Voiteluaine erottaa liikkuvat osat toisistaan ja estää kulumista. Voitelumekanismit:

Transkriptio

1 Voitelu Voiteluaine erottaa liikkuvat osat toisistaan ja estää kulumista. Voitelumekanismit: Rajavoitelu paljon osien kontaktia Nestevoitelu voiteluaine erottaa osat Sekavoitelu kahden edellisen väliltä. Voiko käyttää uusiutuvaa, biohajoavaa ja myrkytöntä voiteluainetta?

2 voitelumekanismi ja kitkakerroin Ylempi käyrä ns. Stribeckin käyrä. [Kivioja S, Kivivuori S, Salonen P, Tribologia: kitka, kuluminen ja voitelu, 2 korj. p. Otatieto, 1998.]

3 voiteluaineiden jaottelu öljyt - lisäaineistetut - lisäaineistamattomat raaka-aineena: - mineraaliöljyt tai synteettiset öljyt rasvat - saippuaperustaiset (litium, barium, kalium) - geelirasvat raaka-aineena: - mineraaliöljyt tai synteettiset nesteet + lisäaineita kiinteät - molybdeenisulfidi MoS 2 aineet - grafiitti - synteettiset aineet

4 öljyjen viskositeetit eri lämpötiloissa Viskositeetti-indeksi (VI) ilmaisee viskositeetin muutosnopeutta lämpötilan muuttuessa. Suuri luku, pieni muutos. Moottori- ja vaihteistoöljyjen viskositeettiluokitus (SAE) kylmässä viskositeetti- ja lämpötilaraja kuumassa +100 o C kinemaattinen viskositeettiraja ja suuren leikkausnopeuden alaisena +150 o C dynaaminen viskositeettiraja ei ole laatuluokitus rajat muuttuvat (tarkista luokitteluvuosi) Teollisuusöljyjen viskositeettiluokitus (VG) +40 o C mm. hydrauli-, ilmakompressori-, jäähdytyskompressori-, sylinteri- ja turbiiniöljyt

5 Voiteluöljyn viskositeetti SAE luokitus [ Kinemaattinen viskositeetti = / [cst = mm 2 /s] = dynaaminen viskositeetti [cp= mpa s] = öljyn tiheys ISO VG luokitus [

6 [

7 Esimerkki moottoriöljystä [

8 Esimerkki teollisuusvoiteluöljystä [

9 rasvat nestemäistä voiteluainetta 80-90% Saentimena metallisaippua: alumiini, barium tai litium Lisäaineita ominaisuuksiltaan Ei-Newtonilaisia voiteluaineita eli viskositeetti on epälineaarinen. eivät sovellu lääke-, tekstiili- ja elintarviketeollisuuteen alhaisiin lämpötiloihin tyhjöön syövyttäviin ja säteilyttäviin olosuhteisiin

10 rasvojen valinta kovuus NLGI luokat pehmein 6 kovin lämpötilankesto paineenkesto olosuhteet (lika, kemikaalit ) (1/10 mm) 5 sekuntia, +25 C [Teollisuusvoitelu. Kunnossapitoyhdistys ry, no. 8, s. 101]

11 Esimerkki voitelurasvasta [

12 Voiteluainekäsitteitä Ominaispaino kuvaa aineen ja veden tiheyden suhdetta, yleensä +15 C:ssä. Leimahduspiste on lämpötila, jossa voiteluaineen höyrystyvät kaasut leimahtavat pienen liekin vaikutuksesta, mutta eivät pala. Samepiste on lämpötila, jossa kiteytyvät parafiiniset hiilivedyt sameutuvat. Jähmepiste on ylin lämpötila, jossa koeputkessa oleva voiteluaine ei enää kallistettaessa liiku 5 sekunnin aikana. Pumpattavuus ilmaisee alimman lämpötilan, jossa voiteluaine vielä virtaa riittävästi (testilaitteessa). Tippumispiste on lämpötila, jossa rasvasta erottuu ensimmäinen öljypisara sitä kuumennettaessa (testilaitteessa). Voiteluaineita ei sekoiteta keskenään.

13 moottoriöljyjen laatuluokituksia API-luokitus (amerikkalainen) bensiinimoottorit API SJ (<2001) SN (>2010) dieselmoottorit API CH-4 (1998) CJ-4 (>2010) kaksitahtimoottorit API TA API TD vaihteistoöljyt GL-1 GL-5 ACEA (eurooppalainen) A1...A5 ja B1...B5 Kevyt kalusto bensiini- ja dieselmoottorit C1...C4 Kevyt kalusto bensiini- ja dieselmoottorit, joissa katalysaattori ja hiukkassuodatin. E1...E4 raskas kalusto dieselmoottorit CCMC (eurooppalainen) vanhentunut (1996), ei enää käytössä luokitukset tunnetuilla koemoottoreilla myös moottorivalmistajien omia luokituksia tiukat päästörajat edellyttävät tiettyä öljylaatua

14 öljyjen lisäaineet EP AW VI kitkan kuormankantokyvyn lisääjä kulumisen esto vähentää lämpötilan vaikutusta viskositeettiin muuttaja hapettumisen esto vaahtoamisen esto korroosion esto karstan muodostuksen esto estää öljykalvon pettämisen

15 Laakerointi = 2 laakeria ohjaava laakeri + vapaalaakeri säädetyt laakerit + jousella esijännitetyt laakerit uiva laakerointi Laakerit pelkästään eivät muodosta hyvää laakerointia. Myös akselin ja pesän (rungon) muototarkkuudet ja jäykkyydet vaikuttavat.

16 Laakerin sijoitus akselille Akselin pinta luokkaa R a =1,3 m. Tavallisin kuormitustapa: laakerin ulkokehä paikallaan ja sisäkehä pyörii akselin mukana. Urakuulalaakereiden puristussovite akselille on pienillä halkaisijoilla j6...k6 ja suuremmilla m6. Rullalaakereille toleranssiluokka IT5. Yleensä akselin molemmat laakerit lukitaan siten, että akselin suuntaista liikettä ei synny. Toinen kylki lukitaan akselin olaketta vasten, toinen lukitusrenkaalla, laipalla, lukitusmutterilla tms.

17 Laakerin sijoitus pesään Tavallisin kuormitustapa: laakerin ulkokehä paikallaan eli kuorman suunta ei muutu (=staattinen). Urakuulalaakereiden puristussovite pesään on tyypillisesti H7 tai H8. Jos kuormitus on dynaamista sovitteen pitää olla tiukempi (~N7). Ainakin toinen laakereista lukitaan ulkokehältään pesään. Toinen kylki lukitaan pesän olaketta vasten, toinen lukitusrenkaalla, laipalla tms. Yleensä toinen laakereista ui ulkokehältään eli kompensoi lämpölaajenemisen aiheuttamaa liikettä. Rungon kiinnitysruuvien kiristys ei saa soikeuttaa laakeripesiä.

18 O- ja X-laakerointi: tukimitta tukimitta O-laakerointi X-laakerointi Mm. kartiorullalaakereiden asento vaikuttaa laakeroinnin tukimittaan. Myös kuormituksen P laskenta poikkeaa urakuulalaakereista. Urakuulalaakerin nimitykset: sisärengas Laakerikuulat tai rullat, pidätinrengas erottaa ne toisistaan ulkorengas

19 Rasvavoideltu laakerointi: Vasen rakenne kerää voitelurasvaa kotelon sisään. Oikea rakenne poistaa ylimääräisen rasvan siihen lisätyn purkauslaipan ja pienen raon avulla. [J.Tuomaala]

20 Öljyvoideltu laakerointi: Öljy leviää helposti pintoja pitkin varsinkin silloin, kun ne ovat jo valmiiksi öljyiset. Se roiskuu pisaroina kaikkialle laakerin pyöriessä. Vaikka öljy onkin voitelun kannalta kaikissa suhteissa parempi vaihtoehto, sitä käytetään ainoastaan pakkotilanteissa. Öljyn pitäminen laakeripesässä ja epäpuhtaudet samanaikaisesti ulkopuolella on vaikeaa. [J.Tuomaala]

21 Kivimurskain, 140 hv 210 r/min. [J.Tuomaala]

22 Laakereiden rasvausväli kk Sokkelotiivisteiden rasvanlisäys kertaa viikossa Kivimurskaimen laakerien sokkelotiivistys [J.Tuomaala]

23 CALZONI MR700 Sahatavaran nivelöity syöttötela [J.Tuomaala] Tukki tai pelkka

24 Syöttötelan sisärakenne [J.Tuomaala]

25 Runkonivel [J.Tuomaala]

26 Laakerien tiivisteet Huopatiiviste Kapea rako tai kapea mutkikas rako = labyrinttitiiviste V-rengas Huulitiiviste O-rengas?

27 Hydrodynamiikan mukaan nesteen ja kaasun virtausnopeuden kasvaessa paine nesteessä pienenee. Laakeripesän sisässä rasvan nopeus tiivisteraon lähellä on lähes nolla. Tiivisteraon toinen lieriöpinta on paikallaan, mutta toisen nopeus vastaa kierrosnopeutta. Jos tähän rakoon joutuu rasvaa tai öljyä, sen keskinopeudeksi tulee puolet kierrosnopeudesta. Joka tapauksessa paine raossa on keskimäärin pienempi kuin sen ympäristössä, joten rako pyrkii imemään sisäänsä ja täyttymään tarjolla olevalla väliaineella aina korkeampaa viskositeettia suosien. Raon rasvakerroksella on pyrkimys pysyä raon keskivyöhykkeellä, tai mieluimmin täyttää rako kokonaan. Jos pesän sisässä on ympäristöä suurempi paine, se pyrkii tietenkin työntämään raon tyhjäksi. Rasvakerros raossa kykenee kuitenkin jonkin verran tätä vastustamaan, eli se kestää hiukan paine-eroakin. [J.Tuomaala] p a) b) c) d) e)

28 Jos radiaalinen rako pienennetään nollaan, tiivistysteho tietenkin paranee. Nollaraon käytön estää kuitenkin akselin radiaalinen heitto tai taipumasta johtuva epäkeskeinen sijainti tiivisteen kohdalla. Jos kuitenkin käytetään nollaraon muodostavana osana elastista ainetta, se voidaan toteuttaa. Vanhin näistä tiivisteistä on huopatiiviste. Huoparenkaan erikoisominaisuus on kyky upottaa itseensä sisään pyrkiviä kovia hiukkasia niin, ettei niiden akselia kuluttava hankausvoima kasva suureksi. Tämän ansiosta se onkin parhaita kiinteiden epäpuhtauksien tiivisteitä. Akselin pinnan laadulle eikä kovuudelle se ei aseta suuria vaatimuksia, sillä vastinpinnan se joka tapauksessa kiillottaa ajan oloon itsekin. [J.Tuomaala]

29 Ruotsalaisen Forshedan kehittämä V-rengas on vähemmän tunnettu tiivistetyyppi. Se korvaa huoparenkaan jokseenkin kokonaan ja muodostaa huulitiivisteellekin merkittävän kilpailijan. Tuote on nykyään Trelleborgin omistama [ V-renkaan ehdoton etu on sen kyky kiinnittyä vaihteleville halkaisijoille oman venymiskykynsä perusteella niin, että akselien halkaisija-alue voidaan portaattomasti kattaa 39 koolla. Huulen kosketus vastinpintaan on hyvin kevyt ja se sietää aksiaalista liikettä + 0, mm koosta riippuen. Vastinpinnan laatu ei ole pienillä nopeuksilla merkityksellinen, siksi kelpaa valssattu tai valettu pinta ilman koneistustakin. Koska tiivisteen toimintaperiaate on aksiaalinen nollarako, siihen liittyy myös voimakas pumppausvaikutus huulen suuntaan. Tämä tekee siitä erittäin tehokkaan tiivisteen niin kiinteitä kuin nestemäisiäkin epäpuhtauksia vastaan. Se sopii myös pesän sisäpuoliseksi tiivisteeksi estämään öljyn pääsyn ulos. [J.Tuomaala]

30 H8 h Akselin kovuus n. 45 RC nopeuksilla < 4 m/s > 55 RC nopeuksilla > 4 m/s Hankaavien tiivisteiden tunnetuin malli on huulitiiviste, jota verstaskielessä kutsutaan yleisesti nimellä "stefa". Sille on tunnusmerkillistä jousikuormitteinen huuli, joka painuu suhteellisen suurella pintapaineella akselia vasten. Kosketuskohdan ympärillä on usein elliptisiä tai spiraalimaisia uria, joiden tarkoituksena on syöttää voiteluainetta kosketuskohtaan. [J.Tuomaala]