Keraamiset laakerit

[Teppo Leinonen]

Mitä hyötyjä ja haittoja on keraamisissa laakereissa verrattuna metallisiin?

[Tapani Honkanen]

Vaikka edellisessä elämässäni ei raskaissa koneissa käytettykään tuommoisia ja kun tuntui, että en koskaan missään pääse noita käyttämäänkään, niin jäi opinnot vähän kesken tuolta osin. Mutta kova selittämisen halu on silti huolimatta. Tämä kaikki on muun opitun ja eletyn työelämän synteesinä  jonka oikeellisuuden raati saa selvittää. 
Ymmärtääkseni noiden keraamiset laakerien kuulat vain on keraamiset. Ja laakerityypit on urakuulalaakereita tai viistokuulalaakereita.  No, mitä siitä seuraa. Nopeasti pyörivissä laakereissa kuulan pyörimisnopeus oman akselinsa ympäri on melkoinen. Ja sen pyörimisliikkeen lisäksi kuulat kiertävät akselin ympäri noin puolella kulmanopeudella. Kun keraamikuulan tiheys on murto-osa teräskuulaan verrattuna, niin sen hitausvoimatkin ovat paljon pienemmät. Voimat/momentit jotka pyörittää kuulia syntyvät vain ja ainoastaan kitkavoimien olemassaolosta ja sehän syntyy normaalivoiman ja kitkakertoimen tuloksena. Kun normaalivoimat ovat laakerin kuormituksesta riippuvaisia, niin pienellä kuormituksella kitkavoimatkin saattavat mennä pieneksi ja laakerikuulien pyörintänopeus häiriintyy. Laakerikuula saattaa myös liukua ja se on myrkkyä vierintäpinnoille. Tähän auttaa taasen keraamien pieni kitkakerroin ja suuri kovuusero vastapuolen materiaaliin nähden.
Myöskin keraamisten laakerikuulien kimmokerroin on luullakseni huomattavasti suurempi kuin teräksellä, joka on luokkaa 210 Mpa. Tällöin muodonmuutokset ovat merkittävästi pienemmät ja kitkakerroinkin on merkittävästi alempi. Tästä taasen seuraa vähäisempi lämmönkehitys ja voidaan käyttää sumuvoitelua joka puolestaan tehokkaasti siirtää lämpöäkin mutta lisäksi alentaa lisää tuota lämmönkehitystä mikä syntyy öljyn poistamisestä vierintäelimien vierintäradalta. Voidaan siis saavuttaa merkittävästi suurempia pyörimisnopeuksia kuin teräslaakereilla.
Tuommoiset viistokuulalaakeri ovat siinä mielessä vekkuleita, että aksiaalisen voiman muuttuessa tai oikeastaan radiaalivoiman ja aksiaalivoiman suhteen muuttuessa kuulan pyörimisakselin suunta muuttuu. Syntyvät hyrrävoimat haluaisivat pitää pyörimisakselin ja sen muuttaminen vaatii voimaa/momenttia. Tätä helpottaa laakerikuulan pieni tiheys, hitausmomentti akselin suhteen on paljon pienempi.   
Varmaankin laakerien valmistajat antavat ohjeita laakeroinnin suunnitteluun. Luullakseni karalaakeroinnit, missä noita käytetään, pitää rakentaa esikuormitettuna.

Mitä haittoja? Onko tuommoinen pieni hintaero haitta jos sillä saavutetaan paljon? Saattaahan tuommoinen hienostunut ja herkkä elementti olla arka väärinkäytölle, kuten ylikuormitukselle ja tärinälle. Nyt en enempää hauku ja muutenkin tuntuu, että menee liiaksi satuiluksi. On tuossa tarinassa kuitenkin osa tottakin.   

[Ville Vaho]

Keraamisia laakereita viime vuonna kymppitonnin edestä kädessä pidelleenä, vastaus taitaa liittyä siihen keraamisen laakerin kykyyn imeä itseensä rasvaa julmetusti!

Laakerikauppias tehtaalla kertoi kuulia hiplanneena että kädet kuivuu pahasti!.

Joten se keraaminen imee itseensä rasvaa ja voitelee sisältä ulos, ei pintojen välillä niinkun metalleilla.

Pelkkää mutua, mutta tuntuu loogiselta...

[ttontsa]

Terästä kevyemmät kuulat, mahdollistaa suuremmat pyörimisnopeudet. Terästä kovempia, pienikitkaisempia ja sileämpiä, mahdollistaa pidemmän käyttöiän. Pienempi vierintäkitkan lämmöntuotto. Pienempi lämpölaajeneminen. Parempi (paras) korroosion ja kemikaalien kesto (täyskeraamiset). Sähköisesti Eristävä laakeri, virtavuodot ja staattinen sähkö ei vaurioita vierintäratoja.

[Teppo Leinonen]

Kiitos vastauksista....
...siitä se ajatus sitten hyppäsi johteiden kelkkoihin....
Mitä jos johteiden kelkat pallottaisi uudestaan keraamisilla kuulilla, niin olisiko siitä etua, vai haittaa?

Nyt kyllä meni vähän OT, mutta kuitenkin.

[Tapani Honkanen]

Kyllä se selittämisen tarve on näköjään tallella. Villen kannanottoon ihmettelen mistä sitä voiteluainetta sikiää sieltä laakerin sisältä kaiken aikaa kun keskeiskiihtyvyys ajaa sen kuivaksi aika pian mikäli pyörimisnopeus on vaikkapa 100 000...200 000 rpm, oman akselinsa ympäri. Siis siinä tilanteessa jos käynnistetään vahingossa ilman voitelua tai tulee voiteluhäiriö, niin tuosta ominaisuudesta saattaa olla etuakin. Täytyisi tutkia, millaiset huokoset ja millainen on öljyn käyttäytyminen noin pienissä kanavistoissa mitä niissä keraameissa, mitä laakerikuulissa käytetään. Millaiset ovat kuulan pinnassa, atomitasolla keraamien kyky vetää öljyn molekyylejä puoleensa. Tribologian mysteereitä on tämä.   

Jäi pois minulta tuo eristävyys, vaikka sen ilmiön kanssa työpaikallani taisteltiin jo pari vuosikymmentä vuotta sitten kun megawattien taajuusmuuttajat aiheuttivat aikamoisia ongelmia. Selvisihän syy outoihin laakerivaurioihin. Vaikka "mopoluokan" karoissa onkin melko pienet tehot, niin suuret taajuudet aiheuttavat kyllä ongelmia kun yliaaltovirrat hakevat oman reittinsä ja jos sattuu menemään laakerin kautta, on se entinen.

Varsinainen vastaus Tepon kysymykseen saattaa löytyä noista edellisistä vastauksista. Ei sitten mitään etua. 

[Ville Vaho]

Edes fanuc robodrillin 24000 kierroksisen karan voitelu ei ole sen kummempi kuin kestorasva, eli sama rasva koko iän. Joka on hyvinkin 6 vuotta täyttä päivää, kolarit tappaa laakerit hyvin äkkiä. Luulis että rasva valuisi pois, mutta näin ei käy. Sama homma normaaleilla laakereilla, suurimmassa osin cnc koneiden karoja. Hyvissä koneissa on spiraali karan ympärillä jossa kiertää öljy tai pakkasneste, lämpöä tasaamassa, joko kylmäkoneella tai sitten tuulettimella. Laakerit ei paljoa lämmitä, työkalusta tulee kivasti lämpöä.

[fixaaja]

Menee vähän ohi keraamisen laakerin mutta laakerivirtoihin tulee suhtautua vakavasti, vaikka kyseessä olisi pienikin moottori. Ennen oli uskomus että tämä ongelma on vain isompien koneiden ongelma mutta syy löytyy uusiem tamujen kasvaneesta tyristorien määrästä. Tietty kombinaatio kun täyttyy koneen rakenteessa niin voi alkaa tuhoisia virtoja kulkemaan. Kotikonsteina kannattaa muistaa käyttää 360 asteen maadoitusta ja mahdollisimman lyhyitä maadoitusjohtimia. EMC-nippa on hyvä vaikka ei sitä muuten tarvisikaan.
Ihan mielenkiinnosta..jos jollakin löytyy kara josta laakerit "porsii" tämän tästä niin kuulisin mielelläni lisää

[viilari]

Mielenkiintoisia käyttökohteita keraamisilla laakereilla:    https://www.google.fi/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=4&cad=rja&uact=8&ved=0CDMQFjAD&url=http%3A%2F%2Fkoyo.ae%2Fen%2Fproduct%2F10%2Fceramic-bearings-and-exsev-bearings.html&ei=1kHrVK7DF8H6ygOJyYHgDA&usg=AFQjCNHkab9_T0F1kutilE5-_lzlyT7tSw&sig2=EjZpn0dYP1Axk44U4rTlWA