Kuva 1. Mikropitting-vaurio vaihdelaatikon hampaan pinnalla. (Lähde: Hochmann ja Siebert. Gear Solutions, Kesäkuu 2012.)

Synteettisten öljyjen käytöllä mineraaliöljyjen sijaan on lukuisia etuja vaihteiden ja vaihdelaatikoiden voitelussa. Synteettiset öljyt kestävät yleensä hyvin kuormitusta, ovat vähemmän alttiita hapettumiselle ja tarjoavat pidemmän käyttöiän. Siitä huolimatta synteettisen perusöljyn laadussa ja lisäaineiden välillä on huomattavia eroja, jotka voivat aiheuttaa merkittäviä eroja voiteluaineiden suorituskyvyssä. Tässä artikkelissa tarkastellaan, kuinka nämä erot vaikuttavat mikropitting-kulumiseen.

Suoja mikropitting kulumista vastaan

Mikropitting on eräänlainen väsymysvaurio, joka tapahtuu erittäin kuormitettujen hammaspyörien kovetetuilla hammaskyljillä. Tämä vaurio koostuu erittäin pienistä halkeamista ja huokosista hampaan kyljen pinnalla. Mikropitting-kuluminen näyttää harmahtavalta ja aiheuttaa materiaalihäviöitä ja muutoksen hammaslaippojen profiilimuodossa, mikä voi johtaa hammaspyörien repeytymiseen ja hajoamiseen. Vaihdelaatikon tyypillinen mikropitting-vaurio on esitetty kuvassa 1. Tässä tapauksessa linjausvirhe oli syy mikropitting-kulumisen muodostumiseen.

Edistyneiden voiteluainelaatujen edut

Synteettiset vaihdeöljyt, joissa käytetään pitkälle kehitettyä lisäaineistusta ja laadukasta perusöljyä, voivat pysäyttää mikropitting-kulumisen etenemisen. Nämä laadut saavat aikaan hyödyllisiä reaktioita hammaspyörien ja hampaan kyljen pinnoilla.

Erittäin kuormitetussa vaihdelaatikossa yleisesti käytettävät vaihdeöljyt eivät välttämättä riitä muodostamaan riittävän vahvaa voitelukalvoa, joka erottaa hampaan pinnat toisistaan. Tällaisessa tapauksessa edistyksellisen voiteluaineen lisäaineet suojaavat hampaan kylkiä mikropittingin muodostumiselta.

Taulukko 1. Voiteluöljyjen eroavaisuuksia

Tärkeät olosuhteet ja tekijät

Vaikka voiteluainevalinnalla on suuri merkitys hampaiden suojaamisessa mikropitting-vauriolta, käyttöolosuhteilla ja materiaaleilla, pinnan karheudella ja hammaslaippojen geometrialla on myös vaikutusta (talulukko 2).

Taulukko 2. Eri tekijöiden vaikutus kulumiseen. (Lähde: Hochmann, Michael. “Gear Lubrication — Gear Protection Also at Low Oil Temperature,” AGMA Technical Paper, American Gear Manufacturers Association, 2012, p. 5.)

Mikropittingin lisäksi hammaspyörien hampaan kyljissä tapahtuu samanaikaisesti hankaavaa kulumista. Tämä vika etenee nopeasti ja aiheuttaa materiaalihäviöitä ja muutoksen hammaslaippojen profiilissa, mikä voi johtaa hammaspyörien rikkoutumiseen. Hammaspyörien hammaslaippojen tyypillinen kuluminen on esitetty kuvassa 2.

Kuva 2. Tyypillinen kuluminen teollisuusvaihteessa. (Lähde: Hochmann, Michael, Steve Mazzola, ja Julian Wald. “Gear Lubrication: Long-Term Protection for Wind Turbines,” Power Transmission Engineering, April 2014, pp. 36-44.)

Testaus ratkaisujen validoimiseksi

Erityyppisten öljyjen mikropitting-vaurion ja kulumisensuojan tason määrittämiseksi suoritettiin kolme testiä:

• FZG-mikropitting -testaus suurella kuormituksella

• FZG-hitaan nopeuden kulutustesti

• FAG FE8 -kulutustesti laakerin suojauksen todentamiseksi. (Tämä testi tehtiin normaalilämpötilassa, ja sitä muokattiin alhaisempiin öljyn lämpötiloihin.)

Testit suoritettiin mineraali-, polyalfaolefiini- ja polyglykoliöljyille.

Koetulokset osoittivat, että korkean suorituskyvyn synteettiset vaihdeöljyt, joissa käytetään pitkälle kehitettyä lisäaineistusta, voivat reagoida hyödyllisesti hampaan kylkien pinnalla. Jopa suurilla kuormituksilla ja hitaalla nopeudella mikropittingin muodostuminen ja kulumisvauriot vähenivät huomattavasti (kuva 3).

Kuva 3. Mikropittingin pysäyttäminen käyttämällä tehokasta vaihdeöljyä (polyalfaolefi ini). Tässä testissä verrataan vertailuöljyä (ISO-VG 320-mineraaliöljy ja DIN 5157, AGMA 9005 CLP, EP) korkean suorituskyvyn vaihteistoöljyyn polyalfaolefi inin (Klüberoil GEM 4-320 N) perusteella.