Znanje - Sanxin

Kvar zupčanika zbog korozije

 

I. Mehanizam lomljenja zupčanika zbog korozije zbog korozije

1.1 Definicija i fenomen točkastog nakupljanja

Točkasta korozija odnosi se na male i plitke udubine koje se pojavljuju u kontaktnom području površina zuba zupčanika. Ove udubine obično nastaju zbog lokalnog ljuštenja materijala. Na početku točkaste korozije, to su uglavnom sitne mrlje. S protokom vremena i kontinuiranim djelovanjem opterećenja, te se mrlje postupno šire, produbljuju i međusobno povezuju, tvoreći veća područja ljuštenja, što ozbiljno utječe na radne performanse zupčanika.

 

1.2 Mehanički princip korozije

Kada se par zupčanika međusobno spaja, površine zuba su izložene izmjeničnim kontaktnim naprezanjima. Pod ponovljenim djelovanjem kontaktnih naprezanja, materijal površine zuba će pretrpjeti oštećenje od zamora. Prema Hertzovoj teoriji kontakta, na kontaktnim točkama površina zuba će se pojaviti vrlo visoka lokalna naprezanja, posebno u području blizu linije koraka, gdje je relativna brzina klizanja relativno mala, film ulja se teško formira, uvjeti podmazivanja su loši, a kontaktno naprezanje je koncentriranije. Kada kontaktno naprezanje prijeđe granicu zamora materijala, na površini zuba će se pojaviti sitne pukotine. Kako se zupčanici nastavljaju okretati, pukotine će se postupno širiti pod djelovanjem izmjeničnog naprezanja, što će na kraju dovesti do otpadanja materijala površine zuba i stvaranja točkastih mrlja.

1.3 Proces razvoja rupičaste korozije

Razvoj rupičaste korozije općenito se može podijeliti u tri faze. Prva faza je početna faza rupičaste korozije, tijekom koje se na površini zuba pojavljuju male rupice. Obično su uzrokovane mikroskopskim defektima ili tragovima obrade na površini materijala koji prvo razvijaju pukotine pod djelovanjem kontaktnog naprezanja. Ove rupice su općenito male i relativno raspršene, što ima manji utjecaj na radne performanse zupčanika. Druga faza je faza širenja. Kako zupčanik nastavlja raditi, početne rupice se postupno šire i produbljuju, a susjedne rupice se međusobno povezuju, tvoreći veća područja ljuštenja. U ovoj fazi vibracije i buka zupčanika se značajno povećavaju, a učinkovitost prijenosa se također smanjuje. Treća faza je jaka faza rupičaste korozije. U ovom trenutku, područja rupičaste korozije na površini zuba dodatno se šire, fenomen ljuštenja postaje izraženiji, hrapavost površine zuba značajno se povećava, nosivost zupčanika naglo pada, a može čak dovesti i do potpunog otkazivanja zupčanika.

 

II. Čimbenici koji utječu na rupičasto oštećenje zupčanika

2.1 Materijalni čimbenici

Sastav materijala: Čelici različitog sastava imaju različita mehanička svojstva i otpornost na rupičastu koroziju. Na primjer, legirani čelici koji sadrže odgovarajuće količine legirajućih elemenata poput kroma, nikla i molibdena imaju veću čvrstoću, tvrdoću i žilavost te stoga posjeduju relativno jaču otpornost na rupičastu koroziju. Nasuprot tome, obični ugljični čelici imaju relativno slabiju otpornost na rupičastu koroziju.

 

Mikrostruktura materijala: Mikrostruktura materijala također ima značajan utjecaj na njihovu otpornost na rupičastu koroziju. Na primjer, zupčanici koji su podvrgnuti odgovarajućoj toplinskoj obradi imaju ujednačene mikrostrukture s finim zrnima, što može poboljšati čvrstoću i žilavost materijala, čime se poboljšava njegova otpornost na rupičastu koroziju. Suprotno tome, ako mikrostruktura materijala nije ujednačena, s velikim zrnima ili drugim nedostacima, vjerojatno će se na površini zuba stvoriti koncentracije naprezanja, smanjujući otpornost na rupičastu koroziju.

 

Tvrdoća materijala: Općenito govoreći, što je veća tvrdoća površine zuba, to je veća otpornost na rupičastu koroziju. Povećanje tvrdoće površine zuba površinskim kaljenjem, cementacijom, nitriranjem i drugim postupcima toplinske obrade može učinkovito smanjiti vjerojatnost rupičaste korozije. Međutim, tvrdoća ne smije biti previsoka, jer prekomjerna tvrdoća može učiniti materijal krhkim i sklonim pucanju.

 

2.2 Faktori opterećenja

Veličina opterećenja: Što je veće opterećenje koje zupčanik podnosi, to će biti veće kontaktno naprezanje na površini zuba, a vjerojatnost i brzina razvoja točkaste korozije će se shodno tome povećati. Kada opterećenje prijeđe granicu zamora materijala, točkasta korozija će se brzo razviti, što ozbiljno utječe na vijek trajanja zupčanika.

Priroda opterećenja: Ako je zupčanik izložen udarnom opterećenju ili izmjeničnom opterećenju, promjena naprezanja na površini zuba postaje složenija, što povećava vjerojatnost da će uzrokovati oštećenje materijala uslijed zamora i ubrzati pojavu točkaste korozije. Na primjer, kod nekih građevinskih strojeva, zupčanici često doživljavaju iznenadna udarna opterećenja, što postavlja veće zahtjeve na otpornost zupčanika na točkastu koroziju.

 

2.3 Faktori podmazivanja 

Viskoznost ulja za podmazivanje: Viskoznost ulja za podmazivanje ima značajan utjecaj na učinak podmazivanja na površini zuba. Ulje za podmazivanje s većom viskoznošću može stvoriti deblji uljni film na površini zuba, pružajući bolje učinke podmazivanja i puferiranja, smanjujući kontaktno naprezanje na površini zuba i smanjujući pojavu točkaste korozije. Međutim, pretjerano visoka viskoznost povećat će otpor rotacije zupčanika i smanjiti učinkovitost prijenosa. Stoga je potrebno odabrati ulje za podmazivanje s odgovarajućom viskoznošću na temelju radnih uvjeta zupčanika.

 

Kvaliteta ulja za podmazivanje: Visokokvalitetno ulje za podmazivanje ima dobra svojstva protiv trošenja, oksidacije i korozije, učinkovito štiteći površinu zuba i produžujući vijek trajanja zupčanika. Naprotiv, ulje za podmazivanje niske kvalitete sklono je oksidaciji i propadanju, stvarajući kisele tvari i nečistoće koje mogu nagristi površinu zuba i ubrzati razvoj točkaste korozije.

 

Metode podmazivanja: Različite metode podmazivanja također imaju različite učinke na podmazivanje zupčanika. Uobičajene metode podmazivanja uključuju podmazivanje uranjanjem u ulje i podmazivanje uljnim raspršivanjem. Podmazivanje uranjanjem u ulje prikladno je za zupčanike malih brzina i malih opterećenja; podmazivanje uljnim raspršivanjem prikladno je za zupčanike velikih brzina i velikih opterećenja, jer može brzo ukloniti toplinu i čestice trošenja koje se stvaraju na površini zuba, održavajući dobre uvjete podmazivanja.

 

2.4 Faktori obrade i ugradnje

Točnost obrade: Točnost obrade zupčanika ima značajan utjecaj na kvalitetu kontakta zubnih površina. Ako pokazatelji točnosti obrade poput pogreške profila zuba i pogreške poravnanja zuba ne zadovoljavaju zahtjeve, to će dovesti do neravnomjernog kontakta na zubnim površinama, lokalne koncentracije naprezanja i time povećati vjerojatnost korozije. Na primjer, prekomjerna pogreška profila zuba uzrokovat će interferenciju između zubnih površina tijekom spajanja, što će rezultirati pretjerano visokim lokalnim kontaktnim naprezanjem.

Pogreška pri ugradnji: Tijekom ugradnje zupčanika, ako postoje pogreške pri ugradnji poput neparalelnih linija osovine i odstupanja središnjeg razmaka, to će također dovesti do lošeg kontakta na površinama zuba, neravnomjerne raspodjele sile na površinama zuba i ubrzati razvoj točkaste korozije. Na primjer, neparalelne linije osovine uzrokovat će ekscentrično opterećenje tijekom zahvata zupčanika, što će rezultirati prekomjernim opterećenjem lokalnih površina zuba.

 

III. Metode otkrivanja rupičastog oštećenja zupčanika

3.1 Vizualni pregled

Vizualni pregled je jednostavna i intuitivna metoda detekcije. Izravnim promatranjem površine zuba zupčanika moguće je utvrditi postoji li korozija i njezinu raspodjelu. Općenito, alati poput povećala mogu se koristiti za pomoć u uočavanju sitnih točaka korozije. Vizualnim pregledom se u početku može odrediti stupanj korozije na zupčaniku, ali možda neće točno otkriti rane pukotine i sitne korozije skrivene unutar površine zuba.

 

3.2 Ispitivanje tvrdoće

Ispitivanje tvrdoće može odražavati promjene tvrdoće materijala površine zuba. Ako se na površini zuba pojavi korozija, njezina tvrdoća se može promijeniti. Provođenjem ispitivanja tvrdoće na različitim dijelovima površine zuba i usporedbom s izvornim vrijednostima tvrdoće može se utvrditi je li korozija utjecala na performanse materijala površine zuba. Uobičajene metode ispitivanja tvrdoće uključuju ispitivanje tvrdoće po Rockwellu i ispitivanje tvrdoće po Brinellu.

 

3.3 Nerazorna ispitivanja

Ultrazvučno ispitivanje: Ultrazvučno ispitivanje može otkriti postoje li pukotine i drugi nedostaci unutar površine zuba. Kada se ultrazvučni valovi šire kroz materijale, ako naiđu na pukotine i druge nedostatke, generirat će se reflektirani valovi. Analizom karakteristika reflektiranih valova može se odrediti lokacija, veličina i oblik nedostataka. Ultrazvučno ispitivanje ima prednosti velike dubine detekcije i visoke osjetljivosti, ali možda neće biti učinkovito u otkrivanju nekih sitnih površinskih pukotina.

 

Ispitivanje magnetskim česticama: Ispitivanje magnetskim česticama prikladno je za otkrivanje površinskih i pripovršinskih pukotina u feromagnetskim materijalima. Magnetsko polje primjenjuje se na površinu zuba i magnetske čestice se raspršuju po njoj. Ako na površini zuba postoje pukotine, magnetske čestice će se okupiti na pukotini i formirati očite magnetske tragove, koji mogu vizualno prikazati lokaciju i oblik pukotina. Ispitivanje magnetskim česticama jednostavno je za rukovanje i ima veliku brzinu otkrivanja, ali se može koristiti samo za feromagnetske materijale i ima ograničenu sposobnost otkrivanja za otvorene pukotine koje nisu na površini.

 

3.4 Praćenje vibracija i buke

Tijekom procesa korozije zupčanika, njihove vibracije i buka će pretrpjeti značajne promjene. Ugradnjom senzora vibracija i senzora buke za praćenje signala vibracija i buke zupčanika u stvarnom vremenu te analizom i obradom signala, moguće je utvrditi imaju li zupčanici koroziju i opseg razvoja korozije. Na primjer, kada se korozija pojavi na površini zuba, specifične frekvencijske komponente će se pojaviti u spektru vibracijskog signala, a razina buke će se također značajno povećati.