Failure Analysis of the Counter Shaft in the Pickup Truck
Article Sidebar
Main Article Content
Abstract
งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อหาสาเหตุความเสียหายของเพลารองในรถปิกอัพที่มีกำลังขับ 144 Hp. มีการใช้งานมา 8 ปี โดยวัสดุเพลาคือเหล็กกล้าผสมต่ำที่ผ่านการชุบแข็ง JIS-SCM 420 การวิเคราะห์ความเสียหายใช้เทคนิค 5 วิธีดังต่อไปนี้ 1) การตรวจสอบส่วนผสมทางเคมี 2) การทดสอบความแข็ง 3) การวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาคด้วยด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบแสง (OM) 4) การตรวจสอบลักษณะของรอยแตกด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) และ 5) การวิเคราะห์ความเค้นด้วยการจำลองเชิงตัวเลข ผลสรุปพื้นผิวการแตกหักของเพลานี้เกิดจากความล้า และความล้านั้นเป็นกลไกสำคัญของการแตกหักของเพลาเนื่องจากตรวจพบรอยชายหาด (Beach marks) ที่มองเห็นได้ชัด ขอบเขตเส้นแบ่งระหว่างระนาบความเสียหาย (Ratchet mark) และ เส้นริ้วรอยจากการล้า (Fatigue striations) ซึ่งผลลัพธ์เหล่านี้บ่งชี้ว่าโหมดการแตกหักที่ผิวของผิวนอกเพลานั้นเป็นการแตกหักแบบเปราะ บริเวณผิวของเพลามีโครงสร้างจุลภาคแบบเทมเปอร์มาร์เทนไซต์ และแกนกลางเพลามีโครงสร้างจุลภาคแบบเบนไนต์ช่วงบน ค่าความแข็งของเพลารองที่มีการวัดทั้ง 2 เส้น โดยเส้นที่ 1 วัดค่าความแข็งใกล้กับพื้นที่บริเวณรอยแตก เส้นที่ 2 วัดค่าความแข็งพื้นที่บริเวณเพลาที่ไม่มีการแตกหัก ค่าความแข็งสูงสุดที่ผิวของเพลาใกล้บริเวณรอยแตกมีค่าต่ำกว่าความแข็งบริเวณผิวเพลาที่ไม่มีรอยแตกถึง 160 HV ซึ่งมีความผิดปกติบริเวณใกล้รอยแตกนี้ การวิเคราะห์ความเค้นด้วยสมการของ Goodman และ การวิเคราะห์ด้วยวิธีการไฟไนต์เอลิเม็นต์โดยใช้ค่าของแรงบิดเท่ากับ 356 Nm ผลของการวิเคราะห์สรุปได้ว่าความเค้นสูงสุดที่ได้จากการคำนวณเท่ากับ 1283 MPa และ ผลจากการจำลองเชิงตัวเลขด้วยแรงบิดสูงสุดได้ค่า Maximum equivalent von Mises stress เท่ากับ 1302.5 MPa ผลลัพธ์มีความแตกต่างกันไม่เกิน 2% ทำให้มั่นใจในการใช้งานโปรแกรมว่ามีค่าไม่แตกต่างกันมากเกินไป นอกจากนี้ยังพบว่าความเค้นสูงสุดที่ได้จากการคำนวณมีค่ามากกว่า Yield strength 3.5 เท่า เมื่อความเค้นสูงสุดมีค่ามากกว่าค่า Yield strength ที่วัสดุจะรองรับได้ก็เป็นสาเหตุที่ทำให้เพลารองเกิดการแตกหักได้
Article Details
References
MISUMI. เพลาใช้ส่งกำลังในเครื่องจักร. เข้าถึงได้จาก: https://th.misumi-ec.com/th/pr/recommend_category/shaft201906/ [เข้าถึงเมื่อ วันที่ 26 กรกฎาคม 2566]
หน่วยที่ 3. เรื่อง กระปุกเกียร์ขับเคลื่อนล้อหลัง (Gearbox Rear wheel drive). เข้าถึงได้จาก: http://www.tatc.ac.th/files/09021213134814_16012510100131.pdf [เข้าถึงเมื่อ วันที่ 20 มกราคม 2566]
Santosh DD, Hariom, Chandrababu D, Sunil S, Vijoykumar. Failure analysis of a carbon steel roller shaft of continuous pad steam machine. Case Studies in Engineering Failure Analysis. 2017;(9): 118-128.
Li-Hui Z, Qing-Kun X, Jia-Yu W, Shen-Long L, Song-Lin Z. Failure and root cause analysis of vehicle drive shaft. Engineering Failure Analysis. 2019;(13): 225-234.
Carlos MSV, Manuel S, Luís R. Failure analysis of a coupled shaft from a shredder. Engineering Failure Analysis. 2019;(103): 1-13.
Sajjad S, Ahmad MP, Mojtaba K. A high-cycle fatigue failure analysis for the turbocharger shaft of BELAZ 75131 mining dump truck. Engineering Failure Analysis. 2020;(116): 104752.
Jiang C, Tao K, Wang J, Wang W. Fracture failure analysis of the pump shaft. 2nd International Conference on Applied Chemistry and Industrial Catalysis. 2020;(213): 1-6.
Rodrigo SM, Clarissa C, Noe C, and Adilto PAC. Fatigue Failure Analysis of a Speed Reduction Shaft. metals. 2021;(11): 1-20.
Chaudhary SK, Rajak AK, Ashish K. Failure analysis of rear axle shaft of a heavy vehicle. Materials Today: Proceedings. 2021;(38): 2235-2240.
Qin X, Liu J, Zhao X, Feng L, Pang R. Fracture failure analysis of transmission gear shaft in a bidirectional gear pump. Engineering Failure Analysis. 2020;(118): 104886.
Lixuan Z, Tao Y, Song X, Guangming L, Xuedong L. Fracture failure analysis of the teeth of conjunction gear made of 20MnCr5S steel. Engineering Failure Analysis. 2022;(134): 106006.
ASTM Handbook Volume 11. New York: ASM International; 2021.
Otai Special Steel. 4130 Alloy steel. เข้าถึงได้จาก : https://www.otaisteel.com/wp-content/uploads/2017/03/New-4130-Alloy-Steel-.pdf [เข้าถึงเมื่อ วันที่ 15 มิถุนายน2566]
William DC. Materials Science and Engineering an Introduction. New York: John Wiley & Sons; 2007.
Shigley JE. Mechanical Engineering Design, 9th ed., McGraw-Hill Book Company, 2008, pp. 733-775.
Boonmag V, Phukaoluan A, Wisesook O, Pluphrach G. “Comparison of Bending Stress and Contact Stress of Helical Gear Transmission Using Finite Element Method”. International Journal of Mechanical Engineering and Robotics Research. 2019;(8): 99-103.
Engel B, Sara SHA. “Failure Analysis and Fatigue Life Estimation of a Shaft of a Rotary Draw Bending Machine”. International Scholarly and Scientific Research & Innovation. 2017;(11): 1763-1768.
Goran V, Pastorcic D, Vizentin G. Failure analysis of a crane gear shaft. 25th International Conference on Fracture and Structural Integrity. 2019;(18): 406–412.