Mikä aiheuttaa stingiä? Miten sitä voidaan vähentää.

Ellet sitten soita viulua, staattinen ja dynaaminen kitka aiheuttavat ei-toivotun ilmiön, joka johtuu lineaarijohteiden välisestä staattisen ja dynaamisen kitkan erosta. Kun lineaarijohteissa esiintyy staattista liukumista, se voi johtaa tärinään ("nykivään" liikkeeseen), jumiutuneeseen liikkeeseen, vaihteleviin vääntömomenttivaatimuksiin tai tarkkuuden menetykseen ylityksen muodossa.

Mikä aiheuttaa stictiota?

Kahden pinnan välinen staattinen kitkakerroin (μs) on lähes aina suurempi kuin dynaaminen (kineettinen) kitkakerroin (μk), ja tämä kitkan vaihtelu on stick-slipin taustalla oleva syy.

Kaikilla pinnoilla on jonkin verran karheutta. Edes erittäin viimeistellyt ja kiillotetut pinnat eivät ole täysin sileitä – niissä on huippuja (joita kutsutaan "karheuksiksi") ja laaksoja, jotka vähentävät pintojen tehokasta kosketuspinta-alaa. Toisin sanoen joissakin kohdissa vain kahden pinnan huiput ovat kosketuksissa toisiinsa, kun taas toisissa kohdissa toisen pinnan huiput laskeutuvat toisen pinnan laaksoihin. Ja joissakin kohdissa pintojen välillä ei ole lainkaan kosketusta.

Koska yksittäiset kosketuspinnat ovat hyvin pieniä, pintojen välinen paine on erittäin korkea (paine = voima ÷ pinta-ala), ja tarttuminen tapahtuu näissä kohdissa kylmähitsauksena tunnetun prosessin avulla.

Ennen kuin pinnat voivat liikkua, tämän tarttumisen aiheuttavat sidokset on katkaistava. Vastaavasti kohdissa, joissa pinnat lomittuvat (toisen pinnan huiput laskeutuvat toisen pinnan laaksoihin), on tapahduttava hankausta eli plastista muodonmuutosta, jotta nämä lomittuneet alueet katkeavat ja pinnat voivat liikkua.

Kun liikevoima on riittävän suuri katkaisemaan nämä pintojen väliset sidokset – ja voittamaan staattisen kitkan – liike alkaa. Mutta jopa liikkeen aikana esiintyy jonkin verran hankausta, koska pinnat eivät ole vielä täysin sileitä. Jäljelle jääneen pinnan karheuden aiheuttamaa liikevastusta kutsutaan dynaamiseksi eli kineettiseksi kitkaksi.

Kuinka vähentää stiktiota

Voitelua käyttävissä lineaarilaakereissa (käytännössä kaikki kiertolaakerit ja jotkut liukulaakerit) laakeripintojen välinen liike vetää voitelua pintojen välisiin mikroskooppisiin tiloihin. Pintojen suhteellisen nopeuden kasvaessa voitelukalvo paksuuntuu ja pintojen välinen kosketus vähenee, jolloin pintojen välinen kitka pienenee.

Mutta lineaarilaakerit kulkevat rajallisen matkan ja palaavat sitten vastakkaiseen suuntaan (toisin kuin radiaalilaakerit, jotka voivat pyöriä samaan suuntaan loputtomiin), joten ne viettävät paljon aikaa niin sanotussa sekavoitelussa, jossa kitka määräytyy sekä pintojen ominaisuuksien että voiteluaineen ominaisuuksien perusteella. Siksi asianmukainen voitelu on paras tapa hallita tai vähentää kitkan vaikutuksia kiertolaakereissa (ja joissakin liukulaakereissa).

Tahmasliikkuminen eli stiktio on usein ongelmallisempaa liukulaakereissa kuin kiertolaakereissa. Tämä johtuu siitä, että liukulaakereiden staattisten ja dynaamisten kitkakertoimien välillä on suurempi ero. Ja liukulaakerin kitkakerroin voi vaihdella käytetyn kuormituksen, kulumisen ja ympäristötekijöiden mukaan.

Pyöreille akseleille tarkoitettujen liukulaakereiden kohdalla yksi tapa torjua tikku-luiston vaikutuksia on valita akselit, joilla on käytännöllisin pinnanlaatu (alhaisin pinnan karheus). Ja 2:1-suhteen (jota kutsutaan myös 2:1-säännöksi tai sidontasuhteeksi) noudattaminen – joka määrittää, että momenttivarren etäisyys ei saa olla yli kaksinkertainen laakerin pituuteen verrattuna – on usein tarpeen tikku-luiston estämiseksi liukulaakerisovelluksissa.

Toinen vaihtoehto minimoida tai jopa estää stick-slip on käyttää ilmalaakeriohjaimia. Ilmalaakerien kitka on yksinomaan liikkeestä johtuvan ilman leikkausvoiman funktio. Siksi staattisen ja kineettisen kitkan välinen ero ilmalaakerikokoonpanossa on käytännössä nolla, joten stick-slip-ongelma on käytännössä poissa.