Tiivistelmä

Kitkaväsyminen esiintyy yleisesti, kun koneenosien kontaktipintoihin kohdistuu edestakainen jännitysamplitudi hankaavan liikkeen lisäksi johtaen materiaalin väsymiseen. Tällainen tilanne vallitsee navan ja akselin välissä kutistusliitoksessa. Kitkaväsyminen esiintyy käytännössä samassa kutistusliitoksessa kuin normaali väsyminenkin ja se ilmenee navan ja akselin välissä yleensä akselissa, kun taas tavanomainen väsyminen tapahtuu akselissa liitoksen ulkopuolella.

Kitkaväsymistä on tutkittu paljonkin, mutta kutistusliitoksen mitoituskriteerit kitkaväsymisen osalta ovat puutteelliset. Kitkaväsyminen aiheuttaa merkittävän väsymislujuuden heikkenemisen sekä täten väsymisiän alenemisen kutistusliitoksessa ja sen aiheuttamat vauriot ovat määrältään samaa luokkaa tavanomaisen väsymisen kanssa. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää napamateriaalin, liitospaineen, liukuma-amplitudin ja geometrian vaikutus väsymislujuuteen. Tavoitteena oli määrittää optimaalinen liitospaine sekä sopivat olakkeen pyöristyssäde ja akselisuhde, jotta kitkaväsyminen voidaan välttää ja saavuttaa maksimaalinen normaali väsymislujuus.

Kitkaväsymislujuutta väännön suhteen testattiin varioimalla napamateriaalia, liitospainetta, geometriaa ja jännitysamplitudia. Testien perusteella alumiininen napamateriaali sopi hyvin teräsakselin kanssa, kun taas pronssi aiheutti akseliin pintavaurion ja sitä kautta väsymisilmiön. Teräs- ja valurautanapa olivat näiden kahden materiaalin välissä.

Liitospaineen nostamiseksi olakkeen reunalla käytettiin navan ylitystä olakkeen yli. Kokeet osoittivat kitkaväsymisen vähenevän korkeammilla liitospaineilla liukuman aletessa. Alhaisella liitospaineella akselin vaurioituminen alkoi kitkaväsymisenä navan sisältä, mutta hyvin korkealla liitospaineella murtuminen tapahtui olakkeesta tavanomaisena väsymisenä. Valitsemalla pyöristyssäde liitospaineen perusteella kutistusliitos on mitoitettavissa kitkaväsymistä vastaan. Kutistusliitos tulisi mitoittaa tavanomaisen väsymisen mukaan, koska kitkaväsymismurtuma voi tapahtua kuormanvaihtoluvulla yli 2×0⁷.

Kitkaväsyminen on ehkäistävissä käyttämällä riittävän korkeata liitospainetta sekä sopivaa olakkeen pyöristyssädettä yhdistyneenä oikeaan akselisuhteeseen. Kitkaväsyminen estyy kun liukuma-amplitudi on alle 3 μm. Tämä on saavutettavissa liitospaineella yli 100 N/mm² laskettuna Lamén teorian mukaan. Tutkimuksessa on esitetty mitoitusmenetelmä kitkaväsymisen suhteen perustuen Ø 50 mm akselilla sekä käytetyillä materiaaleilla tehtyihin testeihin. Menetelmää on sovellettu kitkaväsymisen tarkasteluun kutistusliitokseen, jonka akselin halkaisija on 300 mm.