Oppilaslaboratoriossa käytettävien tribologisten koelaitteiden kehittäminen
Baumgartner, Aki Erik (2016)
Baumgartner, Aki Erik
2016
Konetekniikan koulutusohjelma
Teknisten tieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2016-03-09
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201602243557
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201602243557
Tiivistelmä
Kitka ja kuluminen ovat koneensuunnittelussa sekä yleensä metalliteollisuudessa merkittävän huomion kohteena. Näiden ilmiöiden tunteminen ja tunnistaminen ovat tärkeässä asemassa tuotteiden suunnittelussa ja kehittämisessä. Tämän diplomityön päätavoitteena oli suunnitella opetuskäyttöön hydrodynaaminen liukulaakerikoelaite sekä tappi–kiekko-koelaite oppilaslaboratoriossa käytettäväksi. Lisäksi tavoitteena oli rakentaa tappi–kiekko-koelaite ja tehdä sillä alustavat mittaukset. Koelaitteiden tarkoitus on demonstroida tribologisia ilmiöitä, ei niinkään tuottaa absoluuttisesti tarkkoja mittausarvoja. Molemmista suunniteltavista koelaitteista oli edeltävät versiot laboratoriossa, joskin ne olivat tulleet jo elinkaarensa päähän. Lähtökohtana koelaitteiden suunnittelussa oli tuoda laitteet nykyaikaan ja tehdä niistä kompaktimmat versiot.
Työn teoriaosuudessa selvitetään materiaalien kulumismekanismeja, koneenosiin liittyviä voitelumekanismeja sekä näiden vaikutuksia tribologisten ilmiöiden hallinnassa. Lisäksi kerrotaan työhön liittyvien koelaitetyyppien yleisistä toimintaperiaatteista ja esitellään lyhyesti koelaitteiden suunnitteluprosessin pohjana käytettyjä Pahl & Beitzin systemaattista suunnitteluprosessia sekä Ulrich & Eppingerin tuotekehitysmetodiikkaa. Työn soveltavassa osuudessa selostetaan koelaitteiden suunnittelun keskeiset vaiheet. Hydrodynaamisella liukulaakerikoelaitteella on tarkoitus määrittää liukulaakerissa vallitseva paine, voitelukalvon paksuus, laakerin kitka sekä laakerissa vallitseva lämpötila. Tappi–kiekko-koelaitteella on tarkoitus määrittää halutun materiaalin kulumisnopeus ja kulumiskerroin sekä materiaaliparien kitkakerroin.
Työn tuloksena syntyivät molempien koelaitteiden valmistuspiirustukset, joiden pohjalta toinen koelaitteista, tappi–kiekko-koelaite valmistettiin ja otettiin käyttöön. Koelaitteella suoritettiin myös alustavia mittauksia kuparista ja nailonista valmistetuille koepaloille. Alustavien mittausten tarkoituksena oli saada yleiskäsitys koelaitteen toiminnasta mittaustapahtuman aikana. Koelaitteen toimivuutta selvitettiin mittaamalla kitkakerroin, kulumiskerroin sekä kulumisnopeus koepalan liukuessa teräksistä pintaa vasten. Alustavat mittaukset osoittivat, että suunniteltu koelaite soveltuu tribologisten ilmiöiden demonstrointiin ja täyttää sille annetut keskeiset vaatimukset. Lisäksi, havaituille pienille puutteille on esitetty suhteellisen helposti toteutettavat korjaustoimenpiteet.
Työn teoriaosuudessa selvitetään materiaalien kulumismekanismeja, koneenosiin liittyviä voitelumekanismeja sekä näiden vaikutuksia tribologisten ilmiöiden hallinnassa. Lisäksi kerrotaan työhön liittyvien koelaitetyyppien yleisistä toimintaperiaatteista ja esitellään lyhyesti koelaitteiden suunnitteluprosessin pohjana käytettyjä Pahl & Beitzin systemaattista suunnitteluprosessia sekä Ulrich & Eppingerin tuotekehitysmetodiikkaa. Työn soveltavassa osuudessa selostetaan koelaitteiden suunnittelun keskeiset vaiheet. Hydrodynaamisella liukulaakerikoelaitteella on tarkoitus määrittää liukulaakerissa vallitseva paine, voitelukalvon paksuus, laakerin kitka sekä laakerissa vallitseva lämpötila. Tappi–kiekko-koelaitteella on tarkoitus määrittää halutun materiaalin kulumisnopeus ja kulumiskerroin sekä materiaaliparien kitkakerroin.
Työn tuloksena syntyivät molempien koelaitteiden valmistuspiirustukset, joiden pohjalta toinen koelaitteista, tappi–kiekko-koelaite valmistettiin ja otettiin käyttöön. Koelaitteella suoritettiin myös alustavia mittauksia kuparista ja nailonista valmistetuille koepaloille. Alustavien mittausten tarkoituksena oli saada yleiskäsitys koelaitteen toiminnasta mittaustapahtuman aikana. Koelaitteen toimivuutta selvitettiin mittaamalla kitkakerroin, kulumiskerroin sekä kulumisnopeus koepalan liukuessa teräksistä pintaa vasten. Alustavat mittaukset osoittivat, että suunniteltu koelaite soveltuu tribologisten ilmiöiden demonstrointiin ja täyttää sille annetut keskeiset vaatimukset. Lisäksi, havaituille pienille puutteille on esitetty suhteellisen helposti toteutettavat korjaustoimenpiteet.