Kitkaväsymiseen vaikuttavat keskeiset tekijät
Kankaanpää, Eero (2023)
Kankaanpää, Eero
2023
Teknisten tieteiden kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Engineering Sciences
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2023-06-30
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202306136732
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202306136732
Tiivistelmä
Kitkaväsyminen on ilmiö, jossa hyvin pieniamplitudisen hankausliikkeen seurauksena materiaalin väsymisikä vähenee. Tällöin kaksi kosketuksissa olevaa kappaletta hankaavat toisiaan tyypillisesti alle sadan mikrometrin liikkeellä, jonka lisäksi kappaleisiin kohdistuu ulkoinen dynaaminen rasitus. Kitkaväsyminen on tyypillistä eri koneenosien liitoskohdissa, joissa esiintyy ulkoisten rasitusten lisäksi esimerkiksi tärinää, joka johtaa osien hankaukseen. Säröjen ydintyminen on seurausta kitkaväsymisessä pintoihin muodostuvista pintapaine-, kitkavoima- ja leikkausjännityskeskittymistä.
Työ suoritettiin kirjallisuuskatsauksena tavoitteenaan selvittää kitkaväsymiseen vaikuttavat keskeiset tekijät sekä tarkastella näiden vaikutusta kitkaväsymiseen. Työn alussa esitellään kitkaväsymiseen liittyviä yleisiä mekanismeja. Tämän jälkeen työssä tarkastellaan koetuloksia sekä laskennallisia tutkimuksia, ja havainnoidaan määritettyjen tekijöiden vaikutusta kitkaväsymiseen.
Kappaleiden havaitaan olevan alttiimpia kitkaväsymiselle kappaleiden ollessa niin sanotussa osittaisluistossa. Tällöin kontaktit ovat kiinnittyneet toisiinsa suuremman kitkavoiman alueella ja luistavat toistensa suhteen pienempien kitkavoimien alueilla. Osittaisluiston tapahtumiseen vaikuttaa kontaktien suhteellinen liike eli luistoamplitudi, kappaleita toisiinsa puristava pintapaine sekä kappaleiden välinen kitkakerroin. Luistoamplitudilla todetaan olevan kriittinen arvo, jolla kontaktit ovat osittaisluistossa ja kitkaväsyminen on merkittävintä. Suuremmilla luistoamplitudeilla tapahtuu enemmän kulumista, ja säröjen ydintyminen vähenee. Pienemmillä luistoilla pintoihin ei muodostu suuria jännityskeskittymiä, joten säröt ydintyvät hitaammin. Pintapaine vaikuttaa kappaleiden liikettä vastustavaan kitkavoimaan. Pintapaineen kasvattaminen johtaa suuri magnitudisiin jännityskeskittymiin. Tällöin kuitenkin kontaktien luistamiseen vaaditaan suurempi tangentiaalinen voima, ja kontaktien välillä on enemmän pitoa. Myös kitkakerroin vaikuttaa kontaktien väliseen kitkavoimaan sekä luiston tapahtumiseen. Suuremmilla kitkakertoimen arvoilla luistoamplitudi vähenee, mutta kitkavoima kasvaa. Osittaisluisto saavutetaan näiden kolmen muuttujan avulla, jotka toisaalta vaikuttavat myös toisiinsa.
Työ suoritettiin kirjallisuuskatsauksena tavoitteenaan selvittää kitkaväsymiseen vaikuttavat keskeiset tekijät sekä tarkastella näiden vaikutusta kitkaväsymiseen. Työn alussa esitellään kitkaväsymiseen liittyviä yleisiä mekanismeja. Tämän jälkeen työssä tarkastellaan koetuloksia sekä laskennallisia tutkimuksia, ja havainnoidaan määritettyjen tekijöiden vaikutusta kitkaväsymiseen.
Kappaleiden havaitaan olevan alttiimpia kitkaväsymiselle kappaleiden ollessa niin sanotussa osittaisluistossa. Tällöin kontaktit ovat kiinnittyneet toisiinsa suuremman kitkavoiman alueella ja luistavat toistensa suhteen pienempien kitkavoimien alueilla. Osittaisluiston tapahtumiseen vaikuttaa kontaktien suhteellinen liike eli luistoamplitudi, kappaleita toisiinsa puristava pintapaine sekä kappaleiden välinen kitkakerroin. Luistoamplitudilla todetaan olevan kriittinen arvo, jolla kontaktit ovat osittaisluistossa ja kitkaväsyminen on merkittävintä. Suuremmilla luistoamplitudeilla tapahtuu enemmän kulumista, ja säröjen ydintyminen vähenee. Pienemmillä luistoilla pintoihin ei muodostu suuria jännityskeskittymiä, joten säröt ydintyvät hitaammin. Pintapaine vaikuttaa kappaleiden liikettä vastustavaan kitkavoimaan. Pintapaineen kasvattaminen johtaa suuri magnitudisiin jännityskeskittymiin. Tällöin kuitenkin kontaktien luistamiseen vaaditaan suurempi tangentiaalinen voima, ja kontaktien välillä on enemmän pitoa. Myös kitkakerroin vaikuttaa kontaktien väliseen kitkavoimaan sekä luiston tapahtumiseen. Suuremmilla kitkakertoimen arvoilla luistoamplitudi vähenee, mutta kitkavoima kasvaa. Osittaisluisto saavutetaan näiden kolmen muuttujan avulla, jotka toisaalta vaikuttavat myös toisiinsa.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [8798]