Liukulaakerin jäännösjännitykset

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2021-12-13
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Mechanical Engineering (MEC)
Language
fi
Pages
62+13
Series
Abstract
Tässä diplomityössä selvitetään Wärtsilän kaasu ja diesel-moottorien kampiakselin ja kiertokangen laakereiden jäännösjännityksiä. Työssä tutkitaan näiden puolikkaiden kolmikerroslaakerien valmistuksessa syntyviä jäännösjännityksiä ja näiden vaikutusta laakerin käytössä syntyviin jännityksiin. Lähtökohtana voidaan todeta, että kolmikerrosliukulaakerin jäännösjännityksiä ei ole tutkittu paljoa kirjallisuudessa. Tämän vuoksi jäännösjännityksien suuruus laakerissa on haastava ennustaa tai arvioida, jolloin sen vaikutusta laakerin muihin kuormitustiloihin ja käyttöikään ei voida selvittää. Laakerien valmistuksessa laakerin materiaalit valetaan toisiinsa ja taivutetaan muotoonsa. Tämän jälkeen laakeri koneistetaan ja pinnoitetaan elektrolyyttisesti. Valmistusprosessien aikana voi syntyä jännityksiä, jotka jäävät laakeriin jäännösjännityksinä. Tämän lisäksi jännityksiä syntyy myös laakerin asennuksesta ja käytöstä. Yhdessä nämä jännitykset voivat vaikuttaa laakerin jännitystilaan nostamalla jännityksiä lähemmäs väsymisrajaa. Diplomityö jakautuu kahteen tutkimusalueeseen jäännösjännitysmittaukseen ja laakerin käytön aikaisen kuormituksen tarkasteluun. Jäännösjännityksiä mitataan porausmenetelmän avulla ja laakerin käytössä syntyviä jännityksiä tarkastellaan elementtimenetelmän avulla. Jännitysten suuruuksien selvittyä jännitykset lasketaan yhteen superpositioperiaatteen avulla, minkä seurauksena pystytään tekemään tarkastelua laakerin jännityksille. Työn tuloksista voidaan todeta, että kirjallisuusarvoihin verrattuna pronssikerros vaikuttaa myötävän käytön aikana. Kuitenkaan teräskerros ei myödä, mutta jännitysten suuruus teräskerroksen pinnassa jäännösjännityksien kanssa on lähellä teräksen myötörajaa. Laakerin jäännösjännitykset vaikuttavat laakerin käytön aikaisiin jännityksiin lisäten puristavaa kuormitusta. Keskimäärin laakerin kehän suuntainen jännitys, jäännösjännitysten kanssa, oli teräksessä noin 20 MPa ja pronssissa 30 MPa suuremmat kuin ilman jäännösjännitysten huomioimista. Diplomityön tuloksena on saatu, että jäännösjännitykset voivat olla merkittäviä joissain laakerin kuormitustilanteiden suunnitteluissa, sillä jäännösjännitykset selvästi nostavat kaikkia laakerin jännityksiä. Tulevaisuudessa aihetta voitaisiin tutkia monesta eri lähtökohdasta. Ensiksi tutkimusta voitaisiin laajentaa tutkimalla laakerin jäännösjännityksiä jokaisen valmistusvaiheen jälkeen. Toiseksi tutkimusta voitaisiin laajentaa myös käsittelemään muita laakereita kuin kolmikerrosliukulaakeria.

This master thesis will present residual stresses of bearings, which are used in crankshaft and connecting rod of Wärtsilä’s gas and diesel engines. In the thesis it is researched how residual stresses affect on other stresses which can appear on the use of bearing. Residual stresses of tri-metal bearings aren’t researched much in literature and that is the reason why it is difficult to estimate the amount of residual stresses in bearing. Therefore it is impossible to say how much the residual stresses affect on other stresses in bearing. Materials of a bearing are cast together, bent and machined to shape. After machining the bearing is coated by electrolytic. During the manufacturing process, residual stresses are formed to the bearing. Additionally a installation of the bearing and loads of engine operation cause more stresses to the bearing. These stresses together can affect on fatigue resistance of the bearing. This master thesis consists of two subjects, residual stresses measurements and research of stresses to bearing during use. Residual stresses research is done by a hole drilling method and the engine loads are calculated using Finite Element Method. When magnitudes of stresses are clear these stresses are summed together using superposition principle. Then is possible to do some conclusion on the results. The bronze layer seems to yield during use. However steel layer isn’t yielding but stresses are close to yield limit on outer surface of steel layer. The residual stresses of bearing affect on other stresses adding more compression loading on the bearing. Average a circumference stresses are approximately 20 MPa higher in the steel back and approximately 30 MPa higher on the bronze layer than without taking into account the residual stresses. The results of this thesis can be important to take into account in the design of bearings. In the future, it would be possible to research this topic on a different perspective. Firstly it is possible to research residual stresses after every manufacturing process. Second it is possible to test residual stresses of different kind of bearings than these trimetal bearings.
Description
Supervisor
Remes, Heikki
Thesis advisor
Istolahti, Jaakko
Halla-aho, Pasi
Keywords
jäännösjännitykset, porausmenetelmä, jäännösjännityksien mittaus, liukulaakerin jäännösjännitykset
Other note
Citation