Wpływ rolkowania powierzchni na rozwój zużycia frettingowego w połączeniu wciskowym

• Autorzy: Guzowski S. , Kowalski S.

Warianty tytułu

EN

The influence of surface finish rolling on fretting wear development in clamped joint

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Jednym ze sposobów podwyższenia wytrzymałości zmęczeniowej elementów pracujących w warunkach obciążeń zmiennych jest umocnienie warstwy wierzchniej. W przypadku elementów osiowo symetrycznych prostym, a zarazem efektywnym procesem technologicznym jest rolkowanie powierzchni szczególnie narażonych na zmienne naprężenia rozciągające. Wyniki badań wskazują, że granica wytrzymałości zmęczeniowej po rolkowaniu może wzrosnąć nawet o 20%. Nasuwa się natomiast pytanie, czy korzystny efekt rolkowania będzie miał miejsce również w przypadku elementów połączonych wciskowo, a pracujących w warunkach obciążeń zmiennych. Przykładem takim może być zestaw kołowy pojazdu szynowego. Z kolei obserwacje eksploatacyjne, jak i badania laboratoryjne modelowe wykazały, że obszar połączenia wciskowego koła z osią jest szczególnie podatny na rozwój zużycia frettingowego. Fretting jest jednym z procesów niszczenia warstw wierzchnich elementów maszyn. Jest to zjawisko oscylacyjnego ślizgania o małej amplitudzie elementów będących w styku, którego rezultatem jest uszkadzanie i zużywanie warstwy wierzchniej. Badania miały na celu stwierdzenie w jakim stopniu proces rolkowania może wpływać na rozwój zużycia frettingowego w połączeniu wciskowym. Badania zużyciowe przeprowadzono na próbkach modelujących połączenie wciskowe koło–oś zestawu kołowego. Program badań obejmował wykonanie dwóch wariantów modelu połączenia wałek–tulejka ze względu na obróbkę wykańczającą podpiaścia wałka: – powierzchnia tylko toczona, – powierzchnia toczona i rolkowana. Po badaniach zmęczeniowych na powierzchni podpiaścia wałków dla obu wariantów wykonania próbek stwierdzono bardzo podobne, charakterystyczne dla połączeń wtłaczanych zużycie frettingowe. Różnica w zużyciu obu wariantów wykonania próbek była jedynie w intensywności uszkodzeń frettingowych na powierzchni podpiaścia wałka. Jest ona nieco mniejsza w przypadku powierzchni toczonych i rolkowanych. Stwierdzone w wyniku przeprowadzonych badań uszkodzenia frettingowe na powierzchniach rolkowanych mogą wskazywać, że uzyskany w wyniku tej obróbki efekt wzmocnienia przeciwzmęczeniowego może być zneutralizowany. Powstałe na powierzchni uszkodzenia w postaci wżerów mogą w warunkach obciążeń zmęczeniowych stać się ogniskiem rozwoju pęknięć zmęczeniowych.

EN

One of ways to increase the fatigue strength of elements working in the conditions of load variables is surface layer consolidation. In the case of axially symmetrical elements, rolling surfaces peculiarly exposed to variable stretching stresses is a direct and time effective technological process. The research results show that the limit of the fatigue strength after rolling can rise by as much as 20%. However, one must wonder about advantageous effect of rolling that may occur with clamp-jointed elements but working in the conditions of load variables. A wheel set of a track vehicle can be such an example. Next, exploitative observations as well as laboratory investigation models have shown that area of the clamped joint of wheel with the axle is particularly susceptible to the development of fretting wear. Fretting is one of the processes that destroy the surface layers of machine elements. The phenomenon of oscillatory slide with a small amplitude of components in contact results in damage and wear of the surface layer. The research had affirmation on purpose in what extent the rolling process may to influence on the development of rolling on fretting wear development in clamped joint. The research of wearing were carried on specimens modeling the clamped joint wheel- and axle of wheel set. The program of research included making two variants of model of connecting the roller – sleeve in view of finishing treatment of shafts seat: – only turned surface, – turned and rolled surface. After fatigue research on the surface of the shafts seat for both variants of the making of the specimens it was found a very similar characteristic to connecting of injecting of fretting wear. The difference in wearing both variants of making specimens was only in intensity of fretting damage on the surface of shaft seat. It is a little bit shorter in the case of turned and rolled surfaces. The fretting damage on rolled surfaces stated as a result of researches can indicate, that effect of the strengthening anti-fatigue get as a result of this treatment can be neutralized. The defects in the form of corrosion pits emerged on the surface can in conditions of wear burdens to become the centre of the development of wear cracks.

Słowa kluczowe

PL

połączenie wciskowe; zużycie frettingowe

EN

clamped joints; fretting wear

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2008
• Tom: nr 6
• Strony: 35--46
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Guzowski S.

autor

Kowalski S.

• Politechnika Krakowska, Instytut Pojazdów Szynowych, al. Jana Pawła 37, 31-864 Kraków

Bibliografia

• 1. Calikowski R., Oleksiak Z., Pytko S., Skorupa A.: Ultradźwiękowa diagnostyka połączeń ciernych. PWN, Warszawa, 1989.
• 2. Guzowski S.: Analiza zużycia frettingowego w połączeniach wciskowych na przykładzie osi zestawów kołowych pojazdów szynowych, Monografia 284, Politechnika Krakowska, Kraków 2003.
• 3. Hebda M., Wachal A.: Trybologia. WN-T, Warszawa, 1980.
• 4. Karwala K., Kulikowski H., Tułecki A.: Technologiczne problemy trwałości zestawów kołowych pod kątem przystosowania pojazdów do zwiększonych prędkości, Rozprawa doktorska, Politechnika Krakowska, Kraków 1991.
• 5. Kądziołka T., Kowalski S.: Badania modelowe zużycia frettingowego w połączeniu koło-oś, Prace Instytutu Technicznego PWSZ, Nowy Sącz 2007.
• 6. Neyman A.: Fretting w elementach maszyn. Wydawnictwa Politechniki Gdańskiej. Gdańsk 2003.
• 7. Nowell D., Dini D., Hills D.A.: Recent developments in the understanding of fretting fatigue, Engineering Fracture Mechanics 73 (2006), s. 207-222.
• 8. Przybylski W.: Obróbka nagniataniem. Technologia i oprzyrządowanie, WN-T, Warszawa 1979.
• 9. Pytko S.: Pewne uwagi dotyczące badania korozji metali. Referaty IV Międzynarodowej Konferencji Centrum Badań i Dozoru Górnictwa Podziemnego 5-7 XI 2008 r.
• 10. Pytko S., Szczerek M.: Fretting - forma niszczenia elementów maszyn. Tribologia nr 6, 1994.
• 11. Zhu M.H., Z.R. Zhou, Kapsa Ph., Vincent L.: Radial fretting fatigue damage of surface coating, Wear 250 (2001), s. 650-657.