Laakeri (mekaaninen)

Monet laakerit vaativat säännöllistä huoltoa ennenaikaisen vikaantumisen estämiseksi, mutta monet muut vaativat vain vähän huoltoa. Jälkimmäisiin kuuluvat erilaiset polymeeri-, neste- ja magneettilaakerit sekä vierintäelementtilaakerit, joita kuvataan muun muassa termeillä sealed bearing ja sealed for life. Näissä on tiivisteet, jotka pitävät lian ulkona ja rasvan sisällä. Ne toimivat menestyksekkäästi monissa sovelluksissa ja tarjoavat huoltovapaan toiminnan. Joissakin sovelluksissa niitä ei voida käyttää tehokkaasti.

Tiivistämättömissä laakereissa on usein rasvanippa rasvapuristimella tapahtuvaa ajoittaista voitelua varten tai öljykuppi ajoittaista öljyntäyttöä varten. Ennen 1970-lukua tiivistettyjä laakereita ei tavattu useimmissa koneissa, ja öljyäminen ja rasvaaminen oli yleisempää kuin nykyään. Esimerkiksi autojen alustat vaativat ennen lähes yhtä usein ”voitelua” kuin moottorin öljynvaihto, mutta nykyään autojen alustat on useimmiten suljettu koko käyttöiän ajan. 1700-luvun loppupuolelta 1900-luvun puoliväliin teollisuus turvautui moniin öljyttäjiksi kutsuttuihin työntekijöihin, jotka voitelivat koneet usein öljykannujen avulla.

Tehtaiden koneissa on nykyään yleensä voitelujärjestelmät, joissa keskitetty pumppu syöttää ajoittain öljyä tai rasvaa säiliöstä voitelujohtoja pitkin koneen laakeripintojen, laakerinakselien, tyynylohkojen jne. eri voitelupisteisiin. Tällaisten voitelujaksojen ajoitusta ja lukumäärää ohjataan koneen tietokoneavusteisella ohjauksella, kuten PLC- tai CNC-ohjauksella, sekä tarvittaessa manuaalisilla ohitustoiminnoilla. Tällä automaattisella prosessilla voidellaan kaikki nykyaikaiset CNC-työstökoneet ja monet muut nykyaikaiset tehdaskoneet. Samankaltaisia voitelujärjestelmiä käytetään myös muissa kuin automatisoiduissa koneissa, jolloin käytössä on käsikäyttöinen pumppu, jota koneen käyttäjän on tarkoitus pumpata kerran päivässä (jatkuvassa käytössä olevissa koneissa) tai kerran viikossa. Näitä kutsutaan one-shot-järjestelmiksi niiden tärkeimmästä myyntivaltista: yksi veto yhdestä kahvasta voitelee koko koneen sen sijaan, että koneen ympärillä olisi kymmeniä pumppauksia alemiittipistoolilla tai öljykannulla kymmenissä eri paikoissa.

Nykyaikaisen henkilö- tai kuorma-auton moottorin sisällä oleva öljyjärjestelmä on konseptiltaan samankaltainen kuin edellä mainitut voitelujärjestelmät sillä erotuksella, että öljyä pumpataan jatkuvasti. Suuri osa tästä öljystä virtaa moottorilohkoon ja sylinterinpäihin porattujen tai valettujen läpivientien kautta, purkautuu aukkojen kautta suoraan laakereille ja roiskuu muualle muodostaen öljykylvyn. Öljypumppu yksinkertaisesti pumppaa jatkuvasti, ja ylimääräinen pumpattu öljy poistuu jatkuvasti varoventtiilin kautta takaisin öljypohjaan.

Monet korkean syklin teollisuustoiminnoissa käytettävät laakerit tarvitsevat ajoittaista voitelua ja puhdistusta, ja monet vaativat ajoittaista säätöä, kuten esijännityksen säätöä, kulumisen vaikutusten minimoimiseksi.

Laakerin kestoikä on usein paljon parempi, kun laakeri säilytetään puhtaana ja hyvin voideltuna. Monissa sovelluksissa hyvä kunnossapito on kuitenkin vaikeaa. Yksi esimerkki on kivenmurskaimen kuljettimessa olevat laakerit, jotka ovat jatkuvasti alttiina koville hiontahiukkasille. Puhdistuksesta ei ole juurikaan hyötyä, koska puhdistus on kallista, mutta laakeri likaantuu uudelleen heti, kun kuljettimen toiminta jatkuu. Hyvässä kunnossapito-ohjelmassa laakerit voidellaan usein, mutta laakereita ei pureta puhdistusta varten. Usein tapahtuva voitelu on luonteeltaan rajoitettu puhdistustoimenpide, sillä se syrjäyttää vanhan (hiekkaa sisältävän) öljyn tai rasvan tuoreella aineella, joka puolestaan kerää hiekkaa, ennen kuin se syrjäytetään seuraavassa syklissä. Toinen esimerkki ovat tuuliturbiinien laakerit, joiden kunnossapito on hankalaa, koska konepelti on sijoitettu korkealle ilmaan voimakkaan tuulen alueilla. Lisäksi turbiini ei ole aina käynnissä ja sen käyttökäyttäytyminen vaihtelee eri sääolosuhteissa, mikä tekee asianmukaisesta voitelusta haastavaa.

Vierintäelementtilaakerin ulkokehän vikojen havaitseminen Muokkaa

Kantalaakereita käytetään nykyään laajalti teollisuudessa, ja näin ollen näiden laakereiden kunnossapidosta tulee tärkeä tehtävä kunnossapidon ammattilaisille. Vierintäelementtilaakerit kuluvat helposti metallin ja metallin välisen kosketuksen vuoksi, mikä aiheuttaa vikoja ulkokehässä, sisäkehässä ja kuulassa. Laakeri on myös koneen herkin komponentti, koska se joutuu usein suurelle kuormitukselle ja suurille käyntinopeuksille. Vierintäelementtilaakerien vikojen säännöllinen diagnostiikka on ratkaisevan tärkeää teollisuuden turvallisuuden ja koneiden toiminnan kannalta sekä huoltokustannusten vähentämiseksi tai seisonta-aikojen välttämiseksi. Ulkokehästä, sisäkehästä ja kuulasta ulkokehä on yleensä alttiimpi vioille ja puutteille.

Keskustelua herättää vielä se, herättääkö vierintäelementti laakerikomponentin ominaistaajuudet, kun se kulkee vian ohi ulkokehässä. Siksi meidän on tunnistettava laakerin ulkokehän ominaistaajuus ja sen harmoniset taajuudet. Laakeriviat synnyttävät impulsseja ja aiheuttavat värähtelysignaalien spektrissä vikataajuuksien voimakkaita harmonisia yliaaltoja. Nämä vikataajuudet peittyvät joskus viereisten taajuuksien alle spektrissä niiden vähäisen energian vuoksi. Siksi näiden taajuuksien tunnistamiseksi FFT-analyysin aikana tarvitaan usein erittäin suurta spektrinerottelukykyä. Vapaat reunaehdot täyttävän vierintäelementtilaakerin ominaistaajuudet ovat 3 kHz. Jotta laakerikomponentin resonanssikaistanleveysmenetelmää voitaisiin käyttää laakerin vian havaitsemiseen alkuvaiheessa, olisi käytettävä korkean taajuusalueen kiihtyvyysanturia ja hankittava tietoja pitkältä ajalta. Vian ominaistaajuus voidaan tunnistaa vain silloin, kun vian laajuus on vakava, kuten jos ulkokehässä on reikä. Vian taajuuden harmoniset yliaallot ovat herkempi indikaattori laakerin ulkokehän viasta. Laakerivikojen vakavampaa havaitsemista varten aaltomuoto-, spektri- ja kuoritekniikat auttavat paljastamaan nämä viat. Jos kuorianalyysissä käytetään kuitenkin korkeataajuista demodulaatiota laakerivian ominaistaajuuksien havaitsemiseksi, kunnossapidon ammattilaisten on oltava varovaisempia analyysissä resonanssin vuoksi, sillä se voi sisältää tai olla sisältämättä vikataajuuskomponentteja.

Spektrianalyysin käyttämiseen laakerivikojen tunnistamisen välineenä liittyy haasteita muun muassa alhaisen energian, signaalin sotkeutumisen, syklostationaarisuuden jne. kaltaisten ongelmien vuoksi. Usein halutaan korkea resoluutio, jotta vikataajuuskomponentit voitaisiin erottaa muista viereisistä korkea-amplitudisista taajuuksista. Kun signaalista otetaan näytteet FFT-analyysiä varten, näytteen pituuden on oltava riittävän suuri, jotta spektriin saadaan riittävä taajuusresoluutio. Myös laskenta-ajan ja muistin pitäminen rajoissa ja ei-toivotun aliasingin välttäminen voi olla vaativaa. Tarvittava minimaalinen taajuusresoluutio voidaan kuitenkin saavuttaa arvioimalla laakerin vikataajuudet ja muut värähtelytaajuuskomponentit ja niiden harmoniset komponentit, jotka johtuvat akselin nopeudesta, virityksestä, linjataajuudesta, vaihteistosta jne.

Pakkaus Muokkaa

Joissain laakereissa käytetään voiteluun paksua rasvaa, joka työnnetään laakeripintojen väliin jääviin rakoihin, joita sanotaan myös pakkaukseksi. Rasva pysyy paikallaan muovi-, nahka- tai kumitiivisteellä (jota kutsutaan myös tiivisteeksi), joka peittää laakeripesän sisä- ja ulkoreunat, jotta rasva ei pääse karkaamaan.

Laakerit voidaan pakata myös muilla materiaaleilla. Historiallisesti rautatievaunujen pyörissä käytettiin holkkilaakereita, jotka oli pakattu jätteillä tai irrallisilla puuvilla- tai villakuidun palasilla, jotka oli liotettu öljyyn, ja myöhemmin käytettiin kiinteitä puuvillatyynyjä.

RengasöljylaiteEdit

Laakerit voidaan voidella metallirenkaalla, joka kulkee löysästi laakerin keskellä pyörivän akselin päällä. Rengas roikkuu alaspäin voiteluöljyä sisältävään kammioon. Kun laakeri pyörii, viskoosinen adheesio vetää öljyä ylös rengasta ja akselille, josta öljy siirtyy laakeriin voitelemaan sitä. Ylimääräinen öljy sinkoutuu pois ja kerääntyy taas altaaseen.

Roiskevoitelu Muokkaa

Alkeellinen voitelun muoto on roiskevoitelu. Joidenkin koneiden pohjassa on voiteluainelammikko, jonka hammaspyörät ovat osittain nesteeseen upotettuina, tai kampitangot, jotka voivat heilahtaa alas altaaseen laitteen toimiessa. Pyörivät pyörät heittelevät öljyä ilmaan ympärilleen, kun taas kampitangot läiskivät öljyn pintaa ja roiskivat sitä satunnaisesti moottorin sisäpinnoille. Joissakin pienissä polttomoottoreissa on nimenomaan erityisiä muovisia heittopyöriä, jotka roiskivat öljyä satunnaisesti ympäri mekanismin sisätiloja.

PainevoiteluMuutos

Korkean kierrosluvun ja suuritehoisissa koneissa voiteluaineen häviäminen voi johtaa laakerien nopeaan kuumenemiseen ja kitkasta johtuviin vaurioihin. Myös likaisissa ympäristöissä öljy voi likaantua pölyllä tai roskilla, jotka lisäävät kitkaa. Näissä sovelluksissa laakeriin ja kaikkiin muihin kosketuspintoihin voidaan syöttää jatkuvasti tuoretta voiteluainetta, ja ylimääräinen voiteluaine voidaan kerätä suodatusta, jäähdytystä ja mahdollista uudelleenkäyttöä varten. Paineöljytystä käytetään yleisesti suurissa ja monimutkaisissa polttomoottoreissa moottorin osissa, joihin suoraan ruiskutettu öljy ei pääse, kuten yläpuolisissa venttiilikokoonpanoissa. Suurnopeuksiset turboahtimet vaativat tyypillisesti myös paineöljyjärjestelmän jäähdyttämään laakereita ja estämään niitä palamasta turbiinin lämmöstä johtuen.

Komposiittilaakerit Muokkaa

Komposiittilaakerit on suunniteltu siten, että niissä on itsevoiteleva polytetrafluroeteeni (PTFE) -vuori, jossa on laminoidut metallikalvot. PTFE-vuori tarjoaa tasaisen, hallitun kitkan ja kestävyyden, kun taas metallinen taustalevy varmistaa, että komposiittilaakeri on kestävä ja kestää suuria kuormituksia ja rasituksia koko pitkän käyttöikänsä ajan. Rakenteensa ansiosta se on myös kevyt – kymmenesosa perinteisen vierintäelementtilaakerin painosta.