3.12 파손

Breakage

 

이것은 이빨의 부분, 전체 또는 때로 기어 경사가 없는 몇 개의 이빨에서의 손상 형태로서 재료의 성능을 크게 초과한 하중응력이나 또는 재료의 내구성을 초과한 반복응력으로 야기된다.

파손 손상을 다음과 같이 분류하는 것이 편리하다.

① 굽힘 피로파손(Bending Fatigue Breakage)

② 과하중 파손(Overload Breakage)

③ 불규칙 피로파손(Random Fatigue Breaks)

 

파손 손상을 평가할 때 이빨의 최대 단면에서 이론상 굽힘응력 강도와 굽힘응력 크기가 발생하는 운전 사이클의 수를 알면 도움이 된다.

이빨의 최대 단면에서의 전형적인 굽힘응력 방정식은

각 변수에 대한 정의는 부록(기계 부품 및 장비의 수명)에 있다.

계산치와 허용치를 비교하여 다음을 규정한다.

위 식은 피로수명과 온도의 영향을 포함하며, 안전율을 허용한다. 항은 사이클로 운전이 가능한 재료의 피로응력이다.

많은 경우, 특히 서로 다른 하중강도로 상당한 사이클 수를 축적하는 기어에서 피로 사이클에 대한 허용응력과 피로 사이클에 대한 개별 하중응력을 나타내는 그림은 운전 하중점의 임계치를 규정하는데 용이하다 (그림 3-134).

과도 하중 손상의 경우 값에 대한 항복응력을 사용하는 일반적인 경우를 제외하고 통상 동일한 방정식을 적용한다.

 

그림 3-134 계산된 굽힘 피로응력에 대한 허용응력.

 

그림 3-135 피로손상. 이빨파손은 표면하의 피로 손상을 나타내는 "Eye"와 "Beach Mark"를 보여준다.

 

3.12.1 굽힘 疲勞 破損 (Bending Fatigue Breakage)

이 손상모드는 "Eye", 비치마크, 과하중 파손부위가 나타나는 것이 특징이다 (그림 3-135). "Eye"는 손상이 시작된 영역이다. 비치마크는 피로에 의해 단계별로 손상이 진전되는 영역을 포함한다. 이 영역은 프레팅 부식을 나타내기도 한다. 피로손상이 이빨 전체에 걸쳐 크게 진전된후 잔여 금속은 파괴된다. 손상은 수많은 사이클의 반복 하중이 가해진 결과이다.

손상은 통상 최대굽힘응력점이나, 만약 치차에 결함이 있다면 응력 증가요소 근처(그림 3-136)에서 시작되고 이빨은 부분 또는 전체적으로 파손된다 (그림 3-137).

이같은 손상은 국부 응력이 재료의 성능을 초과하기 때문에 발생한다. 몇몇 기어에서 제작 기술 결함으로 응력 증가 인자가 존재하는데, 가장 일반적인 것은 루트 필렛에서의 노치 커터 균열, 불순물개재, 열처리와 그라인딩 균열, 잔류응력이다. 이러한 모든 것은 균열이 발단하는 곳에서 초점(Focal Point)을 유발할 수 있다.

그림 3-136 빔(Beam) 굽힘 피로. 루트 필렛에서 응력에 의한 피로균열을 보이는

AISI 9310 표면침탄과 그라인딩한 항공기 파워 스퍼기어

 

그림 3-137 빔 피로손상. 표면에서 시작된 피로 손상을 나타내는

특징인 "Eye"와 "비치 마크"가 나타난 이빨 파손.

 

3.12.2 過荷重 破損 (Overload Breakage)

이러한 형태의 손상에서는 찢겨 떨어져나간 상태를 보여주는 섬유질의 파손이 특징이다 (그림 3-138). 이것은 갑작스런 과도하중이 예상한 설계 하중을 초과한 결과이다.

그림 3-138 과하중으로 인한 파손. 표면침탄되고 그라인딩한 AISI 9310의 평기어의
파손 형태는 취성 섬유상이고, 피로손상과 관련된 어떠한 비치 마크도 없다.
충격 하중으로 이빨하나가 손상되었고, 그 힘은 계속적으로 이빨 전체로
전이되었다. 결과적으로 회전하는 피니언의 몇몇 이빨이 떨어져 나갔다.

 

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