Optimalisering av et friksjonspar

Alle maskindeler er produsert med visse tillatte dimensjonsavvik (toleranse). Når en designer sender inn tegninger for produksjon, må han spesifisere toleransene for alle dimensjoner – uten disse kan ingen maskindel produseres.
La oss for eksempel si at du må lage en mekanisme som inneholder et hull og en aksel som er plassert i hullet.
Alle målinger vil fortsatt bli angitt i millimeter. For å gjøre bildene mer illustrerende, har vi overdrevet proporsjonene mellom målingene og deres avvik.

Hullet må være 30 mm i diameter og denne dimensjonen kan maksimalt avvike +0,04 mm. Dvs. hullet kan ha en diameter fra 30,00 mm opp til maksimalt 30,04 mm.

Akselen må ha en diameter på 29,8 mm og kan avvike fra denne dimensjonen med +0,03 mm eller -0,02 mm. Minste diameter må derfor være 29,78 mm og maksimum 29,83 mm. Den totale produksjonstoleransen er dermed 29,83 – 29,78 = 0,05 mm.

Vi plasserer nå akselen i hullet og studerer hvilke klaring med tillatte toleranser som kan oppstå i konstruksjonen.

Minste spillerom er
30 – 29,83 = 0,17

Maksimal klaring er
30.04 – 29.78 = 0.28

Den kritiske slitasjen begrenser hvor mekanismen fungerer

Hvilket spillerom du får i virkeligheten avgjøres tilfeldig. Men uansett hva det er, vil mekanismen fungere i en viss periode i henhold til premissene bestemt av designeren. Med andre ord vil støy og vibrasjon ligge innenfor de tillatte nivåene.

Hovedforskjellen er at en mekanisme med en klaring på 0,17 vil ha flere problemfrie driftstimer enn en mekanisme med en klaring på 0,28. Dette er helt naturlig, for i sistnevnte tilfelle er de faktiske dimensjonene til hullet og akselen nærmere de kritiske slitasjegrensene (merket som svarte stiplede linjer) der støy og vibrasjoner fra mekanismen er merkbart merkbar. Jo nærmere du kommer disse kritiske grensene pga slitasje jo verre fungerer mekanismen.

Behandlingen i rustfritt stål optimaliserer klaring. Det metallkeramiske laget dannes til friksjon og vibrasjon for hvert enkelt friksjonspar blir minimalt, for da er varmedannelsen liten og dannelsen av metallkeramikksjiktet stopper automatisk.
La oss se på tre eksempler:

Her er støy og vibrasjoner så små at vi normalt ikke merker dem. Men de kan registreres med presisjonsinstrumenter.
Etter behandlingen av rustfritt stål har det metallkeramiske laget på noen få mikrometer (tusendels mm) tykkelse blitt dannet på akselen og i hullet; noe som betyr at støy og vibrasjon har redusert ytterligere.
Men fremfor alt beskytter lagene effektivt mot fremtidig slitasje, og i løpet av 2000 driftstimer (tilsvarende ca. 100.000 km)

Her var klaringen før RVS -behandlingen maksimalt 0,28 mm, men den var fortsatt innenfor tillatt margin. Støy og vibrasjoner holdt akseptable nivåer og mekanismen fungerte.
Behandlingen i rustfritt stål danner et metall-keramisk lag. På grunn av større vibrasjoner som resulterer i høyere varmegenerering, blir laget litt tykkere enn i det forrige tilfellet. Derfor er klaring også optimalisert i dette tilfellet til best mulig driftsforhold, og maskindelene er beskyttet mot fremtidig slitasje.

I denne slitte mekanismen har akslene og hullets dimensjoner nærmet seg de kritiske grensene. Støy og vibrasjoner har nådd uakseptable nivåer.
Men de høyere vibrasjonene forårsaker høyere varmegenerering, noe som fører til at det metallkeramiske laget blir enda tykkere under behandlingen av rustfritt stål.
Etter hvert som laget bygger seg opp, reduseres vibrasjonene og varmegenerering. Når varmeenergien ikke lenger er tilstrekkelig, stopper prosessen. Klaringen er optimalisert, mekanismens funksjon gjenopprettes og mekanismen er beskyttet mot slitasje.

Denne begrunnelsen gjelder alle friksjonsdeler; for eksempel tannhjul, kulelager, sveiv- eller rammelager, kjeder osv. Derfor er det helt naturlig at etter RVS -behandlingen «snurrer motoren som en katt», slik flere av våre fornøyde kunder uttrykker det i bokstavene sine.