Контактно-усталостная прочность ролика

[etcartman 23]

Есть такая практическая задача. Имеется ролик (должен быть тонкостенным), работающий в жестком контакте со стальной поверхностью (вибрация естественно). Ролик защищает игольчатые подшипники. После некоторого количества циклов наблюдается усталостное разрушение ролика (подшипники и вал работают нормально при этом). Примерная картинка усталостного разрушения прилагается. Ролик сам по себе имеет упрочненную поверхность и истирания в контакте с более мягким железом не наблюдается, равно как и поверхностных повреждений которые могут дать начало усталостной трещине (pitting strength)

Судя по коррозионным пятнам на половинках трещина растет изнутри (там есть выточка под масло). Оценить НДС расчетом можно, но довольно сложно, потому что фактически все это работает вместе с игольчатым подшипником, нагрузка приложена неравномерно, к любой точке, то есть НДС там может сильно варьировать. В сущности конечно НДС можно описать как изгиб цилиндрической оболочки, подпираемой некоторым упругим основанием. Но по результатам НДС там естественно довольно сложно отделить контактную часть напряжения (контактное очень велико конечно же) от изгибной.

Вопрос как можно подойти к такой задаче практически? Есть ли какие то аналоги в технике, которые процесс разрушения такого рода детали разбирают по полочкам?

Изменено 15 июля 2015 пользователем etcartman

[AlexKaz 1 822]

Судя по коррозионным пятнам на половинках трещина растет изнутри

А если с краю, при условии что ролик идёт под некоторым углом?

Материал хрупкий, вроде как оценивают по критерию наибольших касательных напряжений.

НДС можно описать как изгиб цилиндрической оболочки

А может валом?   В деталях машин усталостная долговечность валов (в том числе и полых) расписана от и до.

НДС там естественно довольно сложно отделить контактную часть напряжения (контактное очень велико конечно же) от изгибной

Дали мне на днях задание посчитать насаженное на трубу похожее кольцо с крутящим моментом и растягивающей силой, разве что диаметр был побольше; судя по проведённым расчётам изгибные оказались много больше контактных (Бояршинов, Основы строительной механики машин, 1973). Можно и по Герцу посчитать (Писаренко, Сопромат).

Изменено 15 июля 2015 пользователем AlexKaz

[etcartman 23]

Да в принципе вопроса как считать на усталость нет как такового. Определяй напряжения (деформации) в цикле, и считай. Две величины условно не определены в данном расчете (фактически при отсутствии четких рекомендаций - на усмотрение) - коэффициент чувствительности к концентрации и коэффициент запаса. Когда что то считают по МКЭ, коэффициент запаса берут минимальным обычно (типа полтора по деформациям и 3 по циклам).

Но так или иначе вопрос в другом - найти сопоставимую по условиям работы часть, чтобы иметь возможность оценить ресурс корректно (со всеми вариабельностями параметров)

Ошибка была в данном случае - что в экспериментальном нагружении часть работала пока полностью не развалилась. А вот точно понять откуда трещина стартовала - надо было ее извлекать и осматривать ранее.

Изменено 15 июля 2015 пользователем etcartman

[AlexKaz 1 822]

Мне всё же думается, ролик постоянно в цикле работал на изгиб. Такое могло случится, если оси подшипников не совпадали (по идее должно отразитья на состоянии тел качения, но если сам подшипник податливый, то не факт). Ну а валы как раз и расчитываются на долговечность при изгибе.

[etcartman 23]

Трещина в данном случае не препеятствовала нормальной работе детали некоторое время. Пока она не разлетелась как черепок

Тут еще отверстие в выточке кстати. Схема излома на фото

[AlexKaz 1 822]

"нагрузка приложена неравномерно"

игольчатый подшипник очень даже равномерно распределяет давление. минус его высокая жесткость. я думаю есть смысл менять тип подшипника на допускающий перекос колец или использовать игольчатый с витыми роликами.

[Rimzen 6]

Выполняем расчет на прочность детали машины с использованием переменных напряжений, за предельное напряжение принимают величину предела выносливости.
- для расчетов при допускаемых напряжениях под воздействием нагрузок, которые изменяются использоваться кривая усталости. Эта связь устанавливает зависимость между предельными напряжениями, при которых происходит испытание образца и количеством циклов нагружения, до момента когда образец разрушиться.
- остальные образцы сопоставляются, как криволинейный и горизонтальный линейный участок.