Pino Esférico Análise de Fratura

Dados do Equipamento:

Equipamento: Sistema de Direção de um automóvel

Componente: Junta esférica

Esforços:

 Local da falha (foto): A falha ocorreu na parte central que é feita de aço 40Cr com diâmetro de 18 mm

Falar o que é, a sua função na direção, e o esforços que são causados

Histórico (o ocorrido):

Procedimentos para a análise da falha:

ABSTRACT

Um pino de bola de equilíbrio (junta esférica) usado no sistema de direção do carro foi encontrado quebrado em duas partes. Uma avaliação da peça com falha foi investigada para determinar a causa da falha e avaliar sua integridade. Os testes de propriedades mecânicas do material são conduzidos primeiro. Foram realizados exames macroscópicos, exame de microscopia eletrônica de varredura (MEV), exame metalográfico, medição de dureza e análise de composição química. Os resultados indicaram que a fratura por fadiga é o principal modo de fratura, e o tratamento de têmpera irregular levou à espessura não homogênea do caso endurecido por têmpera (da camada endurecida por tempera). Como resultado, na carga de flutuações, microfissuras ao longo da direção circunferencial emergiram na subsuperfície da caixa endurecida por têmpera (da camada endurecida por tempera). Além disso, devido à má montagem, a barra estabilizadora não girou suavemente na superfície de trabalho e a superfície de encaixe se desgastou, onde produziu a grande resistência, que é o principal torque ao pino esférico.

Introdução

Com a aplicação mais ampla do sistema de direção em carros, sua confiabilidade e estabilidade fazem a diferença na segurança de direção. As unidades de equilíbrio da direção, incluindo a junta esférica, barra estabilizadora transversal e barra de ligação e assim por diante, desempenham um papel fundamental no processo de condução. A junta esférica, muito utilizado no sistema de direção, é o conector mais importante entre a barra estabilizadora transversal que constitui o tirante de ligação [1]. A junta esférica transmite força da barra estabilizadora transversal para a haste de ligação. No processamento do trabalho, o pino da bola de equilíbrio vai para cima e para baixo ou gira, e seu ângulo tem um balanço maior. Portanto, o pino da esfera de equilíbrio está sujeito a grande tensão de cisalhamento e fácil de danificar.

A falha neste componente ocorre principalmente devido a erros de fabricação e mau uso no trabalho. Os tipos gerais de falha do sistema de direção do carro incluem falha por fadiga, fratura por impacto, desgaste e ruptura por tensão [2]. Além disso, existem vários outros fatores que influenciam a falha, incluindo montagem inadequada, defeitos de material, tecnologia de processamento, tratamento térmico inadequado e defeitos de subsuperfície em áreas críticas. A fadiga é uma das falhas mais comuns em componentes automotivos [3]. Devido à fricção e ao desgaste, um grande torque é gerado no processo de trabalho. Se a fricção e o desgaste da junta forem graves, é necessário substituí-la. A junta esférica com falha impede o sistema de direção de funcionar corretamente e causa problemas críticos na segurança de direção [4].

Seung K. Koh [5] investigou uma análise de falha por fadiga de um link automotivo. A análise indicou que a barra de ligação da direção ocorreu falha por fadiga de baixo ciclo na região intermediária e a trinca de fratura é iniciada na região altamente tensionada. A fratura ocorre após um procedimento de fadiga sob uma combinação de tensões de flexão e torção. Wassim Maktouf et al. [6] apresentou uma análise de fratura de barra estabilizadora automotiva. Eles descobriram que a fratura da barra estabilizadora de forma dúctil, causava uma flexão e tensão de torção combinadas. A análise e as investigações acima fornecem as prováveis ​​causas raiz da falha de diferentes partes do sistema de direção. Isso fornecerá orientação para o estudo deste artigo.

A junta esférica rachada é mostrado na Fig. 1. A relação de montagem global da barra estabilizadora transversal, a haste de ligação e o pino da esfera de equilíbrio é mostrado na Fig. 2 (a) e (b). Um pino esférico consiste em uma peça roscada e uma peça de encaixe. O pino da esfera de equilíbrio está sujeito principalmente a flutuações de carga. A falha ocorreu na parte central que é feita de aço 40Cr com diâmetro de 18 mm. E este material é um material maduro, amplamente utilizado em conectores automotivos. Após a têmpera na superfície do pino esférico, a superfície apresenta maior dureza [7].

Este artigo apresenta um caso de análise de falha em uma junta esférica no sistema de direção de um carro. Com base nos fatores que influenciam a falha de uma junta esférica, algumas sugestões para a prevenção desse tipo de falha são propostas para a posterior produção desse tipo de junta esférica.

Equipamentos e procedimentos

• A composição química da junta esférica foi determinada por análise química do Espectrômetro Dispersivo de Energia (EDS).
• As propriedades mecânicas foram conduzidas.
• Perfis de microdureza da superfície ao interior em várias regiões foram feitos.
• A superfície da fratura foi observada por exame visual e pelo microscopio eletrônico de varredura (MEV).
• A microestrutura foi observada por metalografia óptica.

Resultados

Realizada a análise da composição química da junta esférica por meio do Espectrômetro Dispersivo de Energia (EDS), os resultados são mostrados abaixo:

- Inspeção visual

O pino da esfera de equilíbrio com defeito é mostrado na Fig. 3. Vários riscos paralelos existentes na superfície externa indicavam que o pino da esfera de equilíbrio estava gasto. O caráter da superfície de fratura é mostrado na Fig. 4, que está coberto de corrosão. Três zonas de recursos diferentes da superfície de fratura são designadas como zona inicial, zona de expansão e zona de fratura final, respectivamente. A zona estendida mostra as finas estrias de fadiga, que é uma característica típica de falha por fadiga. A zona de fratura final que está perto da borda da fratura aparecem os lábios de cisalhamento (típica em fratura dúctil).