Ermüdungsprüfmaschinen spielen eine entscheidende Rolle bei der Bewertung der Haltbarkeit und Zuverlässigkeit von Materialien und Komponenten unter zyklischer Belastung. Unter den verschiedenen Arten von Ermüdungsprüfmaschinen sind Rotations-Biege-Ermüdungsprüfmaschinen und Direktspannungs-Ermüdungsprüfmaschinen zwei am häufigsten verwendete. Als Lieferant von Ermüdungsprüfmaschinen ist es wichtig, die Unterschiede zwischen diesen beiden Maschinentypen zu verstehen, um unseren Kunden die am besten geeigneten Prüflösungen anbieten zu können.
1. Grundlegende Arbeitsprinzipien
Rotations-Biegeermüdungsprüfmaschine
Die Rotations-Biegeschwingprüfmaschine arbeitet nach dem Prinzip, einen Prüfling einem rotierenden Biegemoment auszusetzen. Bei der Probe handelt es sich typischerweise um einen zylindrischen Stab, der an beiden Enden eingespannt ist. Ein Ende ist fest, während das andere Ende gedreht ist. Während sich die Probe dreht, wird eine konstante Biegekraft ausgeübt, wodurch die äußere Oberfläche der Probe wechselnden Zug- und Druckspannungen ausgesetzt ist. Die Größe der Spannung variiert entlang des Probenquerschnitts, wobei die maximale Spannung an der Außenfläche auftritt. Diese Art von Tests ist besonders nützlich, um die realen Bedingungen von Komponenten wie Wellen, Achsen und anderen rotierenden Teilen zu simulieren.
Beispielsweise sind in der Automobilindustrie Motorkurbelwellen während des Betriebs ständigen Rotations- und Biegekräften ausgesetzt. Durch den Einsatz einer Rotations-Biege-Ermüdungsprüfmaschine können Hersteller die Ermüdungslebensdauer dieser Komponenten genau beurteilen und ihre Zuverlässigkeit im Langzeiteinsatz sicherstellen.
Direkt – Spannungsermüdungsprüfmaschine
Im Gegensatz dazu übt eine Maschine zur Ermüdungsprüfung unter direkter Belastung eine direkte axiale Belastung auf den Prüfling aus. Die Belastung kann entweder Zug- oder Druckbelastung sein oder zwischen beiden wechseln. Bei der Probe handelt es sich in der Regel um einen Flach- oder Rundstab, der in den Spannvorrichtungen der Prüfmaschine gehalten wird. Anschließend belastet die Maschine die Probe zyklisch, wodurch sie wiederholten Belastungszyklen ausgesetzt wird. Diese Art der Prüfung eignet sich zur Bewertung der Ermüdungseigenschaften von Materialien und Komponenten, die hauptsächlich axialen Belastungen ausgesetzt sind, wie z. B. Schrauben, Federn und Strukturelemente.
Beispielsweise werden in der Luft- und Raumfahrtindustrie Schrauben verwendet, um verschiedene Komponenten miteinander zu verbinden. Diese Bolzen sind während des Fluges direkten axialen Belastungen ausgesetzt. Um die Dauerfestigkeit dieser Schrauben zu bestimmen und die Sicherheit des Flugzeugs zu gewährleisten, kann eine Maschine zur direkten Ermüdungsprüfung eingesetzt werden.
2. Stressverteilung
Rotations-Biegeermüdungsprüfmaschine
Bei einem Rotations-Biege-Ermüdungstest ist die Spannungsverteilung über den Querschnitt der Probe ungleichmäßig. Die maximale Spannung tritt an der Außenfläche der Probe auf, während die Spannung in der Mitte der Probe Null ist. Dies liegt daran, dass das Biegemoment dazu führt, dass die äußeren Fasern der Probe stärker gedehnt oder gestaucht werden als die inneren Fasern. Dadurch ist es wahrscheinlicher, dass Risse an der Außenfläche der Probe beginnen und sich zur Mitte hin ausbreiten.
Die Spannungsverteilung in einem Rotations-Biege-Ermüdungsversuch kann durch die folgende Gleichung beschrieben werden:
[ \sigma=\frac{Mein}{I} ]
Dabei ist (\sigma) die Biegespannung, (M) das Biegemoment, (y) der Abstand von der neutralen Achse und (I) das Trägheitsmoment des Querschnitts.
Direkt – Spannungsermüdungsprüfmaschine
Bei einem Ermüdungsversuch unter direkter Belastung ist die Spannungsverteilung über den Querschnitt der Probe gleichmäßig. Der gesamte Querschnitt der Probe erfährt die gleiche Belastung, unabhängig davon, ob es sich um Zug- oder Druckspannung handelt. Dies bedeutet, dass Risse überall im Querschnitt der Probe entstehen können, abhängig von der Mikrostruktur des Materials und dem Vorhandensein etwaiger Defekte. Die Spannung in einem direkten Belastungsermüdungstest ergibt sich einfach aus:
[ \sigma=\frac{F}{A} ]
Dabei ist (\sigma) die Spannung, (F) die ausgeübte Kraft und (A) die Querschnittsfläche der Probe.
3. Probenanforderungen
Rotations-Biegeermüdungsprüfmaschine
Die bei Rotations-Biege-Ermüdungstests verwendeten Proben sind typischerweise zylindrische Stäbe mit einer glatten Oberflächenbeschaffenheit. Der Durchmesser der Probe ist ein wichtiger Parameter, da er die Spannungsverteilung und die Ermüdungslebensdauer der Probe beeinflusst. Proben mit kleinerem Durchmesser versagen aufgrund der höheren Spannungskonzentration an der Außenfläche eher. Auch die Länge der Probe muss sorgfältig gewählt werden, um sicherzustellen, dass sie richtig eingespannt und gedreht werden kann, ohne dass es zu zusätzlicher Biegung oder Torsion kommt.
Direkt – Spannungsermüdungsprüfmaschine
Direkte Spannungsermüdungsprüfungen können ein breiteres Spektrum an Probengeometrien abdecken, darunter Flachstäbe, Rundstäbe und sogar komplex geformte Komponenten. Die wichtigste Anforderung an die Probe besteht darin, dass sie der aufgebrachten axialen Belastung standhalten kann, ohne zu knicken oder sich übermäßig zu verformen. Auch die Oberflächenbeschaffenheit der Probe ist wichtig, da Oberflächenfehler als Spannungserhöher wirken und die Ermüdungslebensdauer der Probe verkürzen können.
4. Testen von Anwendungen
Rotations-Biegeermüdungsprüfmaschine
Rotations-Biege-Ermüdungsprüfmaschinen werden häufig in Branchen eingesetzt, in denen Bauteile rotierenden Biegebelastungen ausgesetzt sind. Zu den häufigsten Anwendungen gehören:
- Automobilindustrie: Prüfung von Motorkurbelwellen, Nockenwellen und Antriebswellen.
- Luft- und Raumfahrtindustrie: Bewertung von Flugzeugpropellerwellen und Turbinenschaufeln.
- Maschinenbau: Bewertung der Ermüdungslebensdauer von Werkzeugmaschinenspindeln und Getriebewellen.
Direkt – Spannungsermüdungsprüfmaschine
Direkt-Ermüdungsprüfmaschinen eignen sich für Branchen, in denen Bauteile hauptsächlich axialen Belastungen ausgesetzt sind. Einige der typischen Anwendungen sind:
- Befestigungsindustrie: Prüfung von Bolzen, Muttern und Schrauben zur Bestimmung ihrer Dauerfestigkeit.
- Frühlingsindustrie: Bewertung der Ermüdungslebensdauer von Federn, wie sie beispielsweise in Automobilaufhängungen und Industriemaschinen verwendet werden. Sie können sich unsere ansehen10KN FederermüdungsprüfmaschineUndFederspannungs- und Druckermüdungsprüfmaschinefür spezielle Federprüfanforderungen.
- Bauindustrie: Bewertung der Ermüdungseigenschaften von Baustahlbauteilen wie Trägern und Stützen.
5. Testparameter und Kontrolle
Rotations-Biegeermüdungsprüfmaschine
Zu den wichtigsten Prüfparametern bei einem Rotations-Biegeschwingversuch zählen die Drehzahl, das Biegemoment und die Zyklenzahl. Die Rotationsgeschwindigkeit bestimmt die Häufigkeit der Spannungszyklen, während das Biegemoment die Größe der Spannung steuert. Diese Parameter müssen sorgfältig kontrolliert werden, um genaue und reproduzierbare Testergebnisse sicherzustellen. Die meisten modernen Rotations-Biege-Ermüdungsprüfmaschinen sind mit fortschrittlichen Steuerungssystemen ausgestattet, die diese Parameter präzise regeln können.
Direkt – Spannungsermüdungsprüfmaschine
Bei einem Ermüdungsversuch unter direkter Belastung sind die wichtigsten Prüfparameter die axiale Lastamplitude, die Lastfrequenz und die Anzahl der Zyklen. Die axiale Lastamplitude bestimmt die Größe der Spannung, während die Lastfrequenz die Geschwindigkeit des Ermüdungsrisswachstums beeinflusst. Ähnlich wie Rotations-Biege-Ermüdungsprüfmaschinen verfügen auch Direkt-Ermüdungsprüfmaschinen über hochentwickelte Steuerungssysteme, um die gewünschten Prüfparameter aufrechtzuerhalten.
6. Kosten und Wartung
Rotations-Biegeermüdungsprüfmaschine
Rotations-Biege-Ermüdungsprüfmaschinen sind im Allgemeinen in Design und Konstruktion komplexer als Maschinen zur direkten Belastungsermüdungsprüfung. Dies ist auf die Notwendigkeit eines Drehmechanismus und eines präzisen Systems zur Anwendung des Biegemoments zurückzuführen. Daher sind sie tendenziell teurer in der Anschaffung. Im Hinblick auf die Wartung müssen die rotierenden Teile der Maschine regelmäßig geschmiert und überprüft werden, um einen reibungslosen Betrieb zu gewährleisten und vorzeitigem Verschleiß vorzubeugen.
Direkt – Spannungsermüdungsprüfmaschine
Maschinen für die direkte Belastungsermüdungsprüfung sind relativ einfacher aufgebaut und daher kostengünstiger in der Anschaffung. Auch ihr Wartungsaufwand ist im Allgemeinen geringer, da im Vergleich zu Rotations-Biegeschwingprüfmaschinen weniger bewegliche Teile vorhanden sind. Allerdings müssen die zum Halten der Proben verwendeten Spannzeuge regelmäßig überprüft und gewartet werden, um eine ordnungsgemäße Ausrichtung und Lastaufbringung sicherzustellen.
Abschluss
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Rotations-Biege-Ermüdungsprüfmaschinen und Direkt-Ermüdungsprüfmaschinen deutliche Unterschiede in ihren Arbeitsprinzipien, Spannungsverteilungen, Probenanforderungen, Prüfanwendungen, Prüfparametern und Kosten- und Wartungsaspekten aufweisen. Als Lieferant von Ermüdungsprüfmaschinen verstehen wir die besonderen Bedürfnisse unserer Kunden und können ihnen basierend auf ihren spezifischen Anforderungen die am besten geeignete Prüflösung anbieten. Unabhängig davon, ob Sie rotierende oder axial belastete Komponenten prüfen müssen, verfügen wir über das Fachwissen und die Maschinenpalette, um Ihren Anforderungen gerecht zu werden.
Wenn Sie am Kauf einer Ermüdungsprüfmaschine interessiert sind oder Fragen zu unseren Produkten haben, können Sie sich gerne für weitere Gespräche und Beschaffungsverhandlungen an uns wenden. Wir sind bestrebt, Ihnen qualitativ hochwertige Produkte und exzellenten Service zu bieten.
Referenzen
- ASTM International. Normen im Zusammenhang mit Ermüdungstests.
- Gesellschaft der Automobilingenieure (SAE). Fachbeiträge zur Ermüdungsprüfung von Automobilkomponenten.
- ASME (American Society of Mechanical Engineers). Codes und Normen für mechanische Prüfungen, einschließlich Ermüdungsprüfungen.