Juhthoova puksid ei allu sõiduki reaalses töös staatilistele koormustele, vaid pigem kõrgsageduslikele korduvatele dünaamiliste pingetsüklitele. See tsükliline koormus on kõige tavalisema puksi rikkerežiimi peamine põhjus: väsimustõrge. Väsimuse mikromehhanismi on korduvalt kinnitatud arvukates kummimehaanikat ja autotehnikat käsitlevates dokumentides. Põhimõtteliselt tekib see siis, kui materjalis esinevad lokaalsed pinged ületavad korduvalt kummipolümeeri ahelate pikenemise piiri, põhjustades lõpuks pöördumatu arengu mikroskoopilistest pragudest makroskoopilise rikkeni.
Kumm kui viskoelastne polümeer läbib venitamisel keti lahtiharutamise, orientatsiooni ja pikendamise. Kui lokaalne pinge ületab materjali lõpliku pikenemise – tavaliselt vahemikus 50–80% selle tõmbemurdepikenemisest, olenevalt koostisest –, kogevad polümeeriahelad pöördumatut libisemist, lõhenemist või lokaalset rebenemist. Need mikrokahjustused paistavad esialgu pisikeste tühimike või pragude tuumadena. Korduvate pinge-survetsüklite korral soodustab pinge kontsentratsioon pragude otsas veelgi pragude aeglast levimist, mis on risti peamise pingesuunaga. Iga tsükkel suurendab järk-järgult pragude pikkust; Kui mikropraod on kriitilisel määral kogunenud, ühinevad nad makroskoopiliselt nähtavateks pragudeks, mis lõpuks põhjustavad puksi rebenemist, sidemete lahtiühendamist või elastsuse funktsiooni täielikku kaotust. See protsess järgib klassikalisi väsimuspragude kasvuseadusi: pragude kasvukiirus korreleerub pinge intensiivsuse teguri vahemikuga võimsusseaduse suhte kaudu ja materjali lõplik pikenemine määrab otseselt pragude tekkimise läve. Väiksema või ebaühtlasema pikenemise tulemuseks on lühem väsimusiga.
Juhthoova pukside spetsiifilises rakenduses on väsimustõrge tugevas korrelatsioonis vedrustuse liikumise keeruka koormusspektriga. Pikisuunalised löögid (nt ristuvad kiirusepuudused), külgmised kurvides jõud, vertikaalne kokkusurumine (nt löökaugudesse) ja vääne (käevarre pöörlemine juhtimise ajal) põimuvad, moodustades mitmeteljelise väsimuse. Tavalised täiskummist puksid on sellistes tingimustes kõige altid "kolmeteljelise pinge kontsentratsioonile" keskosas: korduv surve-pinge põhjustab lokaalse sisemise pinge ületamist materjali piiri, tekitades sisemisi mikropragusid, mis levivad seejärel väljapoole, moodustades rõngakujulisi või radiaalseid pinnapragusid. Katsetamine näitab, et tüüpiliste teekoormusspektrite korral (vastab 100 000–300 000 töökilomeetrile) piirab optimeerimata kummipukside tööiga sageli see sisemine mikrokahjustuste kogunemine, mitte pinna kulumine.
Hüdraulilistel puksidel on nende vedelikuõõnsuse ja avaplaadi struktuuri tõttu ainulaadsed väsimustõrke režiimid. Kuigi need tagavad madala sagedusega kõrge summutuse ja kõrgsagedusliku madala dünaamilise jäikuse läbi vedeliku voolu, toovad need sisse ka uued füüsilised piirid. Düüsiplaat, mis on tavaliselt valmistatud metallist või insenerplastist, allutatakse aja jooksul kõrgsurvevedeliku impulssidele ja korduvale pigistamisele kummi deformatsiooni tõttu. See võib põhjustada plaadi lokaalset kulumist, moonutusi või isegi mikropragusid. Algstaadiumis nüristab kulumine ava servad, nõrgendab drosselefekti ja põhjustab amortisatsiooni halvenemist; rasketel juhtudel plaat murdub või nihkub, mille tagajärjeks on vedeliku leke. Puks kaotab koheselt hüdraulilise funktsionaalsuse ja naaseb standardse kummipuksi juurde, kusjuures väsimuse eluiga väheneb järsult. Tegelikud juhtumid näitavad, et paljud esmaklassiliste sõidukite hüdropuksid kuluvad ebatavaliselt pärast 80 000–120 000 km läbimist, mis on tingitud konstruktsioonidest, mis alahinnasid vedeliku maksimaalset impulsi rõhku ja kohalikku pingekontsentratsiooni kummi kokkusurumisel – mis ületab materjali väsimuspiiri.
Teine tüüpiline juhtum on tõmbepea (piirblokk) ebanormaalne kulumine. Juhthoova puksid integreerivad sageli kummist põrutuspiiraja, et piirata käe liigset õõtsumist ja pakkuda polsterdust liikumispiiridel. Täiskoormusega pidurdamisel või äärmuslikes maastikutingimustes talub põrutuspidur äärmiselt suurt survepinget. Korduvad löögid põhjustavad kergesti surveväsimust. Kummi ülim survepinge on tavaliselt palju väiksem kui selle tõmbepikenemine (molekulaarsed ahelad ei saa kokkusurumisel vabalt ümber paigutada nagu pinges). Kui lokaalne survepinge ületab 30–40%, moodustub sisemine kavitatsioon ja mikropraod, mis seejärel levivad tsüklilise koormuse all pinna lõhenemiseni või tükimurrudeni. Paljude mitme hoovaga tagavedrustuste puhul saab sellistes tingimustes esimeseks tõrkepunktiks põrutuspidur, mis põhjustab metalli kokkupõrget, müra ja muudes piirkondades kiirenenud väsimust.
Vastupidavuse füüsikalise piiri määravad põhimõtteliselt kolm tegurit: materjali lõplik pikenemine, väsimuspragude kasvulävi ja pingejaotuse ühtlus. Nendest piiridest kaugemale jõudmiseks kasutavad kaasaegsed disainilahendused tavaliselt järgmisi strateegiaid:
● Kasutage lõplike elementide analüüsi (FEA), et ennustada täpselt lokaalseid deformatsioonipiike mitmeteljeliste koormuste korral, tagades, et maksimaalne deformatsioon jääb alla 60% materjali lõplikust pikenemisest;
● Sisestage õõnsused, sälgud või asümmeetrilised geomeetriad, et ühtlustada pingeid ja vältida kolmeteljelist kontsentratsiooni;
● Kasutage suure venivuse ja madala hüstereesiga kummiühendeid (nt silaani sidestusainete või nano-täiteainetega, et parandada ahela ühtlust);
● Impulsi mõju vähendamiseks optimeerige hüdrauliliste pukside avade geomeetriat (nt suuremad fileed, kulumiskindlad katted);
● Äärmusliku survekoormuse jagamiseks kasutage konarustõkenditele progressiivset kõvadust või polüuretaankomposiite.
Eksperimentaalne valideerimine näitab, et need optimeerimised võivad pikendada pukside väsimise eluiga 1–3 korda, pikendades tavaliselt kasutusiga 100 000 km-lt üle 250 000 km-ni.
Lõppkokkuvõttes ei ole juhthoova pukside väsimustõrge juhuslik – see on vältimatu tagajärg, et materjalid jõuavad korduva dünaamilise pinge korral oma füüsilised piirid. Lõplik pikenemine kui kummi olemuslik omadus määrab mikrokahjustuste tekke läve, samas kui tegelikud koormusspektrid, konstruktsioonikujundus ja materjali koostis määravad ühiselt kindlaks, millal seda läve rikutakse. Selle arengu mõistmine – mikrost makroni – võimaldab inseneridel projekteerimisetapis määratleda realistlikud vastupidavuse piirid, võimaldades puksidel läheneda oma teoreetilisele elueale keerukates teekeskkondades, mitte enneaegselt laguneda. Tere tulemast tellima VDI juhthoova puks 7L0407182E!
