупног века трајања до замора за глатке површине
- Детекција: Изузетно тешко, обично се не може открити у служби
Фаза 2: Ширење пукотине
- Процес: Пукотина постепено расте са сваким циклусом напрезања
- Оцена: Прати Парисов закон — брзина пропорционална фактору интензитета напона
- Изглед: Глатки, обично полукружни или елиптични фронт пукотине
- Ознаке на плажи: Концентрични обрасци који приказују фазе раста пукотине (видљиви на површини прелома)
- Трајање: Може бити 10-50% укупног животног века
Фаза 3: Коначни прелом
- Пукотина расте до критичне величине где преостали материјал не може да издржи оптерећење
- Изненадни, катастрофални прелом преосталог попречног пресека
- Површина прелома је храпава и неправилна (у контрасту са глатком зоном замора)
- Обично се јавља без упозорења током нормалног рада
Замор код ротирајућих машина
Замор вратила
- Узрок: Напрезања савијања од неравнотежа, неусклађеност, или попречна оптерећења
- Циклус стреса: Ротирајуће вратило доживљава потпуни преокрет при свакој обртаји
- Уобичајене локације: Клинови, промене пречника, рамена, пресована налегања
- Типичан живот: 10⁷ до 10⁹ циклуса (година рада)
- Детекција: Пукотина вратила вибрациони сигнали (2× компонента)
Замор лежаја
- Механизам: Замор при котрљању услед Херцових напрезања
- Резултат: Спалинг лежајеви или котрљајући елементи
- L10 Живот: Статистички век трајања лежајева 10% који отказује (основа пројектовања)
- Детекција: Фреквенције кварова лежајева у вибрационом спектру
Замор зубаца зупчаника
- Замор од савијања: Пукотине почињу на месту заобљења корена зуба
- Замор контакта: Површинско рупчање и љуштење
- Циклуси: Свако ангажовање мреже је један циклус
- Неуспех: Ломљење зуба или погоршање површине
Замор причвршћивача
- Вијци изложени наизменичним оптерећењима од вибрација
- Пукотине обично почињу код првог навоја у навртци
- Изненадни отказ вијака без видљивог упозорења
- Може довести до колапса или одвајања опреме
Структурни замор
- Рамови, постоља, заварени спојеви изложени цикличном оптерећењу
- Вибрација ствара наизменичне напоне
- Пукотине на завареним спојевима, угловима, геометријским дисконтинуитетима
- Прогресивно отказивање носећих структура
Фактори који утичу на живот услед замора
Амплитуда напрезања
- Заморни век се експоненцијално смањује са амплитудом напрезања
- Типичан однос: Живот ∝ 1/Стрес⁶ према 1/Стрес¹⁰
- Мала смањења стреса драматично продужавају живот
- Минимизирање вибрација директно продужава век трајања компоненте од замора
Средњи стрес
- Статички (средњи) стрес у комбинацији са наизменичним стресом утиче на живот
- Већи средњи напон смањује чврстоћу на замор
- Преднапрегнуте или претходно оптерећене компоненте су осетљивије
Концентрације стреса
- Геометријске карактеристике (рупе, углови, жлебови) концентришу напрезање
- Фактор концентрације напона (Kt) множи номинални напон
- Пукотине скоро увек настају при концентрацијама напона
- Дизајн са великим радијусима, избегавајте оштре углове
Стање површине
- Површинска обрада утиче на чврстоћу на замор (глатка > храпава)
- Површински дефекти (зарези, огреботине, корозивне јаме) покрећу пукотине
- Површинска обрада (сачмарицање, нитрирање) побољшава отпорност на замор
Окружење
- Замор од корозије: Корозивна средина убрзава раст пукотина
- температура: Повишене температуре смањују чврстоћу на замор
- Учесталост: Веома високе или веома ниске стопе вожње бициклом могу утицати на живот
Стратегије превенције
Фаза пројектовања
- Елиминишите или минимизирајте концентрације напрезања (користите великодушне филете)
- Дизајн за адекватне маргине замора (фактори сигурности типично 2-4)
- Изаберите материјале са добрим својствима замора
- Анализа коначних елемената за идентификацију подручја високог напрезања
- Избегавајте оштре углове, рупе у подручјима са високим напрезањем кад год је то могуће
Мануфацтуринг
- Побољшајте завршну обраду површине на критичним компонентама
- Површинска обрада (сачмарење, каљење цементом)
- Правилна термичка обрада за оптималну чврстоћу на замор
- Избегавајте трагове обраде нормалне на правац напрезања
Операција
- Смањите вибрације: Добро равнотежа, прецизно поравнање минимизира наизменична напрезања
- Избегавајте преоптерећење: Радите у оквиру пројектних ограничења
- Спречавање резонанције: Избегавајте рад на критичне брзине
- Контрола корозије: Заштитни премази, инхибитори корозије
Одржавање
- Периодични преглед пукотина (визуелни, NDT методе)
- Пратите вибрације ради раног упозорења на развој пукотина
- Замените компоненте на крају израчунатог века трајања од замора
- Одмах поправите оштећења површине (могу бити места настанка пукотина)
Механички замор је основни начин отказа код ротирајућих машина који узрокује изненадне, често катастрофалне кварове услед акумулираних цикличних оштећења. Разумевање механизама замора, пројектовање за минимизирање наизменичних напрезања и одржавање ниског нивоа вибрација кроз правилну равнотежу и поравнање су неопходни за спречавање кварова услед замора и обезбеђивање дугог и поузданог века трајања машинских компоненти.
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 