Kitkaväsymisen lieventäminen ahdistusliitoksissa

Abstract

Ahdistusliitos on yleinen liitostyyppi koneissa, ja sitä käytetään mm. vaihteistoissa ja junien akseleissa. Akseli-napa-ahdistusliitoksessa akseli, jonka halkaisija on navan halkaisijaa suurempi, on liitetty napaan osia lämpökäsittelemällä tai puristamalla. Akseli-napa-ahdistusliitokset ovat alttiita kitkaväsymiselle. Kitkaväsymisessä toisissaan kiinniolevat komponentit pääsevät luistamaan toisiinsa nähden edestakaisin dynaamisen rasituksen alaisena. Kitkaväsyminen on tyypillinen ahdistusliitoksen vauriomekanismi, kun liitoksessa esiintyy osittaisluistoa. Osittaisluistossa osassa liitoksessa ei tapahdu luistoa, mutta osassa tapahtuu. Kitkaväsyminen voi heikentää ahdistusliitoksen elinikää. Tämän kandidaatintyön tavoite oli kuvata, miten kitkaväsymisen haitallisia vaikutuksia voi lieventää akseli-napa-ahdistusliitoksissa. Työssä kuvailtiin kitkaväsymisen toimintaa ahdistusliitoksessa ja esitettiin liitoksen geometrian vaikutuksia liitoksen väsymislujuuteen. Tutkimus laadittiin kirjallisuusselvityksenä, missä lähteinä hyödynnettiin tieteellisiä tutkimuksia ja kirjoja.

Työssä todettiin, että hyvin pienillä luistoamplitudin arvoilla kitkaväsyminen ei johda murtumiseen. Liitoksen geometrian todettiin vaikuttavan liitoksen jännitysjakaumiin ja liitoksen väsymislujuuteen. Ahdistuksen suuruudella, akselin uralla ja navan geometrialla sekä akselin tyvipyöristyksellä on merkittävä vaikutus ahdistusliitoksen jännitysjakaumiin ja liitoksen väsymislujuuteen. Ahdistuksen suuruudella ja navan geometrialla voidaan liitokseen saada aikaan tasaisempi jännitysjakauma sekä pienentää jännityskeskittymien maksimijännityksiä. Ahdistuksen suuruudella, akselin uralla ja navan geometrialla sekä akselin tyvipyöristyksellä voidaan kitkaväsymislujuutta kasvattaa huomattavasti, tietyissä tapauksissa jopa yli 50 %.