پاورپوینت بررسی شکست خستگی در قطعه پینیون


بررسی شکست خستگی در قطعه پینیون

1- تعریف خستگی
2- تئوری شکست
3- آزمون های خستگی
4- روش های جلوگیری از رشد ترک و افزایش عمر خستگی 5- کندگی در دندانه های چرخ دنده 6- تحلیل شکست قطعه پینیون
رئوس مطالب :
3

تعریف خستگی
خستگی فرآیند موضعی و پیش رونده تغییر دائمی ساختار در نقطه یا نقاطی از جسم است
که براساس اعمال تنش یا کرنش تناوبی فعال گشته
و پس از تعدادی سیکل کافی منجر به ایجاد ترک، رشد پایدار و اشاعه تدریجی و پایدار ترک
به ابعاد بحرانی و شکست نهایی قطعه می­گردد.
تئوری شکست
دلیل عمده خطرناک بودن شکست خستگی این است که بدون آگاهی قبلی و قابل رویت بودن رخ می دهد.
خستگی به صورت شکستی با ظاهر ترد، بدون هیچگونه تغییر شکل نا خالص در شکست نتیجه میشود.
معمولاسطح شکست در مقیاس ماکروسکوپی بر جهت تنش کششی اصلی عمود است.

سه عامل عمده برای وقوع شکست خستگی ضروری هستند. این عوامل عبارتند از
تنش کششی حداکثری به مقدار بسیار زیاد
تغییرات به حد کافی زیاد یا نوسانی در تنش وارده
زیاد بودن چرخه های تنش وارده.
علاوه بر این متغیرهای دیگری مانند تمرکز تنش، خوردگی، دما، بار اضافی، ساختار متالورژیکی، تنشهای باقیمانده و تنشهای مرکب هم وجود دارند که شرایط را برای ایجاد خستگی تقویت می کنند
معمولا سطح شکست خستگی از ظاهر سطح شکست تشخیص داده میشود، که از یک ناحیه هموار حاصل از عمل سایش با اشاعه ترک در مقطع و یک ناحیه ناهموار که در هنگام عدم تحمل بار توسط مقطع، در قطعه به صورت نرم شکسته شده است تشکیل می شود.
غالبا پیشرفت شکست توسط یک دسته حلقه نشان داده می شود، که از نقطه شروع شکست به طرف داخل پیشرفت می کند.

آزمایشهای خستگی فلزات در دماهای کمتر از دمای اتاق نشان می دهد که استحکام خستگی با کاهش دما زیاد می شود.
با اینکه فولادها در حالت خستگی در دمای کم به شیار حساستر می شوند، هیچ دلیلی برای نشان دادن وقوع هرگونه تغییر ناگهانی در خواص خستگی در دماهای کمتر از دمای انتقال تردی به نرمی وجود ندارد. این واقعیت که با کاهش دما استحکام خستگی نسبتا بیشتر از استحکام کششی افزایش می یابد، با نشان دادن شکست خستگی در دمای اتاق که با تشکیل و تمرکز جای خالی همراه است، توجیه می شود..
اثر دما بر خستگی

آزمونهای خستگی :
آزمون خستگی، آزمونی دینامیکی است که رفتار نسبی مواد را تحت نیرو های تکرار شونده یا کم و زیاد شونده تعیین می کند. در این آزمون شرایطی مشابه شرایط کارکرد برای اجزای ماشین که تحت نیروهای لرزشی یا نوسانی قرار دارند به وجود می آید . مقدار تنش (کشش، فشار، خمش یا پیچش) با دستگاه و بسته یه نمونه ی مورد آزمون تعیین می شود. نیروی اعمال شده بر نمونه طی آزمون مرتبا بین دو مقدار تغییر می کند، که حداکثر نیرو معمولا کمتر از استحکام تسلیم ماده است. چرخه های تنش تا شکست نمونه یا رسیدن به تعداد چرخه ی معین ادامه می یابد.
در آزمایش خستگی، معمولا حد تحمل آهن و فولاد 10000000 سیکل است ولی برای آلیاژهای غیر آهنی این مقدار ممکن است 500000000 دور باشد.
سه آزمایش خستگی معروف عبارتند از :
آزمایش میله ی چرخان ،آزمایش با میله ی ارتعاشی و آزمایش خستگی کشش فشار
قطعات اصلی یک ماشین آزمایش خستگی عبارتند از:
یک محرک مکانیکی ،هیدرولیکی یا مغناطیسی برای وارد کردن سیکلهای تکراری تنش به نمونه
یک وسیله اندازه گیری تنشهای ماکزیمم و مینیمم وارد شده در جریان یک دور
یک شمارنده برای نشان دادن تعداد دورهای تنشی وارد شده بر نمونه
یک وسیله ی توقف خودکار ماشین آزمایش ، وقتی که نمونه می شکند.

روش های جلوگیری از رشد ترک و افزایش عمر خستگی:
رشد ترک بستگی به شرایط تنش متمرکز شده در نوک ترک دارد . جلوگیری از رشد ترک در اثر تنش پسماند فشاری بر دو عامل استوار است :
ترک هرگز رشد نمیکند مگر اینکه تنشی کششی در نوک ترک یا نزدیک آن متمرکز شده و باعث باز شدن دهانه آن گردد.
تا زمانی که تنشی فشاری در نوک ترک وجود داشته باشد ، دهانه ترک باز نخواهد شد .
در اثر ساچمه زنی (نوعی فرآیند کار سرد که در آن سطح قطعه توسط ساچمه های کروی بمباران می شود. هرساچمه نظیر یک چکش عمل میکند و موجب گودی و فرورفتگی در ناحیه تماس می شود). دهانه میکروترک های سطحی و خلل و فرجها بسته شده و تنشی فشاری در آن ها ایجاد شده که مانع از باز شدن دهانه ترک و در نهایت رشد ترک میگردد.

نحوه ارئه داده­ها:
دراین آزمایش تنش دامنه مختلف هرسیکل دربرابر تعداد سیکل تاشکست رسم می­شود.
مفهوم نمودار وداده­ها :
این نموداربیان می­کند که :
1-دریک تنش دامنه اعمالی خاص طی چند سیکل می­شکند.
2-دریک تعداد سیکل خاص حداکثرتنشی به قطعه می­تواند اعمال شود تاقطعه نشکند.
با افزایش تنش اعمالی تعداد دورتا شکست کاهش می­یابد.

کندگی در دندانه های چرخ دنده :
کندگی عبارتست از شکست خستگی حاصل از تنش های تماسی (hertzian stresses) که باعث می شود قسمت هایی از سطح دندانه چرخ دنده بصورت حفره کنده شود. بر اساس شدت خسارتی که به سطح خورده است می توان کندگی را به سه دسته تقسیم کرد:
1 – کندگی اولیه : در این کندگی، قطر حفره ها بسیار کوچک و در حد 0.4 تا 0.8 میلیمتر می باشد. این کندگی در نقاطی رخ می دهد که تنش از حد مجاز تجاوز نماید و بدین وسیله تمایل دارد تا با کندن این نقاط از روی سطح، بار را دوباره پخش نماید. بدین ترتیب با پخش هموارتر بار، عمل کندگی کاهش یافته و در نهایت متوقف می شود. به همین دلیل به این نوع کندگی، کندگی تصحیح کننده (pitting corrective) نیز گویند.

2 – کندگی مخرب (destructive pitting):
این نوع کندگی نسبت به کندگی اولیه شدیدتر و قطر حفره های کندگی نیز بزرگتر است و وقتی بوجود می آید که تنش سطحی در مقایسه با حد دوام ماده بزرگ باشد . در این نوع کندگی در صورتی که بار کاهش نیابد کندگی بطور پیوسته ادامه می یابد تا جائی که چرخ دنده باید از سرویس خارج شود.
3 – کندگی خرد کننده (spalling):
این نوع کندگی حالت شدیدتر کندگی مخرب است که کندگی ها دارای قطر بزرگتری بوده و ناحیه قابل توجهی را در برمی گیرد. کندگی خرد کننده معمولا پس از کندگی مخرب روی می دهد و علت آن خستگی سطحی سطوح باقیمانده (سطوح کنده نشده توسط کندگی مخرب) و یا راه یافتن حفره های حاصل از کندگیهای مخرب به یکدیگر می باشد.
وقوع کندگی مخرب یا خرد کننده حاکی از عدم تحمل تنش های تماسی توسط سطح می باشد در بعضی موارد افزایش سختی ماده یا استفاده از موادی که کربوره یا نیتریده شده اند به جای مواد فعلی می تواند این مشکل را حل کند در غیر این صورت یک طراحی مجدد باید انجام شود که در آن ضخامت دندانه یا فاصله مراکز دو چرخ دنده افزایش می یابد (افزایش فاصله مراکز بار انتقالی را کاهش می دهد)

شماتیک انواع پینیون های سالم

تصویر قطعه سالم پینیون
تصویرپینیون شکسته شده 18چرخ

تشریح عملکرد قطعه:
قطعه ای که ما بررسی میکنیم پینیون دیفرانسیل عقب ماک (18چرخ)میباشد.
دردیفرانسیل عقب وجلوی 18چرخ پینیون ها با چرخ دنده ها درگیراست که باعث حرکت چرخها
میشود.که نحوه بارگذاری ان درشکل زیرنشان داده شده است:

تحلیل شکست قطعه:
قطعه موردبررسی ما پینیون دیفرانسیل عقب ماک 18چرخ میباشد که سطح مقطع شکست وناحیه های ان درشکل مشخص شده است
ترک ناحیه1:
که به سختی درقطعات مهندسی قابل مشاهده است وهمانطورکه درشکل مشخص است سطح ان صاف میباشد وترک دران ناحیه حالت قائم یا عمود دارد ونشان دهنده ان است که شروع یا جوانه زنی ترک درناحیه 1میباشد
ترک ناحیه2:
که مشخصه بارز ان خطوط هلالی یا ساحلی میباشد وبه خوبی درشکل مشخص است
ناحیه شکست سریع:
سطح مقطع شکست سریع از دوسطح دیگرروشنتروناصافتراست که درشکل واضح است
پینیون18چرخ ما ازسه ناحیه نزدیک سطح دچارشکست شده است که میتواند به دلیل تکان خوردنهاولرزشهای شدید درجاده باشد. که باید ازاین کار حتی الامکان جلوگیری شود ویامیتوان سطح پینیون را سخت کاری کرد

ترک ناحیه 1
ناحیه شکست سریع
خطوط شعاعی
خطوط ساحلی
ناحیه شکست ۲