Στροφαλοφόρος άξονας | Είναι πλήρης Επισκόπηση και Σημαντικές Σχέσεις

Περιεχόμενα: Στροφαλοφόρος άξονας

  • Τι είναι ο στροφαλοφόρος άξονας;
  • Υλικό και κατασκευή στροφαλοφόρων αξόνων
  • Διάγραμμα στροφαλοφόρου άξονα
  • Διαδικασία σχεδιασμού στροφαλοφόρου άξονα
  • Εκτροπή στροφαλοφόρου
  • Σχεδίαση καμπύλης εκτροπής στροφαλοφόρου άξονα
  • Μελέτη περίπτωσης αποτυχίας Marine Crankshaft
  • Ανάλυση αστοχίας στροφαλοφόρου άξονα ντίζελ Boxer: Μελέτη περίπτωσης
  • Ανάλυση αποτυχίας κόπωσης στροφαλοφόρου: Μια ανασκόπηση
  • Αποτυχία στροφαλοφόρου άξονα κινητήρα ντίζελ: Μελέτη περίπτωσης

Τι είναι ο στροφαλοφόρος άξονας;

«Ένας στροφαλοφόρος άξονας είναι ένας άξονας που κινείται από έναν μηχανισμό στροφαλοφόρου, που περιλαμβάνει μια σειρά στροφάλων και στροφαλοθαλάμων στους οποίους συνδέονται οι ράβδοι σύνδεσης ενός κινητήρα. Είναι ένα μηχανικό μέρος ικανό να πραγματοποιήσει μια μετατροπή μεταξύ παλινδρομικής κίνησης και περιστροφικής κίνησης. Ένας παλινδρομικός κινητήρας μετατρέπει την παλινδρομική κίνηση ενός εμβόλου στην περιστροφική μορφή, αν και σε έναν παλινδρομικό συμπιεστή, μεταφράζει αντίθετο τρόπο σημαίνει περιστροφικές σε παλινδρομικές μορφές. Κατά τη διάρκεια αυτής της αλλαγής μεταξύ δύο κινήσεων, οι στροφαλοφόροι άξονες έχουν "ρουλεμάν στροφαλοφόρου" ή "στροφαλοφόρους" πρόσθετη επιφάνεια έδρασης, ο άξονας του οποίου είναι μετατοπισμένος από τον στροφαλοφόρο, στον οποίο είναι προσαρτημένο το "μεγάλο άκρο" της ράβδου σύνδεσης από κάθε κύλινδρο. "

Ένας στροφαλοφόρος άξονας μπορεί να περιγραφεί ως συστατικό που χρησιμοποιείται για τη μετατροπή της παλινδρομικής κίνησης του εμβόλου στον άξονα σε περιστροφική κίνηση ή αντίστροφα. Με απλά λόγια, είναι ένας άξονας με μανιβέλα.

Ένας τυπικός στροφαλοφόρος άξονας αποτελείται από τρία τμήματα:

  1. Το τμήμα του άξονα που περιστρέφεται μέσα στα κύρια ρουλεμάν.
  2. Οι στροφαλοθάλαμοι
  3. Οι στρόφαλοι βραχίονες ή οι ιστοί.
https://en.wikipedia.org/wiki/Crankshaft

Αυτό κατηγοριοποιείται σε δύο τύπους ανάλογα με τη θέση του μανιβέλου:

  1. Πλευρικός στροφαλοφόρος άξονας
  2. Κεντρικός στροφαλοφόρος άξονας

Ο στροφαλοφόρος άξονας μπορεί να κατηγοριοποιηθεί περαιτέρω σε στροφαλοφόρους άξονες μίας ρίψης και στροφαλοφόρους άξονες πολλαπλής ρίψης ανάλογα με το όχι. στρόφαλων στον άξονα. Ένας στροφαλοφόρος άξονας που διαθέτει μόνο κεντρικό στρόφαλο ή στρόφαλο μίας όψης έχει δικαίωμα ως στροφαλοφόρος άξονας μίας ρίψης. Ένας στροφαλοφόρος άξονας με 2 ή πολλαπλούς κεντρικούς στροφαλοφόρους ή «2» πλευρικούς στροφαλοφόρους, «1» σε κάθε άκρο αναγνωρίζεται ως «στροφαλοφόρος άξονας πολλαπλής ρίψης». Η διαμόρφωση πλευρικής μανιβέλας περιλαμβάνει γεωμετρική απλότητα, είναι σχετικά απλή στην κατασκευή και συναρμολόγηση. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν με απλά ρουλεμάν και είναι σχετικά φθηνότερα από τον κεντρικό στροφαλοφόρο άξονα.

Η διαμόρφωση του κεντρικού στροφαλοθαλάμου παρέχει καλύτερη σταθερότητα και εξισορρόπηση δυνάμεων με χαμηλότερες προκαλούμενες χαμηλότερες τάσεις. Το κόστος κατασκευής τους είναι υψηλό και απαιτείται συναρμολόγηση ρουλεμάν διαχωριστικής ράβδου. Εφαρμογές που απαιτούν πολλαπλά έμβολα να λειτουργούν σε φάση, ένας στροφαλοφόρος άξονας πολλαπλών ρίψεων μπορεί να αναπτυχθεί τοποθετώντας αρκετά κέντρα στροφαλοφόρου άξονα δίπλα-δίπλα, σε μια καθορισμένη ακολουθία, κατά μήκος μιας κοινής κεντρικής γραμμής περιστροφής. Οι ρίψεις ευθυγραμμίζονται περιστροφικά για να παρέχουν την επιθυμητή φάση.

Πολυκύλινδροι κινητήρες εσωτερικής καύσης, όπως ο κινητήρας Inline και V-series, χρησιμοποιούν στροφαλοφόρο άξονα πολλαπλών ρίψεων. Όλοι οι τύποι στροφαλοφόρου άξονα Ζήστε δυναμικές δυνάμεις που δημιουργούνται από το περιστρεφόμενο κέντρο έκκεντρου μάζας σε κάθε πείρο στροφαλοφόρου. Συχνά είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν αντίβαρα και δυναμική εξισορρόπηση για να ελαχιστοποιηθούν οι δυνάμεις ανακίνησης, η ελκυστική προσπάθεια και ταλαντευόμενα ζευγάρια που δημιουργούνται από αυτές τις δυνάμεις αδράνειας.

Υλικό και κατασκευή στροφαλοφόρων αξόνων:

Ο στροφαλοφόρος άξονας συχνά αντιμετωπίζει κατάσταση φόρτωσης κραδασμών και κόπωσης. Έτσι, το υλικό του στροφαλοφόρου άξονα πρέπει να διαθέτει μεγαλύτερη αντοχή και καλύτερη αντοχή στην κόπωση. Συνήθως είναι προϊόν από ανθρακούχο χάλυβα, ορισμένα υλικά από χάλυβα ή χυτοσίδηρο. Για κινητήρες που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία, οι στροφαλοφόροι άξονες γενικά παράγονται από ανθρακούχο χάλυβα όπως 40-C-8, 55-C-8 και 60-C-4.

Στον κινητήρα μεταφοράς, ο χάλυβας μαγγανίου, δηλαδή, 20-Mn-2, 27-Mn-2 και 37-Mn-2 χρησιμοποιούνται συνήθως για την προετοιμασία των στροφαλοφόρων αξόνων. Σε κινητήρες aero, χάλυβας νικελίου-χρωμίου όπως 35-Ni-1-Cr-60 και 40-Ni-2-Cr-1-Mo-28 χρησιμοποιούνται γενικά για την κατασκευή του στροφαλοφόρου άξονα. 

Οι στροφαλοφόροι άξονες συνήθως τελειώνουν με διαδικασία σφυρηλάτησης ή χύτευσης. Η επιφανειακή σκλήρυνση του στροφαλοθαλάμου ολοκληρώνεται μέσω της διαδικασίας θραύσης θήκης, της διαδικασίας αζώτου ή της σκλήρυνσης επαγωγής. Τα επιλεγμένα υλικά στροφαλοφόρου άξονα πρέπει να πληρούν τόσο τις απαιτήσεις δομικής αντοχής όσο και τις απαιτήσεις φθοράς στο σημείο ρουλεμάν.

Στην τυπική εφαρμογή στροφαλοφόρου άξονα, μαλακά, όλκιμα μανίκια συνδέονται με τη ράβδο σύνδεσης ή το πλαίσιο, οπότε το υλικό στροφαλοφόρου πρέπει να έχει την ικανότητα να παρέχει μια σκληρή επιφάνεια στις θέσεις έδρασης. Πολλά υλικά μπορεί να πληρούν τις απαιτήσεις δομικής αντοχής, αλλά η αντοχή στη φθορά στις θέσεις ρουλεμάν περιορίζει τη λίστα των αποδεκτών υποψηφίων.

Λόγω της ασύμμετρης γεωμετρίας, πολλοί στροφαλοφόροι άξονες έχουν κατασκευαστεί με χύτευση ή σφυρηλάτηση ενός «κενού», για να επεξεργαστεί αργότερα. Οι ενσωματωμένες συγκολλήσεις χρησιμοποιούνται σε ορισμένες εφαρμογές. Παραδοσιακά, χυτοσίδηρος, χυτοσίδηρος και σφυρήλατος χάλυβας έχουν χρησιμοποιηθεί για στροφαλοφόρους άξονες. Η χρήση επιφανειακά εξατμισμένων και σκληρυμένων επιφανειών εδράνων είναι επίσης καθημερινά. 

Διαδικασία σχεδιασμού στροφαλοφόρου άξονα

Η επόμενη διαδικασία πρέπει να ακολουθηθεί για το σχεδιασμό.

  1. Υπολογίστε το μέγεθος των διαφορετικών ενεργειών φορτίου στον άξονα στροφαλοφόρου.
  2. Σύμφωνα με τα φορτία, υπολογίστε την απόσταση μεταξύ των δομών στήριξης και των θέσεων.
  3. Για απλοποιημένο και ασφαλή σχεδιασμό, ο άξονας πρέπει να στηρίζεται στο κέντρο των ρουλεμάν και όλες οι δυνάμεις και οι αντιδράσεις πρέπει να ασκούνται σε αυτά τα σημεία. Η απόσταση μεταξύ των στηριγμάτων εξαρτάται από το μήκος του εδράνου, το οποίο συνήθως εξαρτάται από το διάμετρο του άξονα ως προς τις ανεκτές πιέσεις ρουλεμάν.
  4. Το πάχος των ιστών αναμένεται να είναι από 0.4d έως 0.6d, όπου "ds" είναι η διάμετρος του άξονα. Θεωρεί συνήθως 0.22 * D έως 0.32 * D, όπου D είναι η διάμετρος της οπής του κυλίνδρου σε mm.
  5. Εδώ και τώρα υπολογίζουμε την απόσταση μεταξύ των δομών στήριξης.
  6. Υποθέτοντας τις αποδεκτές τάσεις κάμψης και διάτμησης για το υλικό του στροφαλοφόρου άξονα, βρείτε τη διάσταση του στροφαλοφόρου άξονα.

Εκτροπή στροφαλοφόρου

Ο στροφαλοφόρος άξονας αποτελείται από τα κύρια τμήματα του άξονα, που ενισχύονται ξεχωριστά από το κύριο ρουλεμάν, και στη συνέχεια από διάφορους άξονες ιστού στους οποίους θα περιστρέφεται η ειδική ράβδος σύνδεσης εμβόλου. Ο στρόφαλος ρίψης που είναι οι ακροδέκτες και οι βραχίονες σύνδεσης πρέπει να είναι τετράγωνοι χωρίς εκτροπή. Εάν αυτό δεν συμβαίνει, προκαλεί ασυνήθιστη φθορά στα κύρια ρουλεμάν. Ένα μανόμετρο ανιχνεύει την εσφαλμένη ευθυγράμμιση του στροφαλοφόρου άξονα μεταξύ των στροφάλων. Είναι η άνιση φθορά που εμφανίζεται μεταξύ των διαφόρων τμημάτων του κεντρικού άξονα του στροφαλοφόρου άξονα.

Σχεδιασμός καμπύλης εκτροπής στροφαλοφόρου άξονα

  • Από την κεντρική γραμμή του στροφαλοφόρου άξονα, μια ευθεία γραμμή τραβιέται παράλληλα προς αυτήν και, στη συνέχεια, κάθετες γραμμές από κάθε μονάδα σχεδιάζονται προς αυτήν την παράλληλη γραμμή.
  • Μετά τη λήψη της εκτροπής του στροφαλοφόρου άξονα κάθε μονάδας, οι τιμές που λαμβάνονται σημειώνονται πάνω από κάθε μονάδα του στροφάλου στο παραπάνω γράφημα.
  • Σχεδιάστε την απόσταση -5.0 mm, που είναι η πρώτη ένδειξη παραμόρφωσης, προς τα κάτω (για αρνητική τιμή και προς τα πάνω για θετική τιμή) από τη γραμμή αναφοράς στην κεντρική γραμμή της μονάδας και έχετε τη γραμμή "ab" που είναι σε γωνία ανάλογη προς η παραμόρφωση στο «a».
  • Αυτή η γραμμή επεκτείνεται για να τέμνει την κεντρική γραμμή της επόμενης μονάδας. Το επόμενο βήμα είναι να υπολογίσετε την απόκλιση από αυτό το σημείο της άρθρωσης και να ενώσετε το σημείο από το προηγούμενο σημείο, το οποίο θα κλιμακωθεί στη γραμμή "bc". Τα βήματα πρέπει να επαναληφθούν μέχρι να ολοκληρωθούν.
  • Σχεδιάστε μια ομαλή καμπύλη μεταξύ αυτών των σημείων και συγκρίνετε τη θέση αυτής της καμπύλης σε σχέση με το βασικό XY. Στο παραπάνω γράφημα, η καμπύλη που αντλείται από τις ενδείξεις των μονάδων 1 και 2 είναι πολύ μακριά από τη γραμμή αναφοράς σε σύγκριση με την υπόλοιπη καμπύλη και επομένως χρειάζεται προσοχή.
Καμπύλη εκτροπής στροφαλοφόρου άξονα
Καμπύλη εκτροπής στροφαλοφόρου άξονα

Μελέτη περίπτωσης αποτυχίας Marine Crankshaft

Η μελέτη περίπτωσης που έγινε αφορά την τραγική αποτυχία ενός στροφαλοφόρου άξονα θαλάσσιου ιστού. Ο στροφαλοφόρος άξονας υποβάλλεται σε υψηλή κάμψη και στρέψη και αναλύεται η συνδυασμένη επίδρασή του στην αστοχία του στροφαλοφόρου άξονα. Η μικροσκοπική παρατήρηση έδειξε ότι η έναρξη της ρωγμής ξεκίνησε στο φιλέ του στροφαλοθάλαμου λόγω περιστροφικής κάμψης και η διάδοση ήταν ένας συνδυασμός κυκλικής κάμψης και σταθερής στρέψης. Ο αριθμός κύκλων από την έναρξη της ρωγμής έως την τελική αστοχία του στροφαλοφόρου άξονα βρέθηκε από αναγνώσεις της κύριας λειτουργίας του κινητήρα επί του σκάφους. Λαμβάνονται υπόψη τα σημεία αναφοράς που αφήνονται στην επιφάνεια της ρωγμής κόπωσης.

Χρησιμοποιώντας τη γραμμική ελαστική μηχανική κατάγματος, οι υπολογισμένοι κύκλοι απεικονίζουν ότι η διάδοση ήταν γρήγορη. Δείχνει επίσης ότι το επίπεδο της τάσης κάμψης ήταν αρκετά υψηλό σε σύγκριση με τους συνολικούς κύκλους του κύριου κινητήρα σε λειτουργία. Δεν παρατηρήθηκαν ελαττώματα ή εγκλείσματα μικροδομής. Έτσι, δείχνει ότι η αποτυχία οφείλεται σε εξωτερική αιτία και όχι στο εσωτερικό εγγενές ελάττωμα.

Το υλικό του στροφαλοφόρου άξονα είχε διαμόρφωση (42CrMo4 + Ni + V) (χημική σύνθεση,%: C = 0.39, Si = 0.27, Μη = 0.79, Ρ = 0.015, S = 014, Cr = 1.14, Mo = 0.21, Ni = 0.45, V = 0.10). Ο στροφαλοφόρος άξονας του κύριου κινητήρα έχει υποστεί ζημιά. Ο στροφαλοθάλαμος αρ. 4 έχει σπάσει. Το υλικό κοντά στην περιοχή έναρξης ρωγμών αναλύθηκε και έδειξε βαϊνική μικροδομή. Το υλικό είχε σκληρότητα vickers285.

Η κόπωση φαίνεται σαν σε δύο διαφορετικές επιφάνειες, μία κάθετη στον άξονα στροφαλοφόρου και η άλλη στο οριζόντιο επίπεδο με τον άξονα στροφαλοφόρου με ζώνες εναλλαγής μεταξύ δύο επιπέδων. Έτσι, η τραγική αστοχία του παραπάνω θαλάσσιου στροφαλοφόρου άξονα ήταν από κόπωση και συνδυάστηκε με την περιστρεφόμενη κάμψη με τη σταθερή στρέψη. Η έρευνα και η παρατήρηση και ανάπτυξη νέων στροφαλοφόρων αξόνων βρίσκονται σε εξέλιξη για να αποφευχθεί αυτός ο τύπος αποτυχίας.

Παραπομπή:

Fonte MA, Freitas MM. Ανάλυση αστοχίας άξονα στροφαλοφόρου κύριου κινητήρα: Μελέτη περίπτωσης, Ανάλυση αστοχίας μηχανικής 16 (2009) 1940-1947

Ανάλυση αστοχίας στροφαλοφόρου άξονα ντίζελ Boxer: Μελέτη περίπτωσης

Η αναφορά αφορά την ανάλυση τρόπου αστοχίας του στροφαλοφόρου άξονα κινητήρα ντίζελ μπόξερ. Ο στροφαλοφόρος άξονας είναι το εξάρτημα που αντιμετωπίζει ένα υψηλότερο σύνθετο δυναμικό φορτίο λόγω περιστρεφόμενης κάμψης που συμπληρώνεται με στρέψη και κάμψης στο στροφαλοφόρο. Οι στρόφαλοι άξονες υπόκεινται σε πολυαξονική φόρτιση. Στρες κάμψης και διάτμησης λόγω στρέψης και στρέψης φόρτωσης λόγω μετάδοσης ισχύος. Οι στροφαλοφόροι άξονες κατασκευάζονται από σφυρήλατο χάλυβα, οζώδη χυτοσίδηρο και όλκιμο σίδερο.

Πρέπει να διαθέτουν επαρκή αντοχή, σκληρότητα, σκληρότητα και υψηλή αντοχή στην κόπωση. Πρέπει να είναι εύκολο να επεξεργαστούν και να θερμανθούν και να διαμορφωθούν με θερμότητα. Η θερμική επεξεργασία αυξάνει την αντοχή στη φθορά. Επομένως, όλοι οι άξονες στροφαλοφόρου ντίζελ έχουν θερμική επεξεργασία. Είναι σκληρυμένα στην επιφάνεια για να ενισχύσουν την αντοχή στην κόπωση. Υψηλής πίεσης παρατηρούνται σε κρίσιμες ζώνες όπως τα φιλέτα ιστού και τα αποτελέσματα της φυγοκεντρικής δύναμης λόγω μετάδοσης ισχύος και δονήσεων. Το κάταγμα κόπωσης κοντά στην περιοχή φιλέτου ιστού είναι η κύρια αιτία αποτυχίας του στροφαλοφόρου άξονα από τη δημιουργία ρωγμών και η διάδοση πραγματοποιείται μέσω αυτής της ζώνης. 

Οι προδιαγραφές του στροφαλοφόρου άξονα ενός κινητήρα κουτιού είναι: μετατόπιση = 2000 cu. cm, κύλινδρος διαμέτρου = 100 mm, μέγιστη ισχύς = 150 HP, μέγιστη ροπή = 350 N m. Έχει παρατηρηθεί ότι μετά από 95,000 χιλιόμετρα σε λειτουργία, συμβαίνει αστοχία του στροφαλοφόρου άξονα. Η αποτυχία κόπωσης έχει συμβεί σε σχεδόν 2000 κατασκευασμένους κινητήρες. Μετά από ανάλυση, έχει σημειωθεί ότι η αδυναμία δύο κεντρικών χαλύβδινων κελυφών και η απόδοση γεφυρών από πλάκες λόγω ρωγμών ήταν οι κύριοι ένοχοι αστοχίας του στροφαλοφόρου άξονα.

Το πλάτος κάμψης του στροφαλοφόρου άξονα αυξάνεται από την αδυναμία των ραγισμένων χαλύβδινων κελυφών και τις γέφυρες της πλάκας κρεβατιού, που βρίσκονται κάτω από αυτά. Δεν υπήρχε σίγουρα καμία ένδειξη υλικών ελαττωμάτων ή εσφαλμένης ευθυγράμμισης των κύριων εδράνων περιοδικών. Η καταστροφική αστοχία του στροφαλοφόρου άξονα οφειλόταν στο λανθασμένο σχεδιασμό των ατσάλινων κελυφών στήριξης και των γεφυρών από πλάκες. Ο βελτιωμένος σχεδιασμός από τον κατασκευαστή θα λύσει αυτό το πρόβλημα.

Παραπομπή:

M. Fonte et al., Ανάλυση αστοχίας στροφαλοφόρου άξονα ενός κινητήρα ντίζελ μπόξερ, Ανάλυση αστοχίας μηχανικής 56 (2015) 109–115.

Ανάλυση αποτυχίας κόπωσης στροφαλοφόρου: Μια ανασκόπηση

Σε αυτό το άρθρο, η βασική αιτία θραύσης του στροφαλοφόρου άξονα του αεροσυμπιεστή αναλύεται χρησιμοποιώντας διάφορες μεθόδους και παραμέτρους όπως χημική σύνθεση, μηχανική ιδιότητα, μακροσκοπικά, μικροσκοπικά χαρακτηριστικά και θεωρητικούς υπολογισμούς. Αυτό το έγγραφο στοχεύει επίσης στη βελτίωση του σχεδιασμού, της αντοχής στην κόπωση και της αξιοπιστίας εργασίας του στροφαλοφόρου άξονα. Ο στροφαλοφόρος άξονας που χρησιμοποιείται σε αυτήν τη μελέτη είναι 42CrMo χάλυβας που είναι σφυρηλατημένος και θερμικά επεξεργασμένος και νιτρωμένος για να αυξήσει την αντοχή κόπωσης του στροφαλοφόρου άξονα. Η διαδικασία ανάλυσης για την αιτία του σπασίματος του στροφαλοφόρου άξονα πραγματοποιείται σε τρία μέρη:

  • Πειραματική ανάλυση στροφαλοφόρου άξονα
  • Μακροσκοπικά χαρακτηριστικά και ανάλυση μικροδομών
  • Θεωρητικοί υπολογισμοί

Η ανάλυση χημικών στοιχείων γίνεται για να προσδιοριστεί με ακρίβεια η χημική σύνθεση του στροφαλοφόρου άξονα και να ελεγχθεί εάν είναι κάτω από τις τυπικές επιτρεπόμενες τιμές. Γίνεται με τη βοήθεια του φασματόμετρου. Οι σπασμένες επιφάνειες ταξινομούνται σε τρεις περιοχές: (1) περιοχή έναρξης ρωγμής κόπωσης, (2) περιοχή επέκτασης κόπωσης και (3) περιοχή στατικού σπασίματος.

Κατά τη διάρκεια της ανάλυσης, διαπίστωσε ότι ο ρυθμός ανάπτυξης ρωγμών κόπωσης είναι υψηλός λόγω της υψηλής κάμψης. Η λανθασμένη ευθυγράμμιση των κύριων περιοδικών και του μικρού φιλέτου στην τρύπα λίπανσης είναι οι κύριες αιτίες της υψηλής κάμψης. Η ρωγμή κόπωσης ξεκίνησε στην άκρη της τρύπας λίπανσης και έτσι οδήγησε στο κάταγμα. Τα σημάδια παραλίας που παράγονται λόγω μικρών υπερφορτώσεων λόγω της εκκίνησης και της διακοπής του συμπιεστή δεν ήταν ορατά. Σε έναν συγκεκριμένο κύκλο περιστροφής μετά από μια περίοδο τυπικής εργασίας, εμφανίστηκαν μικρο-ρωγμές λόγω της υψηλής συγκέντρωσης τάσης κάμψης στο φιλέτο της τρύπας λίπανσης. Ωστόσο, ο στροφαλοφόρος άξονας μπορεί ακόμα να πλησιάζει στην κανονική κατάσταση λειτουργίας.

Καθώς ο χρόνος λειτουργίας συνέχισε να αυξάνεται, η διακύμανση αυξήθηκε επίσης, οδηγώντας τις ρωγμές να εξαπλωθούν στην περιοχή του στατικού κάταγματος, οδηγώντας σε πλήρη αποτυχία. Η μικροσκοπική παρατήρηση της επιφάνειας του σπασίματος μετρήθηκε με τη χρήση Scanning Electron Microscopy (SEM), η οποία έδειξε ότι η ρωγμή στην άκρη της οπής λίπανσης ήταν ο λόγος για τη θραύση του στροφαλοφόρου άξονα. Σύμφωνα με τον θεωρητικό υπολογισμό, λαμβάνεται η καμπύλη ασφάλειας για την οπή λίπανσης και την περιοχή φιλέτου, η οποία βοηθά στον εντοπισμό των ασθενέστερων τμημάτων.

Βελτιώνοντας την ποιότητα της επιφάνειας και μειώνοντας την τραχύτητα της επιφάνειας, η αξιοπιστία του άξονα στροφαλοφόρου άξονα μπορεί να αυξηθεί. Η σωστή ευθυγράμμιση των κύριων περιοδικών θα μειώσει την επαγόμενη τάση κάμψης και θα αυξήσει τη ζωή κόπωσης του στροφαλοφόρου άξονα.

Παραπομπή:

W.Li et al., Ανάλυση αποτυχίας κόπωσης στροφαλοφόρου, Ανάλυση αστοχίας μηχανικής 55 (2015) 139–147.

Αποτυχία στροφαλοφόρου άξονα κινητήρα ντίζελ: Μελέτη περίπτωσης

Σε αυτό το άρθρο, πραγματοποιείται η ανάλυση αστοχίας, ο τρόπος λειτουργίας και η ανάλυση πίεσης του στροφαλοφόρου άξονα ενός κινητήρα ντίζελ. Για να εκτιμηθεί το κάταγμα του υλικού του στροφαλοφόρου άξονα, έγινε και η οπτική επιθεώρηση και η έρευνα. Ο κινητήρας που χρησιμοποιήθηκε ήταν S-4003 και ο στροφαλοφόρος άξονας του έσπασε κοντά στον στροφαλοφόρο τέσσερα μετά από 5500 ώρες λειτουργίας. Ο στροφαλοφόρος άξονας έσπασε μετά από περίπου 30 ώρες έως 700 ώρες λειτουργίας του κινητήρα. Η πρόσθετη ανάλυση έδειξε την παρουσία μικρο-ρωγμών κοντά στο 2ο στροφαλοθάλαμο και στο 2ο περιοδικό. Η μελέτη έδειξε ότι ο πρωταρχικός λόγος πίσω από την αποτυχία ήταν μια ελαττωματική διαδικασία λείανσης.

Για περαιτέρω πειραματική ανάλυση, το δείγμα κόπηκε από το κατεστραμμένο μέρος. Χρησιμοποιήθηκε μη γραμμική ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων για τον εντοπισμό των αιτίων για την απότομη αποτυχία του στροφαλοφόρου άξονα. Η ανάλυση πραγματοποιήθηκε για τον προσδιορισμό των τάσεων που προκαλούνται στον άξονα λόγω κυκλικών συνθηκών φόρτωσης όταν ο κινητήρας λειτουργεί με τη μέγιστη ισχύ.

Χρησιμοποιείται αριθμητική ανάλυση για να βρεθεί η σχέση μεταξύ της ράβδου σύνδεσης και του στροφαλοφόρου άξονα εφαρμόζοντας σύνθετες συνθήκες ορίου. Για τον προσδιορισμό των τρόπων και της συχνότητας της ελεύθερης δόνησης, πραγματοποιήθηκε αριθμητική ανάλυση τρόπου λειτουργίας του στροφαλοφόρου άξονα.

Μετά την ανάλυση, παρατηρήθηκε ότι η τιμή τάσης στο φιλέτο του στροφαλοφόρου αρ. 4 ήταν περίπου 6% της τάσης απόδοσης του υλικού στροφαλοφόρου άξονα. Η μέθοδος ανάλυσης έδωσε το αποτέλεσμα ότι κατά τη διάρκεια του δεύτερου τρόπου ελεύθερης δόνησης, η περιοχή υψηλής τάσης βρέθηκε στην περιοχή όπου έγινε η δημιουργία ρωγμών (κρίσιμη ζώνη).

Σε περαιτέρω παρατήρηση, ανακαλύφθηκε ότι η αστοχία του στροφαλοφόρου άξονα συνέβη από συντονισμένους κραδασμούς που οφείλονται σε μη ισορροπημένες μάζες στον άξονα, οι οποίες προκάλεσαν υψηλές συνθήκες κυκλικής καταπόνησης, προκαλώντας τη μείωση της ζωής κόπωσης του στροφαλοφόρου.

Παραπομπή:

Lucjan Witek et al., Έρευνα αποτυχίας στροφαλοφόρου άξονα κινητήρα ντίζελ, Procedia Structural Integrity 5 (2017) 369–376

Για να μάθετε για την αντοχή του υλικού Κάνε κλικ εδώ

Σχετικά με τον Hakimuddin Bawangaonwala

Είμαι ο Hakimuddin Bawangaonwala, Μηχανολόγος Μηχανικός Σχεδιασμού με Εξειδίκευση στη Μηχανική Σχεδίαση και Ανάπτυξη. Έχω ολοκληρώσει το M. Tech στη Μηχανική Σχεδιασμού και έχει 2.5 χρόνια Ερευνητικής Εμπειρίας Μέχρι τώρα δημοσίευσε δύο ερευνητικές εργασίες σχετικά με τη σκληρή στροφή και την ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων θερμαντικών εξαρτημάτων. Η περιοχή που μου ενδιαφέρει είναι η σχεδίαση μηχανών, η αντοχή του υλικού, η μεταφορά θερμότητας, η θερμική μηχανική κ.λπ. Έμπειρος στο λογισμικό CATIA και ANSYS για CAD και CAE Εκτός από την έρευνα.
Συνδεθείτε στο LinkedIn - https://www.linkedin.com/in/hakimuddin-bawangaonwala

Αφήστε ένα σχόλιο

Η διεύθυνση email σας δεν θα δημοσιευθεί. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται *

Lambda Geeks