TUTCRIS - Tampereen teknillinen yliopisto

TUTCRIS

An Investigation into Scuffing and Subsurface Fatigue in a Lubricated Rolling/Sliding Contact

Tutkimustuotos

Yksityiskohdat

AlkuperäiskieliEnglanti
KustantajaTampere University
Sivumäärä81
ISBN (elektroninen)978-952-03-1080-6
ISBN (painettu)978-952-03-1079-0
TilaJulkaistu - 28 kesäkuuta 2019
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Julkaisusarja

NimiTampere University Dissertations
Vuosikerta57
ISSN (painettu)2489-9860
ISSN (elektroninen)2490-0028

Tiivistelmä

Odottamattomia hammaspyörävaihteiden vaurioita esiintyy edelleen, vaikka niiden kestävyyttä on tutkittu laajasti, ja kattavia mitoitusohjeita on ollut saatavilla jo pitkän aikaa. Yhtenä syynä tällaisiin vaurioitumisiin on ehdotettu olevan satunnaiset ylikuormitussyklit, joita vaihteet saattavat kokea käytön aikana ankarissa olosuhteissa.

Tahmautuminen (scuffing) on vauriomuoto, joka esiintyy vuorovaikutuksessa olevien pintojen välillä voimakkaassa kosketuspaineessa ja intensiivisen liukumisen vallitessa kohonneissa lämpötilaolosuhteissa. Tahmautuminen voidaan havaita vaurioituneina pintoina ja siten pienentyneenä kuormankantokapasiteettina, joka voi johtaa muihin vauriomuotoihin sekä lopulta komponentin hajoamiseen. Vaikka tätä ilmiötä on tutkittu laajalti, on edelleen epävarmuustekijöitä, jotka heijastuvat vaihteistojen mitoitukseen ja käyttöön. Toinen vauriomuoto, joka tyypillisesti esiintyy hammaspyörissä, voidaan kuvata käsitteellä ”pinnan alta ydintyvä väsyminen”. Toisin kuin perinteisessä väsymisvaurioissa, tässä muodossa särön ydintyminen tapahtuu hiiletyskarkaistun hampaan pinnan karkaisukerroksen alapuolelta.

Ensimmäiseksi tämän työn tavoitteena on selvittää satunnaisten ylikuormitusten vaikutusta tahmautumisvaurion ilmenemiseen. Työn toinen tavoite on luoda menetelmä, jolla voidaan tutkia pinnan alta ydintyvää väsymistä vierintä/liuku- sekä korkean kosketuspaineen alaisessa kuormituksessa, jota voidaan pitää tyypillisenä kuormitustilanteena hammaskosketuksessa. Kokeellinen osuus koostuu useista testeistä olemassa olevalla, mutta parannetulla kiekko-kiekkotestilaiteella käyttäen hiiletyskarkaistuja koekiekkoja, jossa erilaiset kuormitustilanteet jäljittelevät kuormituksia todellisten hammaspyörien hampaiden kylkien välillä. Kokeellisten tulosten analysoinnin lisäksi on laskettu jännitys- ja venymätilat kiekoissa sekä niistä muodostuva väsymisvaurio käyttämällä testikokoonpanon elastoplastista elementtimallia.

Tahmautumistulosten mukaan vuorovaikutuksessa olevien pintojen sisäänajo osoittautui merkitykselliseksi; ylikuormitussyklit pintojen sisäänajautumisen aikana lisäsi tahmautumisvaurion ilmenemisriskiä, kun taas ylikuormitussyklien hallittu vastaanottaminen sekä nimelliskuormitusjaksojen sisällyttäminen ylikuormitussyklisarjojen välille lisäsi vastustuskykyä tahmautumisvaurion ilmenemistä vastaan. Lisäksi testit osoittivat, että pienet poikkeamat kosketusreitistä mahdollistivat suhteellisen korkean kuormitustason käytön ilman tahmautumisvauriota.

Väsytyskokeet osoittivat kiekko-kiekkotestilaitteen soveltuvuuden hiiletyskarkaistujen komponenttien pinnan alta ydintyvän väsymisen tutkimiseen. Tähän liittyvä numeerinen analyysi, sisältäen lisääntyneen materiaalikovuuden ja jäännösjännitysten vaikutukset, paljasti karkaisukerroksen alla olevat kriittiset syvyydet, jotka olivat yhteneviä kokeellisesti löydettyjen kanssa. Lisäksi leikkausvenymään (liukumaan) perustuva vaurion laskentamenetelmä (Fatemi-Socie) näytti olevan herkempi jäännösjännitysten vaikutukselle, kun taas valmistuksen toleransseista johtuvilla eroilla komponentissa on vain vähäinen vaikutus vaurioiden muodostumiseen pinnan alla olevalla alueella.

Tilastokeskuksen tieteenalat

Latausten tilastot

Ei tietoja saatavilla