เหตุใดเพลาจึงวิบัติแบบฉับพลัน
การวิบัติของเพลา (Shaft Failure) ไม่เคยเกิดขึ้นแบบฉับพลัน จริงแล้วจะค่อยๆพัฒนา พื้นผิวรอยแตกหัก (Fracture Surface) สามารถบอกเล่าเรื่องราวได้เหมือนวิศวกรนิติเวช โดยการแตกหักครั้งสุดท้ายเป็นเพียง 0.01% เท่านั้นสุดท้ายของกระบวนการวิบัติที่ใช้เวลาสะสมนับพันชั่วโมงจากการขยายตัวของรอยร้าว
การขยายตัวของรอยร้าว จากจุดร้าวครั้งแรก
ตัวอย่างของเพลาที่ขาด
ลักษณะพื้นผิวรอยแตกหักทั้ง 3 แบบ
- แรงบิดเกินพิกัด (Torsional Overload) พื้นผิวรอยแตกแบบเกลียว 45° ผิวขรุขระ ไม่มีรอยวงแหวน (Beach Marks) เกิดจากแรงบิดกระชากเพียงครั้งเดียว
- ความล้าจากการดัด (Bending Fatigue) มีรอยวงแหวนซ้อนกัน (Concentric Arcs) จุดเริ่มต้นรอยแตกอยู่ที่ผิว และมีบริเวณแตกหักครั้งสุดท้ายขนาดเล็ก
- แรงดัดผสมแรงบิด (Combined Bending + Torsion) มีลักษณะรอยแตกแบบเฉือน 45° ร่วมกับโซนแบนราบ (Flat Fatigue Zone) และมีจุดเริ่มต้นความเสียหายหลายจุด
Torsional Overload
ลักษณะเด่นคือรอยแตกแบบเกลียว 45° ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของการวิบัติแบบเฉือนจากแรงบิด มักเกิดขึ้นที่มุมร่องลิ่ม (Keyway Corner ซึ่งมีค่า Kt = 2.0-2.5) หรือจุดที่มีการเปลี่ยนขนาดอย่างฉับพลัน สาเหตุมาจากการกระชากหรือแรงบิดสลับทิศทางอย่างฉับพลัน
วิธีป้องกัน ใช้ตัวจำกัดแรงบิด (Torque Limiter) เพิ่มขนาดเพลา และปรับปรุงรูปทรงทางเรขาคณิตให้เหมาะสมยิ่งขึ้น
Bending Fatigue
เกิดจากการดัดแบบเป็นวงรอบที่ไม่ได้ถูกนำมาพิจารณาในขั้นตอนออกแบบ พื้นผิวการแตกหักมีลักษณะแบนราบพร้อมรอยวงแหวน (Beach Marks) จุดเริ่มต้นมักอยู่ที่ผิวบริเวณมุมโค้ง (Fillet) ร่องลิ่ม หรือจุดกดอัด ตัวอย่างเช่นเพลาที่ทนรับความเค้นได้ 80% ของค่าที่ยอมรับได้แต่ผ่านไป 10 ล้านรอบก็ยังคงวิบัติ
วิธีป้องกัน ปรับปรุงสูตรการรับโหลด ปรับผิวสำเร็จให้เรียบขึ้น และเพิ่มรัศมีมุมโค้งให้กว้างขึ้นCorrosion Fatigue
มีขีดจำกัดความล้าต่ำกว่าปกติ เนื่องจากการกัดกร่อนทำลายชั้นออกไซด์ป้องกันผิวโลหะในทุกรอบการรับแรง ทำให้ขีดจำกัดความล้าลดลง 50-60% สัญญาณเตือนคือมีรอยแตกเริ่มต้นจากบริเวณสีน้ำตาลแดง (Reddish-brown) ที่มีรอยกัดกร่อนแบบหลุม (Pitting)
วิธีป้องกัน ใช้สารเคลือบป้องกัน สแตนเลส หรือวัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อน
Fretting Fatigue
เกิดที่บริเวณจุดสวมอัด (Press-fit) หรือใต้เรือนลูกปืน การเคลื่อนที่เล็กน้อยแบบ Micro-slip ที่จุดสวมอัดก่อให้เกิดเศษผงจากการเสียดสี (สีน้ำตาลแดงจากออกไซด์เหล็ก) รอยแตกความล้าเริ่มต้นที่ขอบของจุดสวมอัด ซึ่งเป็นจุดที่มีความเข้มข้นของความเค้นสูงที่สุด วิธีป้องกัน ปรับปรุงความพอดีของการสวมอัด ใช้สารหล่อลื่นป้องกันการเสียดสี (Fretting Paste) หรือออกแบบข้อต่อให้รองรับโหลดจากการเสียดสีได้ดีขึ้น
กระบวนการวิเคราะห์เพื่อหาสาเหตุการขาดของเพลา
