Что такое излом вала

Машины не должны ломаться, и механические компоненты, такие как валы, крепежные детали, и структуры не должны выходить из строя. Но когда они выходят из строя, они могут рассказать нам, почему именно. Это может звучать немного надуманно, но эксперты говорят, что причины для более чем 90% всех производственных неудач могут быть обнаружены физической экспертизой с применением малого увеличения мощности и некоторых основных физических испытаний. Экспертиза отказа покажет направление критической нагрузки, и влияние внешних сил, таких как остаточные напряжения и коррозия. Тогда, точно зная, физические центр поломки, можно вывести зависимость, что человеческие ошибки являются скрытыми причинами этих физических поломок.

Прежде чем объяснить, каким образом диагностировать поломки, мы должны рассмотреть влияние износа на участки. Когда нагрузка ложится на участки, она искажается. В звуковом диапазоне нагрузка не является чрезмерной, напряжение не превышает допустимого напряжения текучести, и участок деформируется упруго, т.е. когда нагрузка исчезла, участок возвращается к своей первоначальной форме. Это показано на рисунке 1, диаграмма напряженно-деформированного состояния, показывающая отношения между нагрузкой и деформацией.

В удачном случае, участок работает в упругой области, площадь между исходным состоянием и состоянием текучести и будет остаточная деформация. Еще большее увеличение нагрузки приведет участок к разрыву.

На рисунке 1 показаны основные случаи нагрузки, и они применяются, когда нагрузка на участке является относительно постоянной, так же как нагрузка на стены здания или напряжение в ножках стола. Это очень разные случаи, как колебания нагрузок, например, в гидравлических цилиндрах или в шатуне автомобиля. Эти колебания нагрузки называют усталостной нагрузкой, и, когда наблюдается превышение усталостной прочности, то может развиваться трещина. Эти усталостные трещины могут медленно работать до полного разрушения. (Коррозия может значительно повлиять на усталостную прочность).

Части машины могут разрушаться либо из-за одной силы перегрузки или от усталостных сил. Глядя на поломку визуально, можно будет сказать, какая нагрузка стала причиной вязкого или хрупкого разрушения.

Пластичные поломки и их определение

Пластическое разрушение является одним из тех, где есть много зон. Как правило, пластичные участки не выдерживают нагрузки, когда они ослабевают и не могут нести необходимые нагрузки, как перегруженные вешалки пальто. Однако, некоторые пластичные участки ломаются на две части и могут быть определены, потому что есть много дефектов вокруг разрушения, подобное тому, что случится, если вы пытались дать слишком большую нагрузку на чёрный болт из углеродистой стали.

Термин «хрупкое разрушение» используется, когда участок перегружен и излом без видимых искажений. Это может произойти, потому что материал очень хрупкий, такой как серый чугун или закаленная сталь, или когда нагрузка применяется крайне быстро. Обычно пластичные участки не выдерживают тяжелых ударных нагрузок и разрушаются, как стекло.

Важным моментом о сбоях является то, что способ приложения нагрузки, т. е. направления и тип, могут быть диагностированы, смотря на отказ визуально. Трещина будет всегда расти перпендикулярно к плоскости максимального напряжения. Ниже приведены примеры разницы в появлении между пластичными перегрузками и хрупкими перегрузками.

На приведенных выше примерах на рисунке 2, мы можем посмотреть на перегрузку и отказ, зная тип материала мы можем определить направление силы, которая привела к поломке. Общие промышленные материалы, которые включают наиболее пластичные алюминиевые и медные сплавы, стали и нержавеющие стали, которые не закаленные, большинство цветных металлов, пластмасс и многих хрупких материалов включая чугун, закаленные стальные части, высокопрочные легированные цветные металлы, керамику и стекло.

Видео:Как правильно сделать центровку валов | Соосность | ВыравниваниеСкачать

Одно замечание в том, что тип разрушения, пластичного или хрупкого должны быть сопоставлены с природой материала. Есть некоторые случаи, когда хрупкие разрушения появляются в обычных пластичных материалах. Это означает, что нагрузка была приложена очень быстро и произошли некоторые изменения в материале, такие как низкая температура хрупкости, и материал уже не вязкий.

При хрупком разрушении, разделения двух половин происходит не совсем мгновенно, но с огромной скоростью, почти со скоростью звука, в материале начинают развиваться трещины в точке максимального напряжения. Одним из результатов этого является то, что направление пути разрушения часто совпадает с направлением вращения, которое указывает на происхождение поломки.

Читайте также: Валы турбин уплотнение валов турбин

До сих пор мы говорили о перегрузках валов, которые могут привести к немедленному, почти мгновенному, катастрофическому разрушению. Очень важным отличием является то, что усталостным трещинам требуется время, чтобы расти по всей части. В усталостном разрушении нагрузка может превышать усталостную прочность материала и инициировать трещину, которая не приведет к катастрофической поломке для миллионов циклов. Мы видели, усталостные разрушения в 1200 об/мин валов, что заняло меньше 12 часов от установки до окончательного разрушения, около 830000 циклов. С другой стороны, мы также проводим мониторинг роста трещины в медленно вращающихся валах технологического оборудования, что работало многие месяцы и более 10000000 циклов до разрушения.

Рисунок 3 показывает поведение усталостной трещины с различными зонами роста и основные физические особенности усталостной зоны. Прогрессия знаков является свидетельством того, что темпы роста изменилась трещина выросла по валу и не появляется на поверхности.

Есть несколько сложных механизмов, участвующих в появлении усталостной трещины и как только трещина начинается, это почти невозможно остановить из-за концентрации напряжений в вершине.

Концентрация напряжений является физическим или металлургическим признаком, который увеличивает местные напряжения в некоторых случаях. Хорошим примером является вал, показаный на рисунке 4. Мы видим, что напряжение в области радиуса варьируется в зависимости от размера радиуса. Маленький радиус может резко увеличить напряжение.

Концентрация напряжений, обозначенное символом Kt, может быть вызвано изменениями в металле, внутренними дефектами, или изменениями формы. Существует множество данных, которые показывают, что результирующее значение зависит как от типа напряжения, т. е. изгиба, кручения и т. д., и общего вида участка.

Концентрация напряжений имеет большое влияние на трещины из-за их влияния на повышение местных напряжений. Трещина может начаться исключительно влиянием эксплуатационных нагрузок и она может быть умножена на коэффициент концентрации напряжений.

Какого типа были нагрузки

Вид усталостного разрушения говорит нам, какой тип (изгиб, растяжение, кручение или их комбинации) и величина нагрузки. Чтобы понять какой тип нагрузки, посмотрите на направлении распространения трещины. Она всегда будет перпендикулярна к плоскости максимального напряжения. Четыре примера на рисунке 5 показывают четыре общих типа разрушения.

Видео:[S.T.A.L.K.E.R.] ВСЁ ОБ ИЗЛОМЕ | Почему его вырезали?Скачать

Из рисунка 5 возникает вопрос «какой тип изгиба?» Он был в одной плоскости изгиба или он был на изгиб при кручении? Как видно на рисунке 6, глядя на вид разрушения мы снова можем определить тип нагрузки. Обратите внимание, что при вращающейся нагрузке трещины растут хаотичным образом.

Насколько сильно вал был нагружен?

Усталостные поломки почти всегда начинаются на внешней поверхности вала на концентрации напряжений, так как местные напряжения увеличиваются. Однако, мгновенная зона (IZ) несет нагрузку в момент перед разрывом участка. Глядя на размер IZ, можно определить величину нагрузки на участке. На рисунке 7 показано сравнение легко и тяжело нагруженных валов для простого изгиба и вращательного изгиба.

Влияние концентрации напряжений на вид излома

Если участок сравнительно легко нагружен, то растрескивание начнется только в одной точке и результат будет выглядеть как один из приведенных выше примеров. Однако, если вал более сильно нагружен, то трещины могут появиться в нескольких местах. На рисунке 8 мы видим эскиз вращающегося вала, который вышел из строя за несколько недель. При его осмотре вы можете увидеть, что зона излома очень мала, это означает, что не было сильной нагрузки. Кроме того, трещины идут прямо через вал, значит причиной была нагрузка на изгиб. Но если нагрузка была легкой, то почему вал сломался? Причиной является концентрация напряжений.

Глядя на вид разрушения, вы видите серии храповиковых марок. Эти границы между соседними плоскостями разрушения, т. е. между каждой парой храповиковых марок являются источником разрушения, и эти отдельные трещины растут внутри, и в конечном итоге объединяются на одной плоскости.

Читайте также: Люфт кардана рулевого вала

Из этого можно сделать вывод, что там должны были быть значительные концентрации напряжений. Рассчитанные концентрации напряжений находятся в диапазоне от 4,0, так что напряжение на участке происхождения было в четыре раза больше, чем это должно было быть.

С помощью этой информации от типа нагрузки и величину нагрузки, мы можем начать смотреть на некоторые поломки и диагностики, откуда они пришли. Ниже приведены некоторые примеры поломок и объяснение их причин.

Поломка крутильной усталости в результате свободной посадка концентратора. Обратите внимание на тяжелые (от слабости) трещины вала.

Усталостное разрушение на изгиб при кручении вала двигателя. Обратите внимание на маленькую мгновенную зону, которая показывает, что вал был легко нагружен в момент отказа.

Видео:Основы центровки валовСкачать

Прослеживая последовательность отказа, мы видим отказ начался в углу паза. Но, мгновенная зона крошечная. Это указывает, что вал было очень нагружен на момент исследования и дальнейшее исследование не требуется.

Впечатляющее хрупкое разрушение крупного универсального сустава. Тот факт, что поверхность имеет равномерную шероховатость говорит нам, что это было мгновенное разрушение.

Свидетельство неумелого ремонта. При ремонте вала никогда не должны были применять сварку. Четыре недостатка сварки валов инициировали усталостное растрескивание очень тяжело нагруженного вала.

Типичная поломка изгибом. Умеренные размеры мгновенной зоны. Изгиб при кручении, происхождение отказа смотрят на валу.

3.3. Виды разрушений и изломов

Механическое оборудование: техническое обслуживание и ремонт / В.И. Бобровицкий, В.А. Сидоров. – Донецк: Юго-Восток, 2011. – 238 с.

В процессе эксплуатации механического оборудования происходят поломки, вызванные изломами деталей и приводящие в основном к аварийным остановкам. Излом – разрушение детали, вызванное низким качеством материала, дефектами изготовления, нарушением правил эксплуатации, случайными механическими повреждениями и другими факторами. Вид излома позволяет определить причины его возникновения. Различают следующие виды изломов в зависимости от признака классификации [12]:

1. Характер силового воздействия:
   • изломы кратковременного однократного статического и динамического нагружения;
   • изломы длительного статического нагружения;
   • изломы усталостного разрушения:
     • типично усталостные;
     • коррозионно усталостные.
2. Степень пластической деформации, протекающей в теле:
   • хрупкий;
   • квазихрупкий;
   • вязкий.
3. Макрогеометрия и ориентация излома:
   • плоский;
   • плоский со скосами (чашечный);
   • прямой;
   • косой;
   • сложной формы.
4. Вид и геометрия элементов поверхности разрушения:
   • по блеску и цвету:
     • матовый;
     • блестящий;
     • серый;
     • чёрный;
     • синий;
     • цвета окалины;
   • по характеру рельефа и степени шероховатости:
     • кристаллический;
     • волокнистый;
     • фарфоровидный;
   • наличие зональности:
     • однородный;
     • неоднородный.
5. Связь с элементами структуры материала:
   • внутризеренный;
   • межзеренный;
   • межсубзеренный.
6. Скорость распространения трещины:
   • хрупкий;
   • вязкий;
   • усталостный.

Наибольшее распространение получила классификация по характеру разрушения – хрупкое, вязкое и усталостное.

Вязкое разрушение сопровождается интенсивной пластической деформацией материала детали. Излом имеет волокнистое строение и, вследствие сильной деформации зёрен, не имеет кристаллического блеска. Неровные участки рассеивают свет и поверхность излома кажется матовой. Причиной образования является воздействие значительных кратковременных сил, возникающих при заклинивании механизма или нарушениях технологического режима. Вязкое разрушение имеет место и при длительном действии сил, вызывающих напряжения, превосходящие предел текучести материала детали. Признаком вязкого излома является наличие боковых скосов по его краю.

Если в процессе эксплуатации произошла поломка детали в нескольких местах, то надо знать, что первичные изломы (которые могли повлечь за собой все остальные поломки), как правило, не бывают вязкими. Вязкие первичные изломы встречаются при разрушении в редких случаях вследствие грубых ошибок, допущенных при расчёте на прочность, монтаже (сборке) или эксплуатации. Относительно медленно развивающаяся вязкая трещина либо заблаговременно обнаруживается, либо из-за чрезмерной пластической деформации деталь ещё до её полного разрушения перестаёт выполнять свои функции. Полное разрушение происходит редко, пластические деформации обнаруживаются путём визуального осмотра заблаговременно.

Хрупкое разрушение происходит внезапно при однократном приложении силы или под действием повторных ударных сил при малой степени местной пластической деформации. Излом имеет ярко выраженное кристаллическое строение у недеформируемых материалов и гладкое от сдвига у мягких материалов. Кромки изломов гладкие, ровные без скосов или с небольшими скосами (рисунок 3.7). Скос на хрупком изломе указывает место долома, то есть окончание разрушения. Участок без скоса (или с меньшим скосом) обычно примыкает к фокусу излома.

Читайте также: Компрессор воздушный масляный или безмасляный для покраски

Видео:Ремонт насосов Биение валов и муфт Центровка валовСкачать

Рисунок 3.7 – Хрупкое разрушение детали

Хрупкие разрушения в большинстве случаев начинают развиваться в зонах концентрации напряжений, в местах приварки элементов жёсткости, пересечения сварных швов, у отверстий и галтелей, в зонах резкого изменения толщины. Очагами хрупких разрушений металлоконструкций часто являются дефекты сварки – горячие и холодные трещины, непровары, подрезы, шлаковые включения, поры, расслоения металла.

Усталостное разрушение является одним из основных видов повреждения от действия циклических нагрузок. Усталостные разрушения возникают в процессе постепенного накопления повреждений в материале деталей под действием переменных напряжений, которые приводят к образованию микротрещин, их развитию и окончательному разрушению детали.

При внезапных отказах оборудования основной причиной является усталостный излом. Определение условий возникновения усталостной перегрузки по виду излома является основным объективным методом анализа внезапных отказов оборудования и даёт возможность предупреждать аналогичные отказы. Критериев такого анализа шесть:

• характер излома;
• глубина развития трещины усталости;
• степень и характер наклёпа поверхности излома;
• число начальных очагов развития трещины;
• характер линии фронта трещины;
• число следов линии фронта трещины.

На усталостном изломе чётко выделены:

• зона усталостного разрушения, имеющая мелкозернистое строение, с фарфоровидной или шлифованной поверхностью;
• зона статического разрушения – с волокнистым строением у пластичных металлов и крупнокристаллическим у хрупких.

В общем виде на усталостном изломе различают четыре зоны (рисунок 3.8):

• зарождения усталостных трещин;
• развития трещин (усталостного разрушения);
• переходную – ускоренного разрушения;
• окончательного, быстрого статического разрушения.

Рисунок 3.8 – Усталостный излом, возникший при вращении, при умеренных напряжениях и естественном локальном концентраторе – шпоночном пазе

В.М. Гребеник [4] составил классификацию строения усталостных изломов при различных видах и характерах нагружения (рисунок 3.9). На схемах показаны особенности зарождения трещин и характер продвижения линии фронта трещины (стрелками) в зависимости от вида и характера нагружения. Виды изломов в зависимости от характера нагрузки имеют свои особенности.

Видео:Как выставить соосность вала, и устранить эффект мягкой лапы.Скачать

Рисунок 3.9 – Строение усталостных изломов в зависимости от вида и характера разрушения: а) при умеренных напряжениях; б) при высоких напряжениях

Растяжение вызывает локальную деформацию или “шейкообразование”; поверхность трещины формируется плоскостями разделения, наклонёнными под углом 45° к направлениям нагрузки. Образующиеся изломы типа чашка-конус характеризуются появлением во время разрушения в центральной части сечения начальной трещины, от которой в разные стороны расходятся более или менее чётко выраженные рубцы (излом чашечкой). При термообработке меняется размер чашечки относительно всего сечения детали. При этом с повышением твёрдости размер дна чашечки увеличится.

Сдвиг (срез). Можно выделить два вида разрушений при сдвиге: срез бруса и изгиб (коробление). При срезе бруса две половины трещины скользят одна по другой, поверхность подвергается трению, в результате чего трещина заглаживается или происходит задир поверхности. Направление задира показывает направление приложения силы среза.

Кручение – это форма сдвига. Две половины разрушенного металлического образца сохраняют некоторый остаточный изгиб. Поверхность трещины часто имеет вид такой же, как и при растяжении, и наклонена под углом скручивания.

Изгиб. Моменту изгиба, приложенному к материалу, оказывают сопротивление растягивающие и сжимающие напряжения самого материала. Разрушение материала при этом аналогично образованию трещин при растяжении с внешней стороны изгиба и сжатии с внутренней стороны изгиба.

Сжатие. Отказы из-за сжатия происходит в двух основных формах: сжатие бруса и изгиб (выпучивание).

Во время очистки и осмотра излома необходимо соблюдать следующие правила:

• не следует удалять с поверхности излома неплотно прилегающие фрагменты;
• не пытаться сложить вместе части разрушенной детали;
• не протирать излом ветошью и щётками;
• если излом не покрыт слоем смазки и грязи, то лучше его рассмотреть, не промывая;
• необходимо осмотреть две части поломавшейся детали;
• очистка излома проводится обдувкой сухим воздухом с последующим погружением в очищенный бензин, а для удаления ржавчины – в соляную кислоту.

🎥 Видео

Изготовление валаСкачать

Ремонт электродвигателей Центровка электродвигателей часовыми индикаторамиСкачать

ОТВЕТЫ НА ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ: центровка валов насосных агрегатовСкачать

Вагнеровцы после обороны Бахмута #shortsСкачать

Мало кто знает ЭТОТ СЕКРЕТ ХОЛОДНОЙ СВАРКИ! Почему мастера не говорят про это!Скачать

Излом вертикального вала на 2ТЭ10МСкачать

Вал и ось. В чем отличие? Назначение валов и осей в машиностроении и не толькоСкачать

Как сделать вал (токарная операция)Скачать

ЭТОГО НЕ ЗНАЮТ ДАЖЕ ОПЫТНЫЕ МЕХАНИКИ. РАСПРЕДВАЛ СЛОМАЛСЯСкачать

Шум подшипника первичного вала КПП???Скачать

Карданная передача, основы. Карданные шарниры не равных и равных угловых скоростей (ШРУСы)Скачать

Люфт в муфтовом соединении Центровка валовСкачать

✅ Вторые корпуса и улья для отводков! История про акацию! Пасека на связи! #ПЧЕЛОВОДСТВО9Скачать

Коленвалы планета в количестве 3 штук. Коленвал Иж Юпитер водянка. Биение в допуске у всех валов.Скачать

Дефектовка коленчатых валовСкачать