Reunakuormituksen vaikutus säteisliukulaakerien kitka- ja vauriokäyttäytymiseen

Abstract

Liukulaakereita käytetään paljon liikkuvien koneenosien laakerointiin. Liukulaakerin toiminta perustuu liikkeen ja liukupintojen muodon yhteisvaikutuksessa syntyvään hydrodynamiseen voitelukalvoon, jolla saavutetaan alhainen liikekitka ja estetään koneenosien kuluminen. Tämän työn tavoitteena on selvittää reunakuormituksen vaikutus säteisliukulaakerin kitka- ja vauriokäyttäytymiseen. Työn keskeisenä osana on suunnitella ja toteuttaa tarvittavat koelaitemuutokset laakerien reunakuormituksen vaikutuksien tutkimiseen. Säteisliukulaakerin reunakuormitustilanteiden kitka- ja vauriokäyttäytymisen tunteminen mahdollistaa koneiden suunnitteluvaiheessa laakerin kuormankantokyvyn arvioinnin poikkeuksellisissa kuormitustilanteissa. Työ alkaa esittelemällä hydrodynaamista voiteluteoriaa, teoriaan pohjautuvaa säteisliukulaakerien laskentaa ja laakerien vaurioteoriaa. Teoriaa seuraa säteisliukulaakerikoelaitteiston esittely ja koelaitemuutokset reunakuormituksen tuottamiseen kehitetyllä tunkkirakenteella. Koelaitemuutokset sisältävät myös hydrodynaamisen painejakautuman ja laakerikallistuman mittaamisen. Koelaitekuvauksen jälkeen esitetään koejärjestelyt ja mittaustulokset sekä tarkastellaan tuloksia kitkakäyttäytymisen ymmärtämiseksi laakerin eri kuormitustilanteissa. Mittaustulokset osoittavat kitkan kasvavan reunakuormituksella ja laakerit kallistuvat reunakuormituksen suuruuteen verrannollisena. Kitka ja kallistuma käyttäytyvät lineaarisemmin sisäänajautuneilla laakereilla reunakuormitukseen nähden. Hydrodynaamisen painejakautuman mittaustulokset ja laaditut hahmotelmat painejakautuman muodoista esitetään eri reunakuormitustilanteissa. Painejakautuman muotoon vaikuttaa merkittävimmin säteiskuormitus ja reunakuormitus. Reunakuormitus siirtää painejakautuman huippua kohti laakerireunaa. Voiteluhäiriökoeajoissa laakereita ajetaan kasvavin ajanjaksoin ilman voiteluainesyöttöä laakerivaurioon saakka. Säteisliukulaakerin kestokyky voiteluhäiriötilanteissa lyheni merkittävästi reunakuormituksella. Tämä korostaa luotettavan voiteluainesyötön merkitystä reunakuormitetuissa laakereissa. Työssä tutkittiin myös voiteluaineen määrän vaikutusta laakerikitkaan. Laakerien käyttölämpötila nousee kun kitkalämpöä ei kulkeudu rajoitetun öljyvirran mukana ja laakerikitka pienenee kuumemman voitelunesteen tehollisen viskositeetin pienentyessä.