docRozdzial 5 – Zmęczenie Wyolane Momentum Skręcającym
download 
Reklamacja Transkrypt
Rozdzial 5 – Zmęczenie Wyolane Momentum Skręcającym
26.07.2005 13:35 Uhr ZM¢CZENIE WYWO¸ANE MOMENTEM SKR¢CAJÑCYM R O Z D Z I A ¸ Seite 24 P I Ñ T Y ZM¢CZENIE WYWO¸ANE MOMENTEM SKR¢CAJÑCYM Kulowanie bardzo dobrze zapobiega uszkodzeniom zm´czeniowym wywo∏anym momentem skr´cajàcym poniewa˝ przy tego rodzaju obcià˝eniach najwi´ksze napr´˝enia rozciàgajàce powstajà na powierzchni. Obcià˝enie skr´cajàce wywo∏uje napr´˝enia zarówno wzd∏u˝ne jak i poprzeczne tak, ˝e maksymalne napr´˝enie rozciàgajàce wyst´puje pod kàtem Najbardziej rozciàgni´te 45° do wzd∏u˝nej osi cz´Êci. Na sà w∏ókna zewn´trzne rys. 5-1 przedstawiono sztywny P´kni´cia w wyniku wa∏ek obcià˝ony czystym zm´czenia momentem skr´cajàcym Rys. 5-1 Obcià˝enia skr´tne z p´kni´ciem ilustrujàcym wielokrotne obcià˝enia skr´tne. Materia∏y o ni˝szej wytrzyma∏oÊci majà tendencj´ do p´kania pod wp∏ywem zm´czenia spowodowanego skr´caniem w p∏aszczyênie Êcinania, prostopad∏ej do osi wzd∏u˝nej. Dzieje si´ tak, poniewa˝ majà one ni˝szà wytrzyma∏oÊç na Êcinanie ni˝ na rozciàganie. Materia∏y o wy˝szej wytrzyma∏oÊci p´kajà pod kàtem 45° do osi wzd∏u˝nej, poniewa˝ majà one ni˝szà wytrzyma∏oÊç na rozciàganie ni˝ na Êcinanie. SPR¢˚YNY PRACUJÑCE NA ÂCISKANIE Rys. 5-2 Spr´˝yny przygotowane do kulowania w stanie napr´˝onym Spr´˝yny pracujàce na Êciskanie pracujà w warunkach wysoko cyklicznego zm´czenia i sà przyk∏adem wyrobu, który najcz´Êciej powinien podlegaç kulowaniu. Drut spr´˝yny podczas Êciskania ulega skr´caniu i powstajà na jego powierzchni napr´˝enia skr´cajàce. Ponadto w procesie zwijania na wewn´trznej Êrednicy spr´˝yny powstajà szkodliwe napr´˝enia rozciàgajàce. Na rys. 5-3 przedstawiono rozk∏ad napr´˝eƒ w∏asnych w spr´˝ynie po zwini´ciu i korzystne zmiany w wyniku jej kulowania. Drut spr´˝ynowy analizowany na rys. 5-3 mia∏ Êrednic´ 6,35 mm i wykonany by∏ z materia∏u chromowo – krzemowego o wytrzyma∏oÊci na rozciàganie (UTS) 1793 MPa. Napr´˝enia w∏asne rozciàgajàce na wewn´trznej Êrednicy po zwini´ciu wynosi∏y 483 MPa i stanowi∏y pierwszà przyczyn´ uszkodzeƒ przy 80 000 cykli [5.5]. Przed kulowaniem Napr´˝enia w∏asne Layout Po kulowaniu Kulowanie spowodowa∏o zamian´ napr´˝eƒ rozciàgajàcych w napr´˝enia Êciskajàce o wartoÊci 1035 MPa, co stanowi∏o G∏´bokoÊç: cale – skala dolna; mm- skala górna najwy˝szà wartoÊç mo˝liwà do uzyskania dla danego rodzaju Rys. 5-3 Napr´˝enia w∏asne na wewn´trznej Êrednicy drutu (60% wytrzyma∏oÊci na spr´˝yny zwojowej kulowanej i niekulowanej. rozciàganie drutu). W wyniku kulowania podwy˝szono trwa∏oÊç zm´czeniowà do 500 000 cykli obcià˝eniowych bez uszkodzenia spr´˝yn. 24 Layout 26.07.2005 13:35 Uhr Seite 25 R O Z D Z I A ¸ Kulowanie podnosi wytrzyma∏oÊç zm´czeniowà tak˝e innych typów spr´˝yn. Uszkodzenia zm´czeniowe mogà pojawiç si´ w miejscu gdzie nast´puje sumowanie si´ wartoÊci napr´˝eƒ w∏asnych i napr´˝eƒ rozciàgajàcych od obcià˝eƒ zewn´trznych. Spr´˝yny pracujàce na skr´canie zazwyczaj p´kajà na Êrednicy zewn´trznej blisko strefy zamocowania. Spr´˝yny pracujàce na rozciàganie p´kajà zazwyczaj na wewn´trznym promieniu zaczepu. Inne rodzaje spr´˝yn, dla których w wyniku kulowania mo˝e nastàpiç podwy˝szenie wytrzyma∏oÊci zm´czeniowej to resory piórowe, resory wspornikowe, p∏askie spr´˝yny sprz´gie∏ itp. WA¸Y NAP¢DOWE Rowek klinowy Wa∏y stosuje si´ do przeniesienia mocy w ruchu obrotowym. W warunkach eksploatacyjnych podlegajà one obcià˝eniom momentem skr´cajàcym i zginajàcym i w celu przeciwdzia∏ania p´kni´ciom zm´czeniowym powinny podlegaç kulowaniu. Jak pokazano na rys. 5-4 typowe miejsca uszkodzeƒ wa∏ów nap´dowych to wielowypusty, promienie przejÊç, podci´cia i rowki klinowe. Promieƒ Podci´cie Wielowpust Rys. 5-4 Schemat wa∏u nap´dowego WA¸KI SKR¢TNE Wa∏ki skr´tne to elementy zawieszeƒ i innych pokrewnych uk∏adów stabilizacyjnych. Gdy stosowane sà w uk∏adach nara˝onych na powtarzalne, cykliczne obcià˝enia, jak np. zawieszenia pojazdów, kulowanie pozwala na podniesieni ich wytrzyma∏oÊci zm´czeniowej oraz umo˝liwia zredukowanie ci´˝aru poprzez stosowanie mniejszych przekroi. Przyk∏ad zastosowania SAMOCHODOWE WA¸KI SKR¢TNE Przemys∏ samochodowy u˝ywa rurowych wa∏ków skr´tnych ze wzgl´du na mo˝liwoÊç zmniejszenia ci´˝aru. Kulowaniu podlegajà powierzchnie zewn´trzne, gdzie wyst´pujà najwi´ksze napr´˝enia skr´cajàce. W sytuacjach wysokich obcià˝eƒ (np. w ci´˝arówkach z nap´dem na cztery ko∏a itp.) p´kni´cia mogà tak˝e zdarzyç si´ na powierzchniach wewn´trznych, które tak˝e podlegajà obcià˝eniu skr´tnemu i równie˝ powinny byç kulowane. MIC mo˝e umocniç wewn´trzne powierzchnie stosujàc kulowanie przy pomocy specjalnej lancy. W ten sposób mo˝na wprowadziç korzystne napr´˝enia Êciskajàce na ca∏ej d∏ugoÊci wa∏ków skr´tnych. ZM¢CZENIE WYWO¸ANE MOMENTEM SKR¢CAJÑCYM Cz´sto przeprowadza si´ operacj´ wygrzewania spr´˝yn po kulowaniu. Operacja ta ma na celu stabilizacj´ spr´˝yn i unikni´cia ewentualnych problemów osadzania (sedymentacji), który mo˝e pojawiç si´ przy pewnych kszta∏tach spr´˝yn. Wygrzewanie nast´puje w temperaturze ok. 205°C w ciàgu 30 min dla spr´˝yn ze stali w´glowej i jest to temperatura ni˝sza od temperatury odpuszczenia drutu. Temperatury powy˝ej 230°C spowodowa∏yby usuni´cie korzystnych Êciskajàcych napr´˝eƒ w∏asnych uzyskanych podczas kulowania. P I Ñ T Y LITERATURA: 5.1 Figure 5-2, Unigraphics Solutions, Inc. website (www.ugsolutions / www.solid-edge.com), June 2000 5.2 Lanke, Hornbach, Breuer; Optimization of Spring Performance Through Understanding and Application of Residual Stress; Wisconsin Coil Spring Inc., Lambda Research, Inc., Metal Improvement Co. Inc.; 1999 Spring Manufacturer’s Institute Technical Symposium; Chicago, IL May 1999 25
