KON-C3002 Koneenosien suunnittelu. Tribologia. Johdanto

Transkriptio

1 KON-C3002 Koneenosien suunnittelu Tribologia Johdanto

2 Luennon tavoite ja sisältö Tavoitteena on tutustuttaa koneensuunnittelussa tarvittaviin tribologian osa-alueisiin sekä antaa käsitys tribologisen suunnittelun taloudellisesta merkityksestä. Käsiteltäviä aiheita ovat Tribologian määritelmä Tribologian osa-alueita ja tribologista suunnittelua vaativia kohteita Taloudellinen merkitys Yhteys kunnossapitotoimintaan Kirjallisuutta Omilla kalvoilla käsitellään tarkemmin kosketusjännityksiä ja voitelua/voiteluaineita 2

3 Tribologian määritelmä Tieteenala, joka käsittelee toisiinsa nähden liikkuvien pintojen vuorovaikutuksia ja niihin liittyvää teknologiaa eli pääasiassa kitkaan, kulumiseen ja voiteluun liittyviä ilmiöitä. [Suomen Tribologiayhdistys] Tribology is the science and technology of surfaces acting upon each other in relative movement and of the problems associated therewith. [OECD] (In practice: science and technology dealing with friction, lubrication and wear) 3 (OECD = Research Group on Wear of Engineering Materials, Organisation for Economic Cooperation and Development, 1969)

4 Tribologian osa-alueita Kitka- ja kulumisilmiöt Laakeroinnit Kuula- ja rullalaakerit Neste-/kaasulaakerit Kytkimet, nivelet, hammaspyörät Renkaat Biotribologia Keinonivelten kulumisilmiöt Tiivistimet Liukuparien materiaalit Erikoisolosuhteet Kuumamuokkaus Tyhjiötekniikka, avaruustekniikka 4

5 Tribologista suunnittelua vaativia kohteita [Moventas] 5 [US Department of Energy]

6 Taloudellinen merkitys 1/3 1/2 maailman energian tuotannosta käytetään kitkan voittamiseen (*) Huomattava osa tästä energiasta aiheuttaa koneiden ja laitteiden kulumista n. 50 % teollisuusmaiden tuotannosta käytetään kuluneiden osien korvaamiseen uusilla Kitka, kuluminen ja korroosio syövät teollisuusmaissa n. 4,5 % bruttokansantuotteesta (Saksa) Tribologian avulla saavutettavan säästön on arvioitu olevan 1-1,5 % BKT:sta Saksassa on arvioitu että tribologisen osaamisen avulla saavutettava vuosittainen säästö jopa yli 3 miljardia euroa Huolto- ja korjauskustannusten väheneminen Tuotantohäiriöiden väheneminen (*) VTT: Henkilöautoissa käytetään kitkan voittamiseen 28 % polttoaineen energiasta. Vuonna 2009 henkilöautoissa käytettiin maailmanlaajuisesti kitkan voittamiseen miljoonaa litraa polttoainetta. Ottamalla käyttöön uusia kitkaa alentavia ratkaisuja henkilöautoissa voitaisiin kitkahäviöitä vähentää 18 %, 5-10 vuoden tähtäimellä. Keinoja kitkan vähentämiseksi: uudet/kehittyneet pinnoitteet ja pintojen mikrostrukturointi 6

7 Kunnossapito Kunnossapidossa tarvitaan tribologista tietämystä Parantava kunnossapito: - Tavoitteena koneiden suorituskyvyn ja käytettävyyden/luotettavuuden lisääminen => tarvitaan suunnittelupanosta 7 Kunnossapitoyhdistys:

8 Kirjallisuus (Syventäväämateriaalia- eitarvitsehankkiatätäkurssiavarten) Kivioja S., Kivivuori S. & Salonen P. Tribologia - kitka, kuluminen ja voitelu. Otatieto Oy, julkaisu 574, 6. painos s. ISBN Aalto-yliopiston kirjasto - kurssikirjat Englanniksi on olemassa suuri määrä kirjallisuutta, esim: Stachowiak: Engineering Tribology (Elsevier) Khonsari: Applied Tribology (Wiley) Stolarski: Tribology in Machine Design (Butterworth- Heinemann) 8

9 Seuraavaksi käsitellään: - Kosketusjännityksiä - Koneenosissa voimansiirto tapahtuu usein pintapaineen välityksellä - Voitelua - Voitelumekanismeja, voitelutyyppejä, nestelaakereita sekä voiteluaineita ja -rasvoja 9