Ως βασικό συστατικό του μηχανικού συστήματος μεταφοράς, τα εργαλεία αντιμετωπίζουν κυρίως δύο είδη μορφών αστοχίας κόπωσης σε μακροχρόνια κατάσταση λειτουργίας: κάμψη κόπωσης κάταγμα και επαφή κόπωση pitting.Για να εξασφαλιστεί η ασφαλή και αξιόπιστη λειτουργία του εντός του κύκλου ζωής του σχεδιασμού, είναι αναγκαίο να διενεργούνται συστηματικές δοκιμές κόπωσης και πρόβλεψη ζωής για τα εργαλεία.

Το παρόν έγγραφο εισάγει τις συνήθως χρησιμοποιούμενες μεθόδους δοκιμής κόπωσης των εργαλείων στις σιδηροδρομικές μεταφορές και στους βιομηχανικούς τομείς,και εξηγεί πώς να δημιουργηθεί μοντέλο πρόβλεψης ζωής μέσω δεδομένων δοκιμών σε συνδυασμό με κοινά πρότυπα, ώστε να προβλέπεται η διάρκεια ζωής των γρανάζων

Παρέχει μια αξιόπιστη βάση για τη βελτιστοποίηση της δομής, την επιλογή υλικών και τη διαδικασία θερμικής επεξεργασίας.

Τρόπος αποτυχίας λόγω κόπωσης του κιβωτίου

Η βλάβη λόγω κόπωσης του εργαλείου χωρίζεται κυρίως στις ακόλουθες δύο κατηγορίες:

Ενισχυμένη κόπωση (κόπωση της ρίζας του δοντιού)

Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας πλέγματος, η περιοχή της ρίζας του εργαλείου υποβάλλεται σε περιοδική πίεση κάμψης, η οποία μπορεί να σχηματίσει ρωγμές και να επεκταθεί σε κάταγμα με μακροχρόνια δράση.

Κούραση επαφής (Κούραση επαφής/Πίτινγκ)

Η επιφάνεια του δοντιού υποβάλλεται σε κυκλική πίεση επαφής κατά τη διάρκεια της διαδικασίας σύνδεσης και επαφής και δημιουργούνται ρωγμές στην επιφάνεια και την υποεπιφάνεια,που οδηγεί σε διάσπαση υλικού για να σχηματιστούν οπήματα ή μεγάλες νιφάδες (spalling).

Επισκόπηση των μεθόδων δοκιμής

Οι κοινές μέθοδοι δοκιμής της δοκιμής κόπωσης των εργαλείων περιλαμβάνουν κυρίως:

Δοκιμή έντασης της κόπωσης (Δοκιμή κόπωσης κάμψης δοντιών)

Το πρότυπο ISO 6336-5 ∆ιαλογισμός της χωρητικότητας φόρτωσης των ελικοειδών και των ελικοειδών γρανάζων ∆ήμα 5: Δυνατότητα και ποιότητα των υλικών ∆

• AGMA 2001
• GB/T 14230
• Τυπικός εξοπλισμός δοκιμής:
• Μηχανή δοκιμής με ένα τεμάχιο: το φορτίο εφαρμόζεται στην περιοχή της ρίζας του δοντιού για επαναλαμβανόμενη φόρτιση.
• Μηχανή δοκιμής περιστροφικής κάμψης: προσομοίωση της κατάστασης εργασιακής πίεσης των γρανάζων.
• Μέθοδος επεξεργασίας δεδομένων:
• Εγκατάσταση καμπύλης S-N (καμπύλη ζωής υπό πίεση)

• Δοκιμή κόπωσης από επαφή (Δοκιμή τρύπησης)
• Τυπική βάση:
• Μηχανή δοκιμής κιβωτίων FZG (Fraunhofer Standard, Γερμανία)
• ISO 14635 / ASTM D4998
• SH/T 0306-2017 (Αξιολόγηση της αντοχής του εργαλείου μετάδοσης σε τρύπες με λιπαντικό λάδι)
• Περιεχόμενο της δοκιμής:
• Η δοκιμή δέσμευσης ζεύγους ταχυτήτων διεξάγεται υπό καθορισμένες συνθήκες ταχύτητας, φορτίου και λίπανσης για την παρακολούθηση του χρόνου παραγωγής και της περιοχής τρύπησης.
• Η διάρκεια ζωής της επαφής με την επιφάνεια των δοντιών με την κόπωση προσδιορίζεται και αναλύεται η επίδραση των συνθηκών λίπανσης στη συμπεριφορά κόπωσης.
• 

Μέθοδος πρόβλεψης ζωής

Τα δεδομένα που λαμβάνονται από τις δοκιμές κόπωσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατάρτιση μοντέλων ζωής των εργαλείων.

Η πρόβλεψη ζωής βασίζεται στην καμπύλη S-N

Η καμπύλη S-N προσαρμόζεται χρησιμοποιώντας δεδομένα δοκιμής αντοχής κατά κόπωση σε διαφορετικά επίπεδα πίεσης:

μεταξύ:

N: διάρκεια ζωής του εξοπλισμού (αριθμός κύκλων)

σ: πλάτος τάσης

Α, β: σταθερές προσαρμογής

Weibull Στατιστικό δίκαιο

Η κατανομή Weibull χρησιμοποιείται για την ανάλυση ενός συνόλου δεδομένων ζωής βλάβης για τον προσδιορισμό της αξιόπιστης ζωής, της χαρακτηριστικής ζωής και της μεταβλητότητας:

η:ζωή των χαρακτηριστικών

β:Παράμετρος σχήματος (αποφασίζει το σχήμα της καμπύλης κατανομής)

Φ ((t):Πιθανότητα βλάβης πριν από το χρόνο t

Μέθοδος συσσώρευσης βλάβης (χρησιμοποιείται σε συνθήκες μεταβλητού φορτίου)

Σε πραγματικές συνθήκες εργασίας, τα γρανάζια συχνά υπόκεινται σε πολλαπλό σταδιοφόρο φορτίο.

Προτάσεις για τη βελτίωση της ζωής του εργαλείου

Σύμφωνα με τα αποτελέσματα των δοκιμών, η κατασκευαστική επιχείρηση μπορεί να βελτιστοποιήσει τον σχεδιασμό από τις ακόλουθες πτυχές:

Η σημασία της δοκιμής κόπωσης του εργαλείου

Η συστηματική δοκιμή κόπωσης μπορεί όχι μόνο να αξιολογήσει την αντοχή στην κόπωση της δομής του κιβωτίου, αλλά και να χρησιμεύσει ως σημαντικό εργαλείο ανατροφοδότησης για το υλικό,διαδικασία θερμικής επεξεργασίας και έλεγχος ποιότητας επεξεργασίαςΣτις σιδηροδρομικές μεταφορές, στον αεροδιαστημικό τομέα και σε άλλους τομείς, η ακριβής πρόβλεψη της διάρκειας ζωής της κόπωσης είναι η βασική βάση για την εξασφάλιση αξιόπιστης λειτουργίας και τη διαμόρφωση στρατηγικών συντήρησης.