Stick-slip-ilmiö

Stick-slip-ilmiöllä (toisinaan suomennetaan tihkominen) tarkoitetaan liukuvassa liikkeessä kahden pinnan välisen kitkan vaihtelusta syntyvää takertelevaa (engl. stick = juuttua, engl. slip = liukua) liikettä.

Kitkan vaihtelu

Stick-slip-ilmiö johtuu kitkan vaihtelusta liukupintojen välissä. Vaihtelua kitkan suuruuteen aiheuttaa pintojen epäsäännöllisyydet sekä liukupintojen lämpeneminen. Tyypillinen voimakasta värähtelyä aiheuttava stick-slip-ilmiö esiintyy usein polymeeri-tiivistyspinnoissa. Näissä pintapaine on suurehko ja muovipohjainen tiivistemateriaali johtaa lämpöä huonosti pois. Materiaalin lämpeneminen kasvattaa kitkakerrointa, jolloin liikevoima ei enää jaksa liikuttaa esimerkiksi paineilmasylinterin männänvartta, ja liike pysähtyy. Kun painetta on kertynyt tarpeeksi, mäntä lähtee uudelleen liikkeelle. Yleisemmässä muodossa liukuliikkeestä syntyvä värähtely, joka havaitaan äänen muodossa, johtuu kitkan vaihtelusta eli stick-slip-ilmiöstä.

Oheinen kuva esittää stick-slip-ilmiön teoreettista mallia.

V on liikevoiman tuottava toimilaite, R on järjestelmän jousivakio ja M on kuorma, jota siirretään vaakatasossa. Kun liike alkaa, jousi puristuu ja kerää energiaa. Kun voima ylittää lepokitkan, kuorma lähtee liikkeelle. Kitka vähenee liikkeen alkaessa ja jousi purkaa varaamansa energiaa nopeuttaen liikettä. Jousienergian purkautuessa järjestelmän voima ei enää riitä liukukitkan voittamiseen ja liike pysähtyy. Toimilaite kuitenkin jatkaa liikettä ja varaa jousen uudelleen.

Esimerkkejä

Stick-slip-ilmiö on konetekniikassa tunnettu kiusallinen ilmiö, joka usein havaitaan koneen koekäytössä. Tällöin joudutaan säätämään liikenopeuksia tai vaihtamaan liukupintojen materiaaleja tai voitelemaan liukupinnat. Tunnettuja esimerkkejä laitteista, joissa stick-slip-ilmiö voi aiheuttaa ongelmia, ovat paineilmasylinterit, hydrauliikkasylinterit ja työstökoneiden johteet. Liukuliikkeestä syntyvää värinää voidaan myös hyödyntää kuten jousisoittimissa.