Minkä nuorena hallitsee sen aikuisena taitaa? Liikehallinnan pysyvyys kouluiästä aikuisikään – 24 vuoden seurantatutkimus

Tässä 24 vuoden pitkittäistutkimuksessa tutkitaan liikehallinnan kehitystä ja pysyvyyttä kouluiästä aikuisikään. Lisäksi ennustetaan ja selitetään aikuisiän liikehallintaa kouluiän liikehallinnan perusteella. Tutkimukseen osallistui 44 miestä ja 44 naista eri puolilta Suomea, joiden liikehallintaa mitattiin kouluiässä 1985 ja 1988 (9–16-vuotiaina) sekä aikuisiässä 2009 (33−39-vuotiaina). Liikehallintaa mitattiin kuudella liiketehtävämittarilla (flamingoseisonta, tarkkuusheittokiinniotto, kahdeksikkokuljetus, edestakaisinhyppely, vauhditon 5-loikka ja kärrynpyörä) sekä niistä lasketulla summamuuttujalla. Miesten ja naisten liikehallintaa vertailtiin varianssianalyysilla. Kouluiässä pojat menestyivät välineenkäsittelytehtävissä ja tytöt tasapaino- ja voimistelutehtävissä, mutta kokonaisuutena sukupuolten välillä ei ollut eroa. Aikuisena miehet olivat naisia parempia lähes kaikissa tehtävissä. Kovarianssianalyysissä havaittiin, että kehonrakenteeltaan (BMI) erilaisten ryhmien liikehallinnassa oli vain yksittäisiä eroja koulu- ja aikuisiässä. Toistettujen mittausten varianssianalyysissa ilmeni, että kouluiässä molempien sukupuolten liikehallinnan kehitys oli samanlaista. Kouluiän jälkeen kevyiden ja keskipainoisten poikien liikehallinta parani, mutta painavien tulokset eivät muuttuneet. Kevyiden tyttöjen tuloksissa ei tapahtunut muutosta, mutta keskipainoisten ja painavien tulokset heikkenivät. Koululiikunnan tehostus- ja vertailuryhmien välille kouluiässä muodostuneet erot kaventuivat tai katosivat aikuisena. Kouluiän liikehallinnaltaan eritasoisten ryhmien väliset erot kaventuivat, mutta eivät poistuneet kouluiän jälkeen. Klusterianalyysissa tutkittavat jakaantuivat kouluiässä neljään liikehallintatyyppiin (yleishyvät, tasapainoiset, pallotaitajat ja yleisheikot), jotka säilyivät myös aikuisiässä, mutta niiden väliset erot kaventuivat. Ristiintaulukointi ja khiin neliö -testi osoittivat, että tasoryhmän ja liikehallinnan monipuolisuuden pysyvyys oli vahvaa kouluiästä aikuisikään. Koulu- ja aikuisiän liikehallintatulosten välinen korrelaatio oli naisilla (0.69) vahvempaa kuin miehillä (0.48). Yksittäiset mittaustulokset kouluiässä selittivät keskimäärin 33 % aikuisiän tuloksista (korrelaation neliö). Regressioanalyysissa miesten aikuisiän liikehallintaa selittivät kouluiän muuttujista parhaiten liikehallinnan monipuolisuus sekä liikkuvuus (61 %), mutta naisilla vain liikehallinnan monipuolisuus (37 %). Miesten ja naisten erot liikehallinnassa syntyivät kouluiän jälkeen, mikä johtunee erilaisista liikuntatavoista ja -harrastuksista. Kouluiän liikehallinta määritti vahvasti varsinkin tytöillä aikuisiän liikehallintaa sekä yksilö- että ryhmätasolla, mikä korostaa monipuolisen koululiikunnan merkitystä. Yksilölliset muutokset olivat mahdollisia. Kouluiän jälkeen erityisesti naiset ja kehonrakenteeltaan painavat tarvitsisivat hermolihasjärjestelmää monipuolisesti kuormittavaa ja liikesuunniltaan moniulotteista liikuntaa liikehallinnan kehittämiseksi ja ylläpitämiseksi. Naisten liikehallinnan taantuminen varsinkin tasapainotehtävissä voi altistaa kaatumistapaturmille ja rajoittaa fyysistä toimintakykyä.

Sähkömekaanisen turvalaakerirakenteen suunnittelu

Turvalaakereita käytetään suojaamaan aktiivisia magneettilaakereita vikatilanteiden tapahtuessa. Tässä kandidaatintyössä suunniteltiin erilaisia ratkaisuja toteuttaa turvalaakerin toiminta sähkömekaanisella toimilaitteella. Työn tarkoituksena oli löytää uusia tapoja toteuttaa turvalaakerin rakenne. Uusilla ratkaisuilla poistettiin turvalaakereille ominaisia ongelmia. Suunnittelussa käytettiin perinteisiä koneensuunnittelun menetelmiä. Menetelmien tarkoitus oli mahdollistaa järjestelmällinen suunnittelu. Tässä työssä myös kirjallisuuskatsaus toimi yhtenä suunnittelun vaiheena. Tuloksiksi saatiin hahmotelmia ja 3D-malleja. Tulokset poikkesivat tavanomaisista turvalaakereiden rakenteista. Tuloksissa huomioitiin, että tässä työssä ei suunnitella valmista tuotetta. Suunniteltujen turvalaakereiden toiminta perustui mekanismeihin, jotka toivat mukanaan uusia ominaisuuksia. Sähkömekaanisen toimilaitteen sijoittaminen mekanismeihin oli kuitenkin vaikeaa. Työn tulokset avasivat uusia näkökulmia turvalaakerirakenteiden jatkokehittämiseen.

Multibody models for examination of touchdown bearing systems

Increased rotational speed brings many advantages to an electric motor. One of the benefits is that when the desired power is generated at increased rotational speed, the torque demanded from the rotor decreases linearly, and as a consequence, a motor of smaller size can be used. Using a rotor with high rotational speed in a system with mechanical bearings can, however, create undesirable vibrations, and therefore active magnetic bearings (AMBs) are often considered a good option for the main bearings, as the rotor then has no mechanical contact with other parts of the system but levitates on the magnetic forces. On the other hand, such systems can experience overloading or a sudden shutdown of the electrical system, whereupon the magnetic field becomes extinct, and as a result of rotor delevitation, mechanical contact occurs. To manage such nonstandard operations, AMB-systems require mechanical touchdown bearings with an oversized bore diameter. The need for touchdown bearings seems to be one of the barriers preventing greater adoption of AMB technology, because in the event of an uncontrolled touchdown, failure may occur, for example, in the bearing’s cage or balls, or in the rotor. This dissertation consists of two parts: First, touchdown bearing misalignment in the contact event is studied. It is found that misalignment increases the likelihood of a potentially damaging whirling motion of the rotor. A model for analysis of the stresses occurring in the rotor is proposed. In the studies of misalignment and stresses, a flexible rotor using a finite element approach is applied. Simplified models of cageless and caged bearings are used for the description of touchdown bearings. The results indicate that an increase in misalignment can have a direct influence on the bending and shear stresses occurring in the rotor during the contact event. Thus, it was concluded that analysis of stresses arising in the contact event is essential to guarantee appropriate system dimensioning for possible contact events with misaligned touchdown bearings. One of the conclusions drawn from the first part of the study is that knowledge of the forces affecting the balls and cage of the touchdown bearings can enable a more reliable estimation of the service life of the bearing. Therefore, the second part of the dissertation investigates the forces occurring in the cage and balls of touchdown bearings and introduces two detailed models of touchdown bearings in which all bearing parts are modelled as independent bodies. Two multibody-based two-dimensional models of touchdown bearings are introduced for dynamic analysis of the contact event. All parts of the bearings are modelled with geometrical surfaces, and the bodies interact with each other through elastic contact forces. To assist in identification of the forces affecting the balls and cage in the contact event, the first model describes a touchdown bearing without a cage, and the second model describes a touchdown bearing with a cage. The introduced models are compared with the simplified models used in the first part of the dissertation through parametric study. Damages to the rotor, cage and balls are some of the main reasons for failures of AMB-systems. The stresses in the rotor in the contact event are defined in this work. Furthermore, the forces affecting key bodies of the bearings, cage and balls can be studied using the models of touchdown bearings introduced in this dissertation. Knowledge obtained from the introduced models is valuable since it can enable an optimum structure for a rotor and touchdown bearings to be designed.