Tuo pulttihomma on selvästi jonkinasteinen liikenneturvallisuuskysymys, joten neuvon vakavissani jokaisen, jolla on tuo palloniveltanko pyörässään, ajoittain toteamaan sen kunnon.
Esittämäni laskelma pitää valitettavasti paikkansa. Väsytysluokassa 50 komponentti kestää deltasigmaa 50 MPa 2 000 000 kuormitussykliä 97,5% todennäköisyydellä. Siis esim. tuo pultti.
Jos pultissa on M12x1,5 kierre niin sen sydänpoikkileikkauksen halkaisija on 10,376 mm.
Lujuusluokassa 8.8 se kestää suoraa vetoa reippaasti, myötämään sen pitäisi lähteä noin 5,4 tonnin aksiaalisella vedolla. Kovemmissa lujuusluokissa numerot sen kun suurenee vaan. Mikään Moto Guzzi ei jaksa vetää tuollaista pulttia poikki.
Mietitäänpä sitten, että mitä on tapahtunut kun katkeamisia tunnetaan. Valmistusvika? Huono materiaali? Molemmat on joten kuten mahdollisia, mutta eivät todennäköisiä syitä. Tuon kaltaisia nivellaakereita käytetään niin laajasti, että lähtökohtaisesti on oikeudenmukaista ajatella, että niiden laadunvalvonta on samalla tasolla kuin pulttitehtailla. Katkenneen pultin osat voidaan tutkia laboratoriossa suhteellisen helposti niin, että materiaalivika ja valmistusvika voidaan jättää pois laskuista.
No miten sen väsymisen kanssa oikein menee asiat? Jos nivellaakeri on täysin kitkaton tai hyvin pienikitkainen, niin jousituksen ylös -alas liikeestä ei laakerin varteen synny taivuttavaa momenttia. Jos laakerissa on metalli metallia vasten, on kestovoitelu päässyt kuivahtamaan, niin siinä on kitkaa ja kitkamomentti kasvaa nivellaakerin kuormituksen myötä, siis sen vetovoiman, joka pitää vastaan kun perävälitys pyörittää takapyörää. Mitä kovemmin kiihdyttää, sen lujemmin tankoon tulee vetoa. Maksimi suoritus lienee luokkaa 3000N , joka on noin 300 kilopondia. Isommilla voimilla takapyörä alkaa sutimaan.
Tuosta ylös -alas liikkestä tulee nivellaakerin kierrevarteen taivutusmomentti, siis vähän kuin otettaisiin kiinni laakerikuoresta putkitongilla ja keikuteltaisiin pihtiä pyörän pituusakseli suunnassa. Tämä on sille myrkkyä. Jos pultin ydinhalkaisija on 10.376 mm,on sen taivutusvastus W jokseenkin 110 mm3. Taivutusjännitys sigma = M/W. Jos delta sigma eli jännityksen vaihtelu on vaikkapa 50MPa, on yhteen suuntaan tapahtuvan taivutuksen jännitys oltava 25 MPa. Siihen tarvittava taivutusmomentti M = 25 x 110 = 2750Nmm = 2,75 Nm = 0,275 Kpm.
Tiede siis sanoo, että M12x1,5 pultti kestää ees- taas- nitkuttavaa +/- 2,75 Nm taivutusta kierreosan kohdasta 2 000 000 edestakaista kertaa 97,5% todennäköisyydellä. Väsymiskestävyyteen liittyy aina melkoisen suuri hajonta, joten 2,5% pulteista ei kestä tuota rääkkiä, keskimäärin kestävät ehkä 30% enemmän ja 2,5% pulteista kestää esim. kaksinverron tuon suuruisen rasituksen.
Jos nivellaakerin varaan pannaan 100 kg kuorma, niin helposti se tarvitsee enemmän kuin 0,275 kpm momentin pyörähtääkseen.
Sitten mietitään, että mistä pulttiin voi tulla 2 000 000 edestakaista liikahdusta. Jos tiessä olisi pieni heitto 100 metrin välein, niin olisi ajettava 200 000 km. Jos momentti onkin isompi, esim. nivellaakerin huonosta herkkyydestä ja reaktiotangon isommasta kuormituksesta johtuen vaikka kaksinkertainen: Väsymissärön kasvun kolmannen potenssin kaava antaa kestoiäksi 100 MPa:n jännityssyklille 250 000 kappaletta. Jos syystä tai toisesta kitkamomentti on vielä isompi, esim. 1 kpm = 10 000 Nmm, sykli on jo 180 MPa ja odotettavissa oleva kestoikä 43 000 edestakaista väännähdystä. 100 metrin välein tapahtuva jousto noin isolla momentilla johtaisi murtumaan 4300 km matkan kuluttua 2,5% todennäköisyydellä.
Mitäs tästä jäi näppiin? Pultin katkeaminen väsymällä on mahdollista. Jos käyttö on raskasta ja nivellaakeri pyörii tahkeasti, katkeaminen on jopa todennäköistä kun riittävästi on kilometrejä ja joustoliikkeitä takana.
Paljaalla silmällä ei pysty näkemään nivellaakerin kierteessä mitään erityistä vaikka sen viimeiseen hetkeen olisi lyhyt matka. Moottorikoneistamoissa, joissa tehdään särötutkimukset esim. kampiakselille yms. on tunkeumaväritarkastukseen taito ja heillä voi olla mahdollisuus tarkistuttaa tuo jenka. Siinä, miten herkkä materiaali on murtumaan irti poikki kasvavan särön kohdasta, on suuria eroja. Esim jousiteräkseen pintaan riittää hyvin pieni hiushalkeama aiheuttamaan hauraan katkeamisen, mutta pulttiteräksen luulisi olevan sitkeämpää tuossa suhteessa. Jos jengasta löytyy särö, niin sitä osaa ei pidä ottaa enää käyttöön. Loppu on lähellä.
Tämähän olisi simppeli juttu ellei mukana olisi Gaussin keksimä hajonta. Mahdollisesti nuo katkeamistapaukset edustavat Gaussin hajonnan huonon pään häntää ja kaikilla muilla on osunut komponetti sieltä hajonta-alueen vastakkaisesta reunasta eikä mitään ongelmaa ole nyt eikä koskaan tulevaisuudessa.
En halua maalata Luciferia seinälle, mutta pitäkää ne nivelet notkeina. Ja miettikää tarkastusmahdollisuutta, ainakin jos kilometrejä on runsaasti takana. Väsymissärö on pirullinen, ihan pientä ei löydä, mutta alkuun päästyään se etenee takuuvarmasti siihen saakka että pultti katkeaa. Se alkuunpääsy sillekin on vaikeinta, onneksi.
