Tärkeitä vinkkejä ruuviasiantuntijalta

Boltedilla oli ainutlaatuinen tilaisuus tavata Japanin johtava ruuviasiatuntija, tohtori Tomotsugu Sakai. Hänen kirjaansa Bolted Joint Engineering – Fundamentals and Applications pidetään edelleen ruuvikiinnityksen pääteoksena.

Miten määrität ihanteellisen kiinnityksen, jota käsittelit myös kirjassasi?
”Ihanteellinen kiinnitys pitäisi tehdä mieluummin hyvin saatavissa olevilla, standardisoiduilla kiinnittimillä kuin erikoismuotoilluilla osilla. Tärkeämpää on kuitenkin, että ihanteellinen kiinnitys varmistaa ruuviliitoksen niin, että se ei petä. Koko tuotesuunnittelu menettää merkityksensä, jos liitos pettää edes yhden ainoan kerran. Kaikki näkökulmat on otettava huomioon. Minun mielestäni tärkeintä on suunnittelu, jossa ei jätetä mitään huomioimatta.”

Onko voiteluaineiden käyttö ruuviliitoksissa eduksi?
”On, kitkakertoimen pienentäminen on suotuisaa kaikessa, mikäli kiinnitetyt kappaleet eivät liu’u toisiaan vasten. Jos kiinnitetyt kappaleet ovat ’löystyttävässä ympäristössä’, ne todennäköisesti löystyvät, jos kitkakerroin on pieni, mutta löystymistä ei välttämättä tapahdu.

Ne ovat ’löystyttävässä ympäristössä’, jos ne jatkuvasti liukuvat toisiaan vasten voimalla, joka ylittää tietyn kynnysarvon.”

Miten leikkaussuuntaan, aksiaaliseen suuntaan ja kiertosuuntaan vaikuttavat ulkoiset voimat aiheuttavat liukumista?
”Jos ulkoinen voima vaikuttaa leikkaussuunnassa, se aiheuttaa liukumista. Jos se vaikuttaa aksiaalisessa suunnassa, kiinnitetyt kappaleet irtoavat toisistaan – erotus. Näissä olosuhteissa, kitkakerrointa pienennettäessä, löystyminen on todennäköistä.

Kirjassani Bolted Joint Engineering – Fundamentals and Applications tarkastelin liukumista perinteisellä tavalla kuvaten kiinnitettyjen kappaleiden liukumista kontaktipinnalla – niin kutsuttua makro-liukumista. Voit tarkastella sitä omin silmin, sillä tämäntyyppisen liukumisen tarvitsee olla vain 0,1 mm, jotta sen voi havaita silmin. Noin 1988 todettiin, että ennen makro-liukumista tapahtuu näkymätöntä ’mikro-liukumista’ aiheuttaen kiertoliikettä, joka on niin pientä, että sitä ei voida havaita paljain silmin, tapahtui se löystymisen suuntaan tai ei. Tämä ilmiö, ’mikro-liukuminen’, pienentää vähitellen aksiaalista voimaa. Aiheesta kerrottiin Journal of the Japan Society for Precision Engineering -lehden artikkelissa.”

”Kun kiinnitetyt kappaleet ovat yhteydessä toisiinsa, perinteiset kokeet eivät voi mitata liukumisen määrää kontaktipinnan tietyillä alueilla tai muilla alueilla. Mutta nämä arvot voidaan laskea käyttäen elementtimenetelmää (FEM). Kiinnitinteollisuudessa sitä on käytetty noin vuodesta 2000 lähtien, ja nykyään sitä käytetään useimmissa kierteitettyjen kiinnittimien tutkimuksissa. Tohtori Satoshi Izumin ja muiden 2006 julkaisemassa artikkelissa kerrottiin, että vaiheittainen kiertoliikkeen aiheuttama löystyminen aiheutti enemmän mikro-liukumista (näkymätöntä vähäistä liukumista) kuin makro-liukumista (selvää, näkyvää liukumista). Olin kauhuissani, kun luin ensimmäistä kertaa artikkelin, jossa sanottiin, että mikro-liukumista tapahtuu useasti. Se aiheuttaa vähäistä löystymistä, joka on niin pientä kuin 1 aste per 1000 kertaa tai 1/1000 aste joka kerta. Silmä ei pysty havaitsemaan 1/1000-asteen kiertoliikettä.

Elementtimenetelmällä sitä voi tutkia hyvin, ja mikro-liukuminen aiheuttaa todistettavasti löystymistä. Minusta tuntui kuin olisin ahtaalla! [Naurua] Tulokset heilauttivat radikaalisti oppia liukumisen kriittisestä määrästä.

Olin ajatellut, että mikro-liukuminen aiheuttaisi luonnollisesti värähtelykulumista, mutta en ajatellun sen aiheuttavan rotaatiomaista löystymistä. Minulla ei ollut mahdollisuutta testata sitä silloin. Se oli silmiä avaava kokemus.”

TIEDOT: Mikro-liukuminen
Liukuminen, jota ei näe paljain silmin. Pienentää asteittain puristusvoimaa ja voi lopulta aiheuttaa näkyvän rotaatiomaisen löystymisen (makro-liukumisen). Materiaalin painumat ja relaksaatio voivat myös pienentää puristusvoimaa. Nord-Lock Group on kehittänyt X-sarjan aluslevyjä, jotka huomioivat molemmantyyppisen liukumisen. Ne estävät puristusvoiman häviämisen jousivaikutuksella, kun taas kiilavaikutus estää ruuvin spontaanisen löystymisen.

TIEDOT: Tohtori Tomotsugu Sakai

• 1941 – syntyi Okazakissa, Japanissa.
• 1979 – työskenteli Toyota Motor Corporationissa, minkä jälkeen hän suoritti insinööritieteiden tohtorintutkinnon tarkastellen pääasiassa eri autonosien lujuus- ja kestävyystestejä, tutkimusta ja kehitystä.
• 2001 – siirtyi Toyota Techno Service Corporationiin ja työskenteli kierteitettyjen kiinnittimien opetustyön ja teknisen neuvonnan parissa.
• 2007 – jäi eläkkeelle ja perusti Sakai Consulting Office on Bolted Joint Engineering -yrityksen, jossa hän edelleen tarjoaa ruuviliitoksia koskevaa opetusta ja neuvontaa.