Ugrás a tartalomhoz

Gépelemek

Agg Géza, Apró Ferenc, Békés Attila, Bakosné Diószegi Mónika, Bercsey Tibor, Bisztray B. Sándor, Borbás Lajos, Budai Zoltán, Bukoveczky György, Devecz János, Eleőd András, Gyurecz György, Halmai Attila, Horváth Sándor, Jálics Károly, Kamondi László, Kátai László, Kováts Attila, Kozma Mihály, Körtvélyesi Géza, Loboda Klára, Lovas László, Marosfalvi János, Moharos István, Moharos Sándor, Molnár László, Nagy József, Németh Géza, Péter József, Siposs István, Szabó István, Szendrő Péter, Szente József, Sztachó Pekáry István, Tiba Zsolt, Tóth József, Varadi Károly

Mezőgazda Kiadó

Gördülőcsapágyak, gördülővezetékek

Gördülőcsapágyak, gördülővezetékek

A gördülőcsapágy az egyik leggyakrabban alkalmazott gépszerkezeti elem, ami szinte valamennyi forgómozgást végző gép és berendezés nélkülözhetetlen alkatrésze. Előnyös tulajdonságai − a nagy terhelhetőség, a széles fordulatszám- és hőmérséklet-tartományban való alkalmazhatóság, a kis indítási és üzem közbeni súrlódási ellenállás, a nagy futáspontosság, a kis beépítési helyszükséglet, a csekély gondozást igénylő üzemeltetés stb. − révén magas műszaki követelményeket kielégítő, gazdaságos ágyazások megvalósítására alkalmas. A gördülőcsapágyak a szabványosított csatlakozó méretek miatt egyszerűen és gyorsan cserélhetők.

A különböző szerkezeti kialakítású gördülőcsapágyakat a XIX. század második felében, illetve az 1900-as évek elején fejlesztették ki. Általános elterjedésük azonban csak a gördülőcsapágy-gyártó üzemek kialakulásával indulhatott meg, amikor is a gördülőcsapágyakat jó minőségű és nagy tisztaságú anyagból, nagy pontossággal kezdték gyártani, biztosítva ezzel a terhelés alatti elmozdulás legkedvezőbb feltételeit. A csapágyat a tervező mint szerkezeti egységet építi be, a többnyire normál pontosságú csatlakozó felületek közé.

Alapfogalmak, szerkezeti kialakítás

A csapágy két szerkezeti elem (az egyik rendszerint a tengely, a másik pedig valamilyen ház) között adja át a terhelést, azok üzemszerű, relatív elfordulása mellett. Gördülőcsapágyak esetén a két elmozduló felületet gördülőtestek (golyók, görgők) választják el egymástól.

A gördülőcsapágyak tipikus szerkezeti elemei a csapágygyűrűk vagy csapágytárcsák és a gördülőelemek. A kosár feladata a gördülőelemek közötti távolság tartása, illetve a gördülőelemek vezetése. A gördülőcsapágyak jellemző szerkezeti elemeit a 401. ábra mutatja.

401. ábra - A gördülőcsapágyak jellemző szerkezeti elemei a) az egysorú, mélyhornyú radiális golyóscsapágy látszati képe, b) az egysorú, mélyhornyú radiális golyóscsapágy szerkezeti elemei, c) az axiális golyóscsapágy szerkezeti elemei

kepek/401.png


A csapágygyűrűk vagy csapágytárcsák és a gördülőelemek anyaga nagy tisztaságú krómacél (az anyag tisztaságának növelése érdekében az acélt gyakran vákuumban újra ömlesztik) 820…850 °C-on edzve, majd 150…170 °C-on megeresztve. A gyűrűk, illetve a tárcsák, továbbá a gördülőelemek keménysége 60–64 HRC. Kísérletileg igazolták, hogy egy csapágy élettartama akkor a legnagyobb, ha a gördülőelemek keménysége 1…2 HRC-vel nagyobb, mint a gyűrűké.

A csapágy gyártása során a tömör rúdból vagy csőből darabolt, kovácsolt és forgácsolt (esetleg csak forgácsolt) elemeket hőkezelik, majd kemény állapotban köszörülik. A megmunkálást a kemény felületek szuperfiniselése zárja.

A kosarat leggyakrabban szénszegény, lágy acéllemezből sajtolják. Ez a kosártípus könnyű, és olyan az alakja, hogy a kenőanyag könnyen bejuthat a csapágy működő felületei közé. Nagypontosságú csapágyakhoz vagy nagy üzemi fordulatszám esetén rézötvözetből forgácsolt kosarat alkalmaznak, de elterjedtek a különböző műanyag (textolit, poliamid stb.) kosarak is.

Szerelés előtt a csapágyalkatrészeket méret szerint összeválogatják, így pl. egy csapágyon belül a gördülőelemek átmérője közötti különbség, az ún. csoporttűrés nem lehet nagyobb, mint 0,2 µm.

A szerelés módja a csapágy szerkezeti kialakításától függ. A 402. ábra példaképpen egysorú, mélyhornyú golyóscsapágy szerelését mutatja be. Szerelés után a csapágyakat demagnetizálni kell, mert a mágnesség vonzaná a vaskopadékot, ez pedig a csapágy idő előtti tönkremenetelét okozná.

402. ábra - Az egysorú mélyhornyú golyóscsapágy szerelése

kepek/402.png


A gördülőcsapágyak jellemző csatlakozó méreteit a 403. ábramutatja.A csatlakozó méreteket nemzetközi szabványok ún. főmérettáblázatokban rögzítik. A főmérettáblázatok szerint egy szabványos d furatátmérőhöz egy sorozat D palástátmérő tartozik, ezek alkotják a 8, 9, 0, 1, 2, 3 és 4 jelű átmérősorozatot, amelynél a D palástátmérő a számsorban jobbra haladva növekszik. Minden átmérősorozatban több szélességsorozat is van, ezeknek 0, 1, 2, 3, 4, 5 és 6 jele szerint a B csapágyszélesség a sorban jobbra haladva növekszik.

403. ábra - A gördülőcsapágyak jellemző csatlakozó méretei a) általános kialakítású radiális csapágy, b) kúpgörgős csapágy, c) axiális csapágy

kepek/403.png


Az átmérő- és a szélességsorozat kombinációja a méretsorozat, amelynek értelmezése a 404. ábrán látható. A 32 méretsorozatú csapágy pl. a 3 szélesség- és a 2 átmérősorozatba tartozik.

404. ábra - A méretsorozat értelmezése

kepek/404.png


Egy mélyhornyú golyóscsapágy geometriai kialakítását és jellemző belső méreteit a 405. ábra mutatja. A csapágy közép- vagy osztókörátmérője a gördülőpálya-átmérők számtani közepe, ami jó közelítéssel a furat-, illetve palástátmérőből is számítható:

dm = 0,5 ∙ (Dp + dp) 0,5 ∙ (D + d).

405. ábra - Az egysorú mélyhornyú golyóscsapágy geometriai kialakítása és jellemző geometriai méretei

kepek/405.png


A külső és belső gördülőpálya, valamint a gördülőelem között értelmezhető a gördülőpálya és a gördülőelem simulása:

f k = r k d g és fb=rbdg, ahol általában mélyhornyú golyóscsapágyak esetén fk = fb = 0,51–0,52 .

Fontos geometriai jellemző a csapágy radiális hézaga (Hr), ami a geometriai méretekből számítható:

Hr = Dpdp – 2dg.

A tengelyre ható terhelések irányuk szerint lehetnek radiálisak vagy axiálisak. Az egyidejűleg ható sugár- és tengelyirányú terhelést összetett terhelésnek nevezzük (406. ábra). A gördülőcsapágyon belül az erő a tengelyről a csapágyházra a csapágygyűrűkön és a gördülőelemeken keresztül adódik át.

406. ábra - Tengelyek terhelései a) radiális terhelés, b) axiális terhelés, c) összetett terhelés

kepek/406.png


Hatásvonalnak nevezzük azt az egyenest, amelynek irányában a gördülőelem az erőt az egyik gyűrűről a másikra átviszi. A hatásvonal és a csapágy forgástengelyére merőleges sík által bezárt szög a hatásszög.

A hatásvonal iránya, illetve a hatásszög nagysága elsősorban a csapágy szerkezeti kialakításától függ, de kismértékben a csapágyra ható terhelés iránya is befolyásolja.

A 407. ábra mélyhornyú golyóscsapágy hatásvonalát és hatásszögét (α) mutatja tiszta radiális, illetve tiszta axiális terhelés esetén.

407. ábra - Az egysorú, mélyhornyú golyóscsapágy a) hatásvonala, b) hatásszöge

kepek/407.png


A hatásszög a csapágy egyik legfontosabb jellemzője, mert ettől függ a csapágy belső erőjátéka, ami megszabja, hogy a csapágy milyen irányú erők felvételére alkalmas.

Gördülőcsapágy-típusok

A különböző kialakítású gördülőcsapágyakat legáltalánosabban a hatásvonaluk szerint lehet csoportosítani. A kis hatásszögűek (α < 10…15°) a radiális csapágyak. Ezek elsősorban radiális erővel terhelhetők, bár legtöbbjük kisebb axiális terhelés felvételére is alkalmas. Ha a hatásszög 10…15° és 50…60° közé esik, akkor ferde hatásvonalú csapágyakról beszélünk. Ezek jelentősebb axiális és radiális erővel is terhelhetők. Axiális csapágyak (α > 50…60°) beépítése akkor célszerű, ha a radiális erő kicsi, de jelentős az axiális irányú terhelés.

A gördülőcsapágyak gördülőelemük alakja szerint is megkülönböztethetők. A golyóscsapágy gördülőeleme golyó, a görgőscsapágyé valamilyen görgő (408. ábra). Míg a golyóscsapágyban a golyó és a gördülőpálya pontszerűen érintkezik, addig a görgőscsapágyban a görgő egy vonal mentén fekszik fel. Az érintkezési viszonyokból következik, hogy a vonalérintkezésű csapágyak fajlagosan jobban terhelhetők, mint a pontérintkezésűek. Előnyösebben alkalmazhatók a görgőscsapágyak lökésszerű terhelések esetén is.

408. ábra - Görgőtípusok a) hengergörgő, b) tűgörgő, c) kúpgörgő, d) hordógörgő, e) kúpos hordógörgő, f) rugógörgő

kepek/408.png


Beállóképesség tekintetében merev és beálló csapágyakról lehet beszélni. A merevgördülőcsapágy külső gyűrűje a belső gyűrűhöz képest a csapágy tengelyére illeszkedő síkban nem, vagy csak igen kis mértékben fordítható el. A beállógördülőcsapágy gyűrűi viszont egymáshoz képest kismértékben elfordíthatók anélkül, hogy a csapágy kifogástalan működését zavarnák. A beálló csapágy szerelési és alakváltozási hibák kiegyenlítésére szolgál. Két csapágyház közötti egytengelyűségi hiba vagy nagy tengelylehajlás esetén a merev csapágyban jelentős járulékos terhelések ébredhetnek, amelyek a csapágy idő előtti meghibásodását okozhatják.

A gördülőcsapágyak különböző gyártási hézaggal kerülnek forgalomba. Az alapkivitelű csapágyak, amelyek gyártási hézagait szabványok írják elő, normálhézagúak. Az esetenként különböző beépítési és üzemi feltételek miatt a normál hézagú csapágyak mellett kisebb, azaz szűkítetthézagú (jele C2 és C1), és nagyobb, azaz bővített hézagú (jele C3, C4 és C5) csapágyakat is készítenek. A radiális csapágyhézag értelmezése a 403. ábrán látható, az axiális és szöghézag értelmezését pedig a 409. ábra mutatja.

409. ábra - Az axiális csapágyhézag (a) és a szöghézag (b) értelmezése egysorú, mélyhornyú golyóscsapágyak esetén

kepek/409.png


Csapágyhézagon az összeszerelt gördülőcsapágy egyik gyűrűjének a rögzített másik gyűrűhöz viszonyított elmozdulását értjük, az egyik szélső helyzettől a másikig anélkül, hogy a gyűrűk és a gördülőelemek közötti érintkezésnél rugalmas alakváltozás jönne létre. A csapágy működése szempontjából elsősorban a radiális csapágyhézagnak van jelentősége. Általános szabály, hogy üzemmeleg állapotban a gördülőcsapágyak hézaga nulla vagy néhány mikrométer legyen. (Megjegyezzük, hogy golyóscsapágyak esetén a kisebb előfeszítés sem káros.)

Az alapkivitelű csapágyak pontosságát a szabvány a 0 pontossági osztályba (normál pontosság) sorolja, és P0-val jelöli. A normál tűrések mellett a szabvány szűkített tűrésű, azaz fokozott pontosságú csapágyakra is tartalmaz előírásokat. A fokozott pontosságú csapágyak P6, P5, P4 és P2 kivitelben készülnek. Fokozott pontosságú csapágyak beépítésével egyrészt növelhető a tengely futáspontossága (pl. szerszámgépek esetén), másrészt növekszik a csapágy határfordulatszáma.

Az egysorú mélyhornyú golyóscsapágy (410/a ábra) a legnépszerűbb és a leggyakrabban alkalmazott típus. A gördülőelemeket a csapágygyűrűkben kialakított mély, a golyókhoz jól simuló horony vezeti. Elsősorban radiális erővel terhelhető, de alkalmas mindkét irányba ható axiális terhelés felvételére is. A csapágy egyszerű kivitelű, súrlódási ellenállása kicsi, ezért nagy fordulatszámú tengelyek ágyazására is alkalmas. Az üzem közbeni karbantartási hiányosságokra nem érzékeny, és viszonylag olcsó. Rendszerint lemezkosaras (lágyacél) kivitelű, de kapható tömör sárgaréz vagy polimer kosárral is. A csapágy névleges hatásszöge 0°. A merev csapágyak csoportjába tartozik, azért a szerelési és alakváltozási hibákra érzékeny.

410. ábra - Mélyhornyú golyóscsapágyak a) egysorú, b) kétsorú

kepek/410.png


A mélyhornyú golyóscsapágyak – de más csapágytípusok is – készülhetnek tömített kivitelben is. A tömített csapágyak egyik vagy mindkét oldalán védőlemez vagy tömítőtárcsa van. A kétoldalt tömített csapágyakat gyárilag töltik fel kenőzsírral, üzem közben utánkenést nem igényelnek. Ily módon gondozást nem igénylő ágyazások készíthetők.

A védőtárcsák lágyacél lemezből készülnek, és nem súrlódó tömítések (411/a ábra). A tömítőtárcsa anyaga gumi, ami a csapágyba szerelve súrlódó tömítést ad. A tömítőhatás érvényesülhet axiális vagy radiális (411/b ábra) irányban. A tömítőtárcsás csapágyak határfordulatszáma a gumitárcsa súrlódása miatt mintegy 30%-kal kisebb, mint a porvédő lemezes csapágyaké.

411. ábra - Tömített csapágyak a) védőlemezes, b) tömítőtárcsás

kepek/411.png


A tömített csapágyakat olyan helyen alkalmazzák, ahol megfelelően hatásos tömítés helyszűke miatt nem alakítható ki, vagy a csapágy utánkenése nem biztosítható. Tipikus alkalmazási terület pl. a háztartási gépek.

A hengergörgős csapágy (412. ábra) készülhet egy- vagy kétsoros kivitelben, rövid (lg/dg ≈ 1) vagy hosszú (lg/dg > 1) hengergörgővel (ahol lg a gördülőelem hossza, dg pedig a gördülőelem átmérője). A hengergörgőket a külső gyűrűn vagy a belső gyűrűn kialakított vezetővállak vezetik. A csapágy szétvehető, mert a vezetővállas gyűrű a görgősorral együtt a másik gyűrűről egyszerűen lehúzható. Ez lényegesen egyszerűsíti a szerelést, különösen akkor, ha a terhelési viszonyok miatt mindkét csapágygyűrűt szorosan kell illeszteni.

412. ábra - A leggyakrabban használt hengergörgős csapágyak a–e) hengergörgős csapágyak, f–g) kétsorú hengergörgős csapágyak, h–j) tűgörgős csapágyak

kepek/412.png


A hengergörgős csapágyak egyes típusai (pl. az NU, N, NNU, NN sorozatú csapágyak) kizárólag radiális erő felvételére alkalmasak, axiális erővel szerkezetüknél fogva sem terhelhetők. Az NJ sorozatú csapágy egy irányba ható, az NUP sorozatú pedig mindkét irányba ható kis axiális erőt is képes felvenni. Mindkét irányú kis axiális terhelés felvételére alkalmas az NJ sorozatú csapágy, ha sarokgyűrűvel szereljük (412/e ábra). Megjegyezzük, hogy bár a hengergörgős csapágyak egyes típusai felvehetnek kis axiális terhelést, üzemszerű axiális erővel ezeket nem célszerű terhelni. Ezeket a csapágyakat csupán axiális helyzetrögzítésre építjük be. A hengergörgős csapágy hatásszöge 0°.

A hengergörgős csapágyban a hengeres gördülőelem és a hengeres gördülőpálya érintkezése esetén – az érintkező testek véges szélessége miatt – a nyomás az érintkezési vonal mentén nem állandó, hanem a görgő végeinek környezetében nagyobb (412/a ábra). A feszültségtorlódás elkerülésére a hengergörgő végein enyhén ívelt szakaszt alakítanak ki (413/b ábra), vagy szokásos a görgő teljes meridián görbéjét íveltre készíteni (413/c ábra).

413. ábra - A hengergörgő meridián görbéjének szokásos kialakítása és a nyomáseloszlás (p) a görgő hossza (l) mentén a) hengeres gördülőelem, b) hengeres gördülőelem a két végén ívelt kialakítással, c) ívelt meridián görbéjű gördülőelem

kepek/413.png


Az egysorú hengergörgős csapágy alapkivitelben sajtolt lemezkosárral (lágyacél vagy sárgaréz) készül, és viszonylag nagy fordulatszámra is alkalmazható. (A hengergörgős csapágy ún. határfordulatszáma nagy.)

A kétsorú hengergörgős csapágy (412/f és g ábra) a kisebb gördülőelem-tömeg (kisebb a gördülőelemre ható centrifugális erő), a tömör sárgaréz kosár (kisebb súrlódási ellenállás) és az egymáshoz képest fél osztással eltolt görgősor (kisebb a csapágy által keltett rezgés) miatt kifejezetten nagy üzemi fordulatszámokra alkalmas. A külső gyűrűbe munkált horony és a furatok a kenést szolgálják. A kétsoros hengergörgős csapágyat nagy futáspontosságuk miatt gyakran építik be szerszámgépekbe is.

A hengergörgős csapágy különleges változata a tűgörgős csapágy (412/h–j ábra). A tűgörgők átmérője 2…5 mm, hosszúságuk lg = (3…10)∙dg. A görgőket a kerület mentén lemezkosár vezeti, az oldalvezetést pedig rendszerint a külső gyűrű adja. Az egy-, illetve kétsoros kivitelben gyártott tűgörgős csapágyak kizárólag radiális erővel terhelhetők.

A tűgörgős csapágy radiális helyszükséglete a legkisebb, ezért elsősorban olyan helyeken alkalmazzák, ahol sugárirányban kevés hely áll rendelkezésre. A 400/h ábra az alapkivitelű tűgörgős csapágyat mutatja külső és belső gyűrűvel. A csapágy beépíthető belső gyűrű nélkül is (412/i ábra), amikor is a belső futópálya a tengelyen van, és a tengelycsapot kell gördülőcsapágy minőségben elkészíteni. Tovább csökkenthető a radiális helyigény a tűgörgőskosarak alkalmazásával. Tűgörgős kosarak beépítése esetén a külső gördülőpálya a házban, a belső pedig a tengelyen van kialakítva.

A radiális beálló csapágyak (414. ábra) közös jellemzője, hogy a külső gördülőpálya gömb felületű, ami lehetővé teszi a belső gyűrű tengelyirányának kismértékű megváltozását. A belső gyűrű homloksíkjának megengedett szögeltérése a külső gyűrűhöz viszonyítva 2–3°.

414. ábra - Radiális beálló gördülőcsapágyak a) kétsorú beálló golyóscsapágy, b) egysorú beálló görgőscsapágy, c) kétsorú beálló görgőscsapágy

kepek/414.png


A kétsorú beálló golyóscsapágyat (414/a ábra) a svéd SKF (Svenska Kullager Fabriken) cég kezdte gyártani Sven Wingquist mérnök 1907-es találmánya alapján, a közlőműveknél akkoriban kiterjedten használt beálló siklócsapágyak helyettesítésére. Ez a találmány alapozta meg az SKF cég világhírnevét, és lényegében erre az időre tehető a nagyüzemi gördülőcsapágy-gyártás kezdete is. S. Wingquist első vázlata a beálló golyóscsapágyról (415. ábra) ma már értékes műszaki-történeti emlék.

415. ábra - S. Wingquist első vázlata (1907) a beálló golyóscsapágyról

kepek/415.png


A beálló golyóscsapágy elsősorban radiálisan terhelhető, de alkalmas mindkét irányba ható kisebb axiális erő felvételére is. A rossz simulás miatt a külső gyűrű és a gördülőelem érintkezése szilárdságtanilag kedvezőtlen, ezért a csapágyak teherbírása csak mintegy kétharmadaa hasonló „ablakméretű” mélyhornyú golyóscsapágyénak. A súrlódási viszonyok viszont kedvezőek, ezért határfordulatszámuk nagy. Alapkivitelben sajtolt acéllemez kosárral készülnek, de beszerezhetők tömör sárgaréz kosárral is.

Ritkábban használják az egysorú beálló görgőscsapágyat (414/b ábra). A hordógörgőt a belső gyűrűn kialakított két váll vezeti. Ez a csapágy − a beálló golyóscsapágyhoz hasonlóan − nagy radiális és kisebb axiális erők felvételére alkalmas, de a gördülőelem-gördülőpályák vonalszerű érintkezése miatt a fajlagos terhelhetőség a beálló golyóscsapágyhoz viszonyítva lényegesen nagyobb. Elterjedtebben alkalmazzák a kétsorú beálló görgőscsapágyat (414/c ábra), amelynek hatásszöge 8…14°.

A gördülőelemeket régebben a belső gyűrűn kialakított vállakkal vezették (a 414/b ábrához hasonlóan), de kedvezőbb és a belső gyűrű gyártása szempontjából egyszerűbb a 414/c ábrán bemutatott megoldás, amelynél a görgőket a középen elhelyezett távolságtartó gyűrű támasztja meg. A viszonylag nagy számú, nagy átmérőjű és hosszú hordógörgők miatt valamennyi csapágytípus közül a kétsorú beálló görgőscsapágy a legnagyobb teherbírású. Előnyösen alkalmazható dinamikus terhelések felvételére is.

A kétsorú beálló görgőscsapágy nagy teherbírásából következik, hogy nemcsak a szerelési és alakváltozási hibák kiegyenlítésére építhetők be, hanem akkor is, ha igen nagy a radiális erő. A 416. ábra olyan beépítést mutat, amikor csak a teherbíró és nem a beállóképességet használjuk ki.

416. ábra - Vasúti ágytok csapágyazása két, kétsorú beálló görgőscsapággyal. A csapágyazás nagy terhelések és ezen belül jelentős dinamikus hatások felvételére alkalmas

kepek/416.png


Az egy- és kétsorú beálló görgőscsapágyban − tökéletesen merev testek feltételezésével is − az érintkezési vonal két pontjában van csak tiszta gördülés, a többi érintkezési pontban pedig a gördülés mellett csúszás is fellép (417. ábra). Emiatt a beálló görgőscsapágyak súrlódási vesztesége nagy, ami korlátozza a határfordulatszámot. A beálló görgőscsapágyak csak viszonylag kisebb fordulatszámú tengelyek ágyazására alkalmazhatók.

417. ábra - Csúszási sebességek a beálló görgőscsapágy meridián görbéje mentén

kepek/417.png


Régebben a kétsorú beálló görgőscsapágyakba ún. szimmetrikus hordógörgőket építettek be. Újabban a hordógörgő aszimmetrikus, azaz a görgő belső oldalon lévő átmérője nagyobb. Ezzel a megoldással javulnak a csúszási viszonyok, és nő a határfordulatszám.

A hengergörgős csapágy és a beálló görgőscsapágy jó tulajdonságait egyesíti a legújabb fejlesztésű SKF-csapágy, az ún. CARB csapágy, amelyik a hengergörgős csapágy viszonylag nagy teherbírását és magas határfordulatszámát egyesíti a beálló görgőscsapágy szerelési hibákkal szembeni érzéketlenségével. A CARB csapágy szerkezeti kialakítását − a beálló görgőscsapágyhoz viszonyítva − a 418. ábramutatja. A 419. ábraa CARB csapágy szög- és axiális hibakiegyenlítési képességét szemlétei. Előnyösen lehet a CARB csapágyat papírgyártó gépsorok szárítóhengereinek vagy hengerműhengereinek csapágyazásához használni, azaz olyan helyen, ahol a nagy terhelés és szerelési szöghiba mellett a magas hőmérséklet miatt jelentősebb hőtágulásokkal is számolni kell.

418. ábra - A beálló görgőscsapágy és a CARB csapágy felépítésének összehasonlítása

kepek/418.png


419. ábra - A CARB csapágy szög- és axiális szerelési hiba kiegyenlítésre alkalmas

kepek/419.png


Beállóvá tehetők a merev gördülőcsapágyak is, ha a külső gyűrű palástfelületét gömb alakúra készítjük és gömb felületű csapágyházba építjük be. Leggyakrabban a mélyhornyú golyóscsapágyak külső gyűrűi készülnek gömb alakú palástfelülettel – ezek az ún. Y-csapágyak –,de gyártanak így hengergörgős csapágyakat is. A 420. ábra sajtolt lemezházba szerelt Y csapágyat mutat. A csapágy széles belső gyűrűvel készül, és a tengelyen excentergyűrűvel rögzíthető. A csapágygyűrűk közötti tömítés egyszerűbben és hatásosabban oldható meg, mint a belső beállóképességű csapágyak esetén. Teherbírásuk és határfordulatszámuk 30–50%-kal kevesebb, mint a hasonló méretű golyóscsapágyaké.

420. ábra - Sajtolt lemezházba szerelt Y csapágy

kepek/420.png


Az Y csapágy csak szereléskor beálló, a lemezházfeleket összefogó csavarok meghúzása után a beállóképesség megszűnik. Az Y csapágy a kevésbé igényes csapágyazási helyeken alkalmazható előnyösen. Megtalálható pl. a mezőgazdasági gépekben, szállítóberendezésekben, építőipari gépekben stb. Fő előnyük az egyszerűség és az olcsóság.

A ferde hatásvonalú gördülőcsapágyak (421. ábra) a radiális terhelés mellett jelentős axiális erőt is felvesznek.

421. ábra - Ferde hatásvonalú csapágyak a) vállcsapágy, b) egysorú, ferde hatásvonalú golyóscsapágy, c) négypont érintkezésű golyóscsapágy osztott külsőgyűrűvel, d) négypont érintkezésű golyóscsapágy osztott belsőgyűrűvel, e) kúpgörgős csapágy, f) kétsorú, ferde hatásvonalú golyóscsapágy, g) kétsorú kúpgörgős csapágy

kepek/421.png


A vállcsapágy (421/a ábra) belső gyűrűje megegyezik a mélyhornyú golyóscsapágyéval, külső gördülőpályája viszont aszimmetrikus. A szerelést könnyíti, hogy a külső gyűrű levehető a csapágyról. A csapágy hatásszöge kicsi, határfordulatszáma nagy. A vállcsapággyal elsősorban a kisméretű elektromos berendezések és finommechanikai készülékek (dinamók, indítómotorok, háztartási készülékek stb.) tengelyeit ágyazzák, kb. 30 mm furatátmérőig.

Az egysorú ferde hatásvonalú golyóscsapágy (421/b ábra) mindkét gördülőpályája aszimmetrikus kialakítású, és a gyűrűk homlokfelületeinek szélessége a két oldalon különböző. Hatásszögük 15…40°, de legelterjedtebben a 40°-os hatásszögű csapágyat használják. A csapágy nem szedhető szét.

Mind a vállcsapágy, mind az egysorú, ferde hatásvonalú golyóscsapágy csak egy irányba ható axiális erő felvételére alkalmas, ezért gondoskodni kell a tengely másik irányú axiális megtámasztásáról is, célszerűen egy másik ferde hatásvonalú csapágy beépítésével.

Egysorú, ferde hatásvonalú csapágyak beépítése esetén a csapágyakra ható radiális erőkből járulékos axiális terhelések keletkeznek. Ilyen esetekben az egyik csapágy radiális terheléséből származó járulékos axiális erőt a másik csapágy veszi fel, és megfordítva. A csapágyak méretezésekor ezeket a járulékos axiális terheléseket is figyelembe kell venni.

A ferde hatásvonalú golyóscsapágyak gyűrűszélesség-tűrései lehetővé teszik ezen csapágyak tetszőleges párosítású, egymás melletti beépítését (422. ábra). Az O-elrendezésnél a hatásvonalak a csapágy tengelyét két, egymástól távol eső pontban (az ún. hatáspontban) metszik. A csapágyazás merev (szögelfordulást nem enged meg), és mindkét irányba ható axiális erő mellett nyomatékkal is terhelhető. Az X-elrendezés esetén a hatáspontok közelebb vannak egymáshoz. A csapágyazás kevésbé merev, mint az O-elrendezésnél, és nyomaték felvételére nem alkalmas. A tandem-elrendezésű csapágypár hatásvonalai párhuzamosak egymással, és csak egy irányba ható axiális erővel terhelhető. Az axiális erő egyenletesen oszlik meg a két csapágyon.

422. ábra - Egysorú ferde hatásvonalú golyóscsapágyak páros beépítése a) nagy szögmerevségű vagy O-elrendezés, b) kis szögmerevségű vagy X-elrendezés, b) tandem-elrendezés

kepek/422.png


A négypont érintkezésű csapágy − amelyik mindkét irányba ható axiális erővel terhelhető − készülhet osztott külső (421/c ábra) vagy osztott belső gyűrűvel (421/d ábra). Gördülőpályáinak kialakítását a 423. ábra szemlélteti. Az osztott külső vagy belső gyűrű több golyó elhelyezését teszi lehetővé, és emiatt nagy a csapágy teherbírása.

423. ábra - A négypont érintkezésű csapágy gördülőpályáinak kialakítása

kepek/423.png


A 424. ábra további két, rendkívül egyszerű szerkezeti kialakítású négypont érintkezésű golyóscsapágyat mutat.

424. ábra - Négypont érintkezésű csapágyak a) huzalpályás csapágy lemezből sajtolt belső és külső gyűrűvel, b) ékpályás csapágy lemezből sajtolt külső gyűrűvel

kepek/424.png


Vonalérintkezésű, ferde hatásvonalú csapágy a kúpgörgős csapágy (421/e ábra). A gördülőpályák olyan kúpfelületek, amelyek közös csúcspontja a csapágy fogástengelyére esik. A gördülőelemsort a belső gyűrűn kialakított pálya vezeti, a külső gyűrű a csapágyról levehető. A csapágy hatásszöge a külső gördülőpálya félkúpszögével egyezik meg, ami általában 10…28° között van. A sajtolt lemezkosarat a gördülőelemek vezetik. A kúpgörgős csapágyhoz csatlakozó alkatrészek tervezésekor a kosár helyszükségletét is figyelembe kell venni.

Az egysorú ferde hatásvonalú csapágyak hézagát szereléskor kell beállítani. Kedvező tulajdonságuk, hogy kopás esetén a csapágyhézag utánállítható.

A kétsorú ferde hatásvonalú golyóscsapágy (421/f ábra) működésében egy O-elrendezésű, egysorú ferde hatásvonalú csapágypárnak felel meg. A csapágy, amelynek hatásszöge 32° vagy 45°, a radiális és mindkét irányba ható axiális erő mellett nyomatékkal is terhelhető. A csapágy egyik oldalán a gördülőelemek szereléséhez töltőnyílás van, ami gyakran a csapágy korai meghibásodásához vezet, ha abba az irányba nagyobb axiális erő hat.

A kúpgörgős csapágyak is készülhetnek többsoros kivitelben. A közös belső gyűrűjű kúpgörgős csapágy (421/g ábra) X-elrendezésű, míg a közös külső gyűrűjű, O-elrendezésű csapágypárnak felel meg. A többsoros kúpgörgős csapágyakat elsősorban hengerművek tengelyeinek ágyazására használják, de szerszámgép-csapágyként is előnyös, mert pontosan előfeszíthető, növelve ezzel a szerszámgép-főorsó merevségét. Nagyobb tengelyirányú erőhatások felvételére axiális csapágyat (425. ábra) használunk.

425. ábra - Axiális csapágyak a) egyfelé ható axiális golyóscsapágy, b) kétfelé ható axiális golyóscsapágy, c) egyfelé ható axiális golyóscsapágy beálló fészektárcsával, d) kétfelé ható axiális golyóscsapágy beálló fészektárcsákkal, e) kétsorú ferde hatásvonalú axiális golyóscsapágy, f) axiális beálló görgőscsapágy, g) axiális hengergörgős csapágy

kepek/425.png


Az egyfelé ható axiális golyóscsapágy (425. ábra) fészektárcsa átmérője (d) néhány tized mm-rel nagyobb, mint a tengely tárcsa d1 átmérője. Szerelése egyszerű, mert három részre szétszedhető, és így a tárcsák külön-külön építhetők be. Az axiális golyóscsapágy (hatásszöge 90°) radiális erővelnem terhelhető, ezért egy csapágyazáson belül is a radiális terhelés felvételére külön radiális csapágyat kell beépíteni.

A kétfelé ható axiális golyóscsapágy (425/b ábra) alkalmas mindkét irányba ható axiális erő felvételére, de radiálisan ez sem terhelhető. A fészektárcsák és golyós kosarak megegyeznek a megfelelő egyirányú terhelésre készült csapágyak alkatrészeivel.

Mind az egyfelé, mind pedig a kétfelé ható axiális golyóscsapágy készülhet beálló fészektárcsával (425/c és d ábra) is, a gyártási és szerelési hibák kiegyenlítésére. A terheletlen beálló fészektárcsa befeszülésre hajlamos, ezért célszerű ezeket a csapágyakat axiálisan előfeszíteni (pl. rugókkal).

A kétsorú, axiális ferde hatásvonalú golyóscsapágy (425/e ábra) a nagy axiális erő mellett radiálisan is terhelhető. Hatásszöge 60°, ami nagy fordulatszámokon is megfelelő támasztást ad a golyókra ható centrifugális erő ellen. Határfordulatszáma viszonylag magas. Fő alkalmazási területe a szerszámgépipar.

Kifejezetten nagy terhelések felvételére készült az axiális beállógörgőscsapágy (425/f ábra). A fészektárcsa gördülőpályája gömb felületű, amelyre aszimmetrikus hordógörgők illeszkednek. A csapágy radiálisan is terhelhető, de csak az axiális terhelés 55%-áig. A csapágy súrlódási ellenállása – a beálló görgőscsapágyakhoz hasonlóan – nagy, ezért kicsi a határfordulatszáma. Az axiális beálló görgőscsapágyak olajkenésűek, csak kivételesen és lassú fordulatszám esetén lehet zsírkenést alkalmazni.

Kis helyszükségletű, merev csapágyazást biztosít a nagy axiális teherbírású és a lökésszerű terhelésekre is érzéketlen axiális hengergörgős csapágy (425/g ábra). A csapágy kialakításából következik, hogy a hengergörgő a gördülés mellett csúszik is, ezért kicsi a határfordulatszám (kb. fele, mint a hasonló nagyságú axiális golyóscsapágyé). A csapágy tárcsák nélkül, tehát mint görgős koszorú is beépíthető. A kosarat a gördülőelemek vezetik.

Nagy axiális erők felvételére és kifejezetten nagy méretekben készül az axiális keresztgörgős csapágy (426. ábra), amelyben az egymás melletti görgők tengelyeivel merőlegesek egymásra. A görgőket egymástól − kosárként − kis műanyag korongok választják el. A csapágy nagy mérete ellenére is igen pontosan vezet, ezért elsősorban nagyméretű szerszámgépek függőleges tengelyű forgóasztalainak ágyazására használják, de lövegtorony és forgódaru királycsapágyaként is elterjedt.

426. ábra - Axiális keresztgörgős csapágy

kepek/426.png


A kombinált csapágy (427. ábra) radiális és egy irányba ható axiális erővel is terhelhető, minden terhelésirányra a leghatékonyabb csapágytípus felhasználásával. Legnagyobb előnyük a kis beépítési helyszükséglet. A 427/b és 427/c ábra szerinti kivitel belső gyűrű nélkül is beépíthető.

427. ábra - Kombinált csapágyak a) négypont érintkezésű csapággyal kombinált tűgörgős csapágy, b) axiális golyósorral kombinált tűgörgős csapágy, c) axiális hengergörgősorral kombinált tűgörgős csapágy

kepek/427.png


Ebben a fejezetben a leggyakrabban előforduló csapágytípusokat tekintettük át, de megjegyezzük, hogy − főleg különleges alkalmazásra − más szerkezeti kialakítású csapágyakat is gyártanak. Különleges alkalmazások tekintetében élen jár a robotika és a gépjárműipar.

Gördülőcsapágyak beépítése

A gördülőcsapágyak beépítésének általános szabályaként el lehet fogadni, hogy függetlenül a forgórészre ható erőktől, minden forgórészt úgy kell ágyazni, hogy két radiális és mindkét irányú axiális elmozdulást megakadályozó megtámasztása legyen. Az axiális megtámasztás feladata az axiális erő felvétele, vagy ha axiális erő nincs, a forgórész axiális helyzetének meghatározása. Alapvetően kétféle ágyazási típus különböztethető meg:

Vezetőcsapágyas ágyazás. A forgórész egyik végén lévő gördülőcsapágy, az ún. szabadcsapágy csak radiális irányú terhelést vesz fel. A forgórész másik végén lévő gördülőcsapágy az ún. vezetőcsapágy (ami párosan beépített két csapágy is lehet) pedig a radiális terhelésen kívül mindkét irányú axiális terhelés felvételére is alkalmas. Vezetőcsapágyas ágyazásra mutat példát a 428. és a 429. ábra.

428. ábra - Vezetőcsapágyas ágyazás. A vezetőcsapágy két darab, egysorú ferde hatásvonalú golyóscsapágy, O-elrendezésben beépítve. A szabadcsapágy egy hengergörgős csapágy. A szabadcsapágyban az axiális irányú elmozdulás a hengergörgősor és a belső gördülőpályája között jöhet létre

kepek/428.png


429. ábra - Vezetőcsapágyas ágyazás. Mind a vezetőcsapágy, mind pedig a szabadcsapágy beálló golyóscsapágy. A szabadcsapágy (a bal oldali) külső gyűrűje a csapágyházban axiálisan elmozdulhat. A beálló golyóscsapágyak alkalmazására azért van szükség, mert nem biztosítható a két csapágyház egytengelyűsége

kepek/429.png


Oldalról támasztott ágyazás. A forgórész mindkét végén lévő csapágy (vagy csapágyak) a radiális terhelés mellett axiális erő felvételére is alkalmas úgy, hogy az egyik irányú axiális erőt a forgórész egyik végén lévő csapágy, az ellentétes irányút pedig a másik végén lévő csapágy veszi fel. Oldalról támasztott ágyazásra a 430. és a 431. ábramutat példát.

430. ábra - Oldalról támasztott ágyazás. A tengely viszonylag rövid, és az axiális erő nem túl nagy

kepek/430.png


431. ábra - Oldalról támasztott ágyazás O-elrendezésben beépített kúpgörgős csapágyakkal. A kúpgörgős csapágyak hézagát a tengelyen elhelyezett csapágyanyákkal lehet beállítani

kepek/431.png


Mind a vezetőcsapágyas, mind pedig az oldalról támasztott ágyazásnak megvan a sajátos alkalmazási területe. A vezetőcsapágyas megoldás hosszabb, karcsúbb tengelyek, míg az oldaltámasztású megoldás inkább a rövid, merev tengelyek ágyazásához használatos, ha a hőtágulás számottevően nem befolyásolja a csapágyak axiális hézagát. Az oldalról támasztott ágyazás előnye az egyszerűbb szerkezeti kialakítás, hátránya, hogy az axiális méretek pontos betartását vagy axiális irányú állítás lehetőségét igényli.

A csapágygyűrűk axiális rögzítésére számos szerkezeti megoldás ismeretes, amelyek közül néhány jellegzetes példát a belső gyűrű rögzítésére a 432. ábrán, a külső gyűrű rögzítésére pedig a 433. ábrán mutatunk be.

432. ábra - Szerkezeti megoldások a belső gyűrű axiális irányú rögzítésére a) csapágyanyával és körtarélyos biztosítólemezzel, b) koronás anyával, c) tengelyvégtárcsával és hatlapfejű csavarokkal, d) váll nélküli tengelyvég esetén betétgyűrűvel, tengelytárcsával és hatlapfejű csavarokkal, e) szorítóhüvely, f) szorítóhüvellyel és a csapágy axiális irányú helyzetmeghatározásával, g) kúpos tengelyvégre szerelt kúpos furatú csapágy ellenanyás biztosítással, h) lehúzóhüvellyel, i) hengeres vagy kúpos illesztőszeggel (csak alárendeltebb helyeken), j) rögzítőgyűrűvel, k) tengelybe illeszkedő két félgyűrűvel (a két félgyűrűt a külső paláston elhelyezkedő huzal- vagy spirálrugó fogja össze – csak kis fordulatszámra), l) a tengelybe illeszkedő két félgyűrűvel (a félgyűrűket a csapágy belsőgyűrűje fogja össze)

kepek/432.png


433. ábra - Szerkezeti megoldások a külső gyűrű axiális irányú rögzítésére a) fedéllel, b) menetes csavarral, c) váll nélküli fészekfurat esetén betétgyűrűvel és fedéllel, d) a csapágy egyik oldalán rögzítőgyűrűvel, e) a csapágy mindkét oldalán rögzítőgyűrűvel, f) palásthornyos csapágyak esetén rugós gyűrűvel, g) osztott csapágyházak esetén támasztó fedéllel, h) támasztó lemezgyűrűk alkalmazásával, i) a csapágyház peremezésével

kepek/433.png


A csapágyanya a belső gyűrű rögzítéséhez egyik leggyakrabban használt szerkezeti elem (432/a, g és h ábra). A hornyos csapágyanyát elfordulás ellen leginkább körtaréjos biztosítólemez (432/a és h ábra) biztosítja, de egyéb megoldások mellett használatos az ellenanyás biztosítás is (432/g ábra).

A kúpos furatú csapágyak szorítóhüvellyel szerelhetők hengeres tengelycsapra (431/e és f ábra). A csapágyat axiálisan a hüvely és a tengely között ébredő súrlódóerő rögzíti. A lehúzóhüvely a csapágyazás szétszerelését könnyíti meg (432/h ábra).

Mind a belső (432/j ábra), mind a külső gyűrű (432/d, e és f ábra) axiális rögzítésére igen alkalmas és az utóbbi időben igen elterjedt a rögzítőgyűrű, mert beépítési helyszükséglete kicsi, egyszerűen szerelhető, és egyszerűsíti a csatlakozó szerkezeti elemek kialakítását.

A gördülőcsapágyak belső és külső gyűrűjét a tengelycsapon, illetve a csapágyház furatában az üzemi feltételeknek megfelelően kell illeszteni. A kelleténél lazábban illesztett csapágygyűrű a terhelés hatására az ellendarabon legördül, „vándorol”, ami az illeszkedő felületek gyors tönkremenetelét okozza. A túlságosan szoros illesztés egyrészt a csapágygyűrűben ébredő feszültségeket növeli, másrészt indokolatlanul nehezíti a be- és kiszerelést.

A gördülőcsapágyak helyes csap- és fészekillesztésének megválasztása több, nemegyszer egymásnak ellentmondó szempont mérlegelését igényli. Az illesztések előírásakor az alábbi üzemi feltételeket kell figyelembe venni:

Forgási feltételek. Általánosan elfogadott elv, hogy azt a csapágygyűrűt kell szorosabban illeszteni, amelyik a terhelés irányához viszonyítva forog. Határozatlan irányú terhelés eseten mindkét csapágygyűrű szorosan illesztendő.

Terhelési feltételek. Minél nagyobb a terhelés, annál szorosabb illesztést kell választani. Kis terhelésűnek tekinthető a csapágy, ha P/C < 0,07, normál terhelésű, ha 0,07 < P/C < 0,15 és nagy terhelésű, ha P/C > 0,15. (P a csapágy dinamikus egyenértékű terhelése, és C a csapágy dinamikus alapteherbírása.)

Az illesztés megválasztásakor a terhelés nagysága mellett annak időbeli változása is meghatározó. Lökésszerű, dinamikus terhelés esetén szorosabb illesztést kell választani.

Csapágytípus, csapágynagyság. A görgőscsapágyak illesztése általában szorosabb, mint a golyóscsapágyaké. A nagyobb csapágyakat általában − elsősorban a tengelyen − szorosabban illesztjük, mint a kisebbeket.

Hőmérsékleti viszonyok. Üzemi körülmények között a csapágygyűrűk hőmérséklete rendszerint magasabb, mint a tengely vagy a ház hőmérséklete, ezért a hideg állapothoz viszonyítva üzem közben a belső gyűrű illesztése a tengelyen lazább, a külső gyűrű illesztése pedig a házban szorosabb lesz. Figyelemmel kell lenni arra, hogy a csapágygyűrűk funkcionális működéséhez szükséges illesztések az üzemi hőmérsékleten is biztosítottak legyenek.

Futáspontosság. A nagy futáspontosságú csapágyakat szorosabban kell illeszteni, hogy a csapágygyűrűk nemkívánatos rugózása és rezgése elkerülhető legyen.

Beépítési környezet. Az illesztés megválasztásakor figyelembe kell venni a csapágyhoz csatlakozó alkatrészek kialakítását és anyagát. Csőtengely, vékony falú vagy könnyűfémből készült csapágyház esetén szorosabb illesztést kell választani, mint tömör tengely, vastag falú acél- vagy öntöttvas ház esetén. Osztott csapágyházakban a külső gyűrűt nem szabad szorosan illeszteni, mert egyenlőtlenül deformálódhat.

Szerelési szempontok. Szerelés szempontjából minél lazább illesztés alkalmazása célszerű, mert a gyűrűk be- és kiszerelését lazább illesztés esetén könnyebb elvégezni. A szétszedhető csapágyak (pl. henger-, tű- vagy kúpgörgős csapágy) gyűrűit szorosabban lehet illeszteni, mert a gyűrűk egymástól függetlenül is szerelhetők. Könnyen szerelhető a szoros illesztés mellett is a lehúzó- vagy szorítóhüvely.

Szerkezeti szempontok. A vezetőcsapágyas ágyazás esetén az egyik csapágy a hődilatáció miatt axiálisan elmozdulhat. Ezt az axiális elmozdulási lehetőséget a választott lazább illesztésnek is biztosítania kell.

Gyártástechnológiai szempontok. Normál futáspontosságú csapágyazások esetén a tengelycsapra IT6, a csapágyház furatára IT7 minőségű illesztést kell alkalmazni. A tengelycsapra IT7, a csapágyház furatára IT8 minőségi osztály is megengedhető, ha az üzemi viszonyok alárendeltebbek. Lehúzó- vagy szorítóhüvely alkalmazásakor a tengely mérettűrése h9 vagy h10, de az alaktűrés minőségi fokozata az előzőeknek megfelelően itt is IT6 vagy IT7.

A gördülőcsapágy-tömítések feladata megakadályozni egyrészt a szennyeződések bejutását, másrészt a kenőanyag eltávozását a csapágyazásból. A tömítések megválasztásakor figyelembe kell venni a kerületi sebességet, a kenőanyag tulajdonságait és a kenés módját, a környezeti hatásokat (pl. poros, párás, maró hatású gázokat és gőzöket tartalmazó környezet).

A jelenleg használatos tömítőszerkezetek két fő csoportja a súrlódó és a nem súrlódó tömítések. A súrlódó tömítések leggyakrabban alkalmazott megoldásait a 434. ábrán foglaltuk össze.

434. ábra - A súrlódó tömítések leggyakrabban alkalmazott megoldásai a) nemeztömítés, b) nemeztömítés porvédő gyűrűvel, c) és d) karmantyús tömítések, e) homloktömítés, ún. V gyűrű, f) rugalmas lemezből kialakított homloklaptömítés

kepek/434.png


A nemeztömítés (434/a és b ábra) hátránya, hogy a nemezbe beágyazódó szennyeződések a tengely felületét károsítják, és ezért csak alárendeltebb esetekben, normál üzemviszonyok mellett 7–9 m/skerületi sebességig és csak zsírkenés esetén alkalmazható. Új szerkezetek tervezésekor a nemeztömítés beépítését lehetőleg kerülni kell.

A karmantyús tömítés vagy más néven rugós tömítőgyűrű (434/c és d ábra) napjaink leggyakoribb súrlódó tömítése. Zsír- és olajkenés esetén egyaránt használható, még kedvezőtlen üzemviszonyok esetén is. A nitril-kaucsuk anyagú tömítőgyűrű 12 m/skerületi sebességig és 100 °C maximális hőmérsékletig, az akril-kaucsuk anyagú tömítőgyűrű 22 m/skerületi sebességig és 150 °C maximális hőmérsékletig, a szilikon- és fluór-kaucsuk anyagú pedig 37 m/skerületi sebességig és 180 °C maximális hőmérsékletig használható.

Az axiális tömítőgyűrű (434/e ábra) anyaga természetes gumi vagy egyéb elasztomer, fémmerevítés nélkül. Egyaránt alkalmas külső szennyeződés bejutásának, valamint olaj-, illetve zsírkenés esetén a kenőanyag kijutásának megakadályozására mintegy 12–15 m/skerületi sebességig. Az axiális tömítőgyűrű előnye, hogy rendkívül egyszerű, beépítése különösebb pontosságot nem igényel, és a gumigyűrű rugalmassága miatt viszonylag nagy tengelyelhajlás engedhető meg anélkül, hogy a tömítettség lényegesen csökkenne.

Az axiális tömítőgyűrű beépítésére a 435. ábra mutat egy szerkezeti megoldást.

435. ábra - Szerkezeti megoldás a rugós tömítőgyűrű és az axiális tömítőgyűrű együttes alkalmazására. E megoldással erősen szennyezett és nedves környezetben is megfelelő a tömítettség

kepek/435.png


A nem súrlódó tömítések (436. ábra) az axiális vagy radiális irányban elhelyezkedő keskeny rés tömítőhatását használják ki. Ezek a tömítések gyakorlatilag súrlódásmentesek, nem kopnak, és érzéketlenek a kisebb sérülésekkel szemben. Előnyösen alkalmazhatók nagy fordulatszámokon vagy nagy üzemi hőmérsékletek esetén. (Ezeket a tömítéseket gyakran labirint tömítéseknek is nevezik.)

436. ábra - A nem súrlódó tömítések leggyakrabban alkalmazott megoldásai a–c) zsírhornyok, d–g) labirint jellegű tömítések, g–h) védőtárcsás tömítések, i) olajszóró gyűrűs tömítés

kepek/436.png


A réstömítés legegyszerűbb formája egy egyszerű, simán kiképzett rés a tengely és a ház között (436/a ábra). Ez a megoldás teljesen kielégítő olyan, zsírkenésű csapágyak tömítésére, amelyek száraz, pormentes helyen üzemelnek. Fokozható a tömítőhatás ún. zsírhornyokkal (436/b ábra), amelyekben az összegyűlő zsír megakadályozza a szennyeződések bejutását. Olajkenés esetén a tömítőfelületen a horony csavarvonal mentén helyezkedik el (436/c ábra), így a kifelé áramló olajat visszaszállítja a csapágyházba. Ezt a tömítésfajtát csak egy irányba forgó tengelyek esetén lehet alkalmazni.

Az egy- vagy többfokozatú labirinttömítés lényegesen jobb tömítőhatású, mint az előbbiek, bár előállítási költsége is nagyobb. Elsősorban zsírkenés esetén alkalmazható. A tömítés hatásossága a labirintrések zsírral való feltöltésével fokozható. Osztatlan csapágyházak esetén a labirintréseket axiális irányba (436/d ábra), osztott csapágyházak esetén pedig radiális irányba (436/e ábra) kell elhelyezni. A radiális labirinttömítésnél figyelemmel kell lenni a tengely várható dilatációjára is. A 436/f ábra beálló tengelyek labirinttömítésére mutat példát.

Hatásos és olcsó labirinttömítés készíthető a kereskedelmi áruként kapható acéllemez tárcsák felhasználásával (436/g ábra). Egyszerű réstömítés zsírkenés esetén a zárótárcsa (436/h ábra), olajkenés esetén pedig az olajszóró tárcsa (436/i ábra).

Gördülőcsapágyak szerelése

A gördülőcsapágyak hibátlan működésének előfeltétele, hogy tisztán és kellő szakértelemmel szereljék. A szerelést lehetőleg pormentes, száraz helyiségben kell végezni.

A szerelés három alapvető módja: a mechanikus, a hidraulikus és a termikus szerelés.

A mechanikusszerelés során a csapágyat lehetőleg folyamatos erőhatással kell be-, illetve kiszerelni. A közvetlen ütögetést kerülni kell, mert a rideg-keményre edzett csapágygyűrűk könnyen elrepednek. Ügyelni kell arra, hogy a szereléshez szükséges erő ne a gördülőelemeken keresztül adódjon át, mert a gördülőelem-gördülőpálya érintkezésnél könnyen maradó alakváltozások keletkezhetnek. A csapágy mechanikus beszerelésére néhány példát a 437. ábra mutat.

437. ábra - Hengeres furatú csapágyak beszerelése a) a csapágy tengelyre való felhúzása, b) a csapágy házba való beszerelése, c) a két gyűrűt egyszerre kell a fészekbe, illetve a tengelyre szerelni

kepek/437.png


A csapágyak kiszereléséhez a legtöbb esetben csapágylehúzót használnak. Kiszereléskor is törekedni kell arra, hogy a szerelési erő közvetlenül az illesztett gyűrűre hasson. A csapágy be- és kiszerelésének módját a szereléshelyes szerkezet kialakítása miatt már az ágyazás tervezésekor át kell gondolni. Néhány, a csapágy kiszerelését segítő szerkezeti megoldást mutat a 438. ábra.

438. ábra - Néhány, a szerelhetőséget biztosító konstrukciós megoldás a) az NU típusú hengergörgős csapágy belső gyűrűjének kiszereléséhez hornyokat kell kimunkálni a tengelyvállon a lehúzó szerszám körmei részére, b) a szorosan illesztett külső gyűrűjű, nem szétszedhető csapágyak kinyomócsavarok segítségével szerelhetők ki, c) a szorosan illesztett külső gyűrű kiszereléséhez a támasztóvállon kell hornyokat kimunkálni a lehúzó szerszám körmei részér

kepek/438.png


A kúpos furatú csapágyak szerelését könnyíti meg a hidraulikus anya (439. ábra), amelyik lényegében egyszerű, kis helyigényű hidraulikus prés.

439. ábra - Gördülőcsapágy-szerelés hidraulikus anyával. Az ábra felső része a beszerelést, az alsó része pedig a kiszerelést mutatja

kepek/439.png


A hidraulikusszerelés során a csapágy furata és a tengely közé nagynyomású olajat juttatnak, ami a belső gyűrűt kitágítja, és a súrlódási tényezőt is jelentősen lecsökkenti. Így a csapágy a tengelyen könnyen elmozdítható. Ezt a szerelési módot elsősorban nagyobb méretű, kúpos tengelycsapok esetén alkalmazzák (440/a ábra), de használják szorító- és lehúzóhüvelyek szerelésére is (428/b ábra). A szereléshez szükséges 60…120 MPa nyomású olajat erre a célra gyártott olajpumpával, az ún. olajinjektorral állítják elő.

440. ábra - Hidraulikus csapágyszerelés a) kúpos tengelycsonkra, b) speciális lehúzóhüvely alkalmazásával

kepek/440.png


Szorosabb illesztésű, hengeres furatú csapágyak beszerelését célszerű termikusan végezni. Lényege, hogy olajfürdőben a csapágyat 70…80 °C-ra melegítik, és az így kitágult furatú csapágy könnyen felhúzható a tengelyre. A fészekbe való szereléskor a csapágyházat kell előmelegíteni.

Az egysorú, ferde hatásvonalú csapágyak beépítése esetén a csapágyhézagot szereléskor kell beállítani. A hézagbeállítás egyik célszerű módja lehet a 441. ábrán bemutatott axiális hézagmérés.

441. ábra - A csapágyhézag beállítása ferde hatásvonalú csapágyak beépítése esetén, az axiális irányú elmozdulás mérésével. A csapágyhézagot a bal oldali felhasított anyával lehet a kívánt értékre beállítani

kepek/441.png


Gördülőcsapágyak dinamikája

A terhelésátadás a gördülőcsapágyakban pont- vagy vonalszerűen érintkező testek között jön létre. A szerkezeti anyagok rugalmassága miatt az érintkező testek az érintkezés környezetében kissé belapulnak, és kicsiny, de véges méretű érintkezési felületek jönnek létre.

Pontszerű érintkezés esetén az érintkezési felület vetülete ellipszis, vonalszerű érintkezés esetén pedig téglalap. Az érintkezési felület környezetében − a test felületén és belsejében − jelentős a mechanikai igénybevétel.

Pontszerű érintkezés esetén a felületi nyomáseloszlást az érintkezési ellipszis fölé emelt fél ellipszoid felület határolja (442/a ábra).

Az érintkezési ellipszis felett ébredő legnagyobb felületi nyomás Hertz szerint:

p max = 3 Q 2 π a b ,

ahol Q a két testet összeszorító erő, azaz a gördülőelem terhelése, a és b az érintkezési ellipszis nagy-, illetve kistengelyének a fele. Az a és b mennyiségek maguk is terhelésfüggők, értékük mechanika- vagy csapágyszakkönyvekben közölt eljárás szerint határozhatók meg.

A két, pontszerűen érintkező test rugalmas alakváltozása, azaz egy-egy távoli feszültségmentes pontjának közeledése:

δ = δ * 9 Q 2 8 Σ ρ ( 1 ν 2 E ) 2 3 , (x)

ahol E az azonos anyagú érintkező testek rugalmassági modulusza, ν a Poisson-szám, Σρ az érintkező testek fő görbületeinek összege, δ* pedig a fajlagos rugalmas alakváltozás, ami ugyancsak szakkönyvekből vehető ki.

Vonalszerű érintkezés esetén a felületi nyomáseloszlást az érintkezési téglalap fölé emelt parabolikus henger felület határolja (442/b ábra). A legnagyobb felületi nyomás:

p max = 2 Q π b l e f f ,

ahol b az érintkezési téglalap fél szélessége, leffaz érintkező testek effektív hosszúsága.

442. ábra - Felületi nyomáseloszlás a) pontszerű érintkezés esetén, b) vonalszerű érintkezés esetén

kepek/442.png


A két, vonalszerűen érintkező test rugalmas alakváltozása Palmgren szerint:

δ = 2,538 1 ν 2 E Q 0,9 l e f f 0,8 [ mm ] . (y)

Mint az (x) és (y) összefüggésekből is látszik, Hertz-érintkezés esetén a terhelés és a rugalmas alakváltozás közötti kapcsolat nem lineáris.

Az érintkezési felület alatt kialakuló háromtengelyű feszültségi állapot analitikusan csak az igénybevett térfogat kitüntetett helyein írható fel, de numerikus módszerekkel a teljes térfogat mentén feltérképezhető.

A 443. ábrán − tájékoztató jelleggel − az érintkezési ellipszis középpontja alatt, az anyag belsejében ébredő feszültségeket mutatjuk be.

443. ábra - Feszültségállapot az anyag belsejében az érintkezési ellipszis középpontja alatt. A τ1 nyírófeszültség maximális értéke (0,3–0,35)pmax

kepek/443.png


Különös figyelmet érdemel a τ1 feszültség, amelyik a felületen közel nulla értékű, az anyag belseje felé haladva növekszik, és z1 = (0,4...0,6)b mélységben éri el a szélső értékét.

A τ1 feszültség az egész feszültségtér legnagyobb nyírófeszültsége, s így az anyag igénybevétele szempontjából, ha az igénybevétel statikus vagy ha ismétlődő, de a testek érintkezési pontja változatlan marad, ez a mérvadó. Átgördüléses igénybevétel esetén a feszültségtér D jelű pontja mellett figyelemre méltók még a C jelű pontokban ébredő feszültségek is (444. ábra). Az yz sík C pontjában ébred ugyanis a koordinátasíkokkal párhuzamos irányú legnagyobb nyírófeszültség, a τ0 .

444. ábra - Az érintkezési felület alatt fekvő jellemző pontok igénybevételi állapota ismétlődő átgördülés esetén

kepek/444.png


Bár abszolút értékét tekintve a C pontbeli nyírófeszültség kisebb, mint a D pontbeli, de ismétlődő átgördülés esetén a D pontban τ1/2 amplitúdójú tiszta lüktető, a C pontban pedig τ0 amplitúdójú tiszta lengő igénybevétel lép fel (444. ábra). Mivel a kifáradási repedések képződése szempontjából a feszültségamplitúdók a mértékadók, a kifáradási repedések − a kutatások mai állása szerint − a τ0 feszültség hatására, a C pont környezetében a felülettel párhuzamosan jelennek meg.

A gördülőcsapágyakban a terhelést az egyik gördülőpályáról a másikra a gördülőelemek adják át, miközben a gördülőpálya-gördülőelem érintkezésnél Hertz-féle alakváltozás jön létre. A csapágy rugalmas alakváltozása a külső gyűrű–gördülőelem, valamit a belső gyűrű–gördülőelem alakváltozásának összegéből tevődik össze.

A csapágyon belüli terheléseloszlás a csapágy terhelésétől (Fr) és a csapágy radiális házagától (Hr) függ. Bevezetve az εterheléseloszlási tényezőt

ε = 1 2 ( 1 H r 2 u )

ahol a belső gyűrű radiális irányú elmozdulása (merevtestszerű + rugalmas).

A csapágyon belüli jellegzetes terheléseloszlást a 445. ábramutatja.

445. ábra - Az ε terheléseloszlási tényező értelmezése és a különböző ε-értékekhez tartozó jellegzetes terheléseloszlások

kepek/445.png


A gördülőcsapágyak élettartama

Terhelés alatt futó gördülőcsapágyakon bizonyos idő eltelte után felületi kifáradási jelenségek lépnek fel. A kifáradás a futópályán, illetve a gördülőelemen a felület alattihajszálrepedéssel kezdődik, majd a repedések tovaterjedése gödrösödéséhez, pittingképződéshez vezet. A 446. ábránjellegzetes, felületi kifáradás miatt tönkrement csapágygyűrűt láthatunk.

446. ábra - Felületi kifáradás kúpgörgős csapágy belső gyűrűjén

kepek/446.png


A gördülőcsapágy élettartamán a kifáradási tünetek jelentkezéséig megtett körülfordulások számát értjük. Az élettartamot gyakran üzemórákban, vagy járműveknél kilométerben fejezik ki.

Nagyobb számú csapágy teljesen azonos körülmények között lefolytatott vizsgálatából kitűnik, hogy az egyes csapágyak egyéni élettartama különböző, és az eltérés akár 40-szeres is lehet. Az igen nagy mértékű szórás oka elsősorban az anyag inhomogenitása (mikroszkopikus méretű zárványok, kristályszerkezeti hibák, diszlokáció), másodsorban a gyártási pontatlanság.

Az élettartam igen nagy mértékű szórása miatt céltalan egyes konkrét csapágyak élettartamának kiszámítását megkísérelni, hanem az élettartamot valószínűségi változónak tekintve, a sok azonos kialakítású és igénybevételű csapágy élettartamának gyakorisági eloszlásából kell a jellemző értéket megállapítani.

A csapágysokaság élettartamának vizsgálatához legalkalmasabb jellemző a túlélési (S), illetve meghibásodási (F) valószínűség.

Az S túlélési valószínűség a következőképpen értelmezhető:

S = N S N ,

ahol N a vizsgálatnak alávetett csapágyak száma, NS azoknak a csapágyaknak a száma, amelyek elérik, illetve túlélik az LS élettartamot.

Az F meghibásodási valószínűség: F=NNSN=1S.

Azonos terhelési körülmények között vizsgált, azonos típusú és méretű gördülőcsapágyak kifáradási élettartam-eloszlás függvényét a 435. ábraszemlélteti. A felrajzolt eloszlásgörbe azt jelenti, hogy pl. 100 csapágy közül az LS = L élettartamot 90, az LS = 8L élettartamot 30, az LS =14L élettartamot pedig 10 csapágy éli túl.

Mivel a csapágyak élettartamában jelentős szórás mutatkozik, a csapágygyártó cégek a szórásgörbe egy vagy két, alkalmasan kiválasztott pontjának megfelelően egy vagy két jellegzetes élettartamot definiálnak, és a csapágyak jellemző teherbírási adatait ezekre vonatkoztatva adják meg. A használatos élettartamok:

L az a kifáradási élettartam, amelyet a csapágysokaság 90%-a elér, illetve túlél. A csapágykatalógusokban található Cdinamikus alapteherbírás erre a 90%-os túlélési valószínűségre vonatkozik. Az adott dinamikus alapteherbírás alapján méretezett csapágyak 90%-a eléri, illetve túléli a számított élettartamot, 10%-a viszont − az egyébként helyes beépítési és üzemeltetési viszonyok között is − a számított élettartam elérése előtt kifárad, tönkremegy.

447. ábra - Gördülőcsapágyak kifáradásiélettartam-eloszlása a túlélési és meghibásodási valószínűség függvényében

kepek/447.png


Lm a médián élettartam, vagyis az az élettartam, amelyet a csapágysokaság 50%-a elér, illetve túlél.

A gördülőcsapágyak kifáradási élettartama és a túlélési valószínűség közötti kapcsolat a Weibull-eloszlással írható le: ln1S=(LSL)eln10,9,

ahol e a Weibull-féle szóráskitevő, amelynek értéke az anyagtól és az érintkezési viszonyoktól függ. Szabványos csapágyacélbó1 készült golyóscsapágyak esetén e = 10/9,és görgőscsapágyak esetén pedig e = 9/8. Korszerű, vákuumban olvasztott acélok esetén az e értéke magasabb is lehet.

Egy adott típusú és méretű csapágyat különböző terhelések mellett vizsgálva, a csapágyterhelés és a 10%-os meghibásodási valószínűséghez tartozó névleges élettartam

közötti összefüggés (448. ábra):

L 10 = ( C P ) p ,

ahol L10 a csapágy élettartama millió körülfordulásban, C a csapágy dinamikus alapteherbírása, P a csapágy egyenértékű terhelése. A p az ún. élettartam kitevő, amelynek értéke golyóscsapágyakra: p = 3, görgőscsapágyakra pedig p = 10/3.

448. ábra - A csapágyterhelés és a névleges élettartam közötti összefüggés

kepek/448.png


Élettartam. Az összefüggésben L10 a csapágy 10%-os meghibásodási valószínűségéhez tartozó élettartam millió körülfordulásokban.

Az élettartamot célszerű üzemórákban kifejezni:

L h 10 = 10 6 L 10 3600 n ,

ahol n a csapágy fordulatszáma 1/s-ban.

Közúti és vasúti járműveknél a kerékcsapágyazások élettartamát kilométerekben szokás megadni:

Lkm 10 = 103L10πD,

ahol D a jármű kerékátmérője [m].

Dinamikus alapteherbírás. Az összefüggésben C a csapágy dinamikus alapteherbírása. A radiális, illetve axiális gördülőcsapágyak dinamikus alapteherbírása az a radiális, illetve axiális terhelés, amely mellett a csapágyak 90%-a eléri, illetve túléli az 1 millió körülfordulást, azaz amikor L10 = 1 (448. ábra).

A különböző típusú és méretű gördülőcsapágyak dinamikus alapteherbírását a gördülőcsapágy-katalógusok tartalmazzák. Ez a dinamikus alapteherbírás szabványos csapágyacélból készült, legalább 58 HRC keménységű, olyan, hézagmentes (ε = 0,5) csapágyra vonatkozik, amelynél a terhelés irányához viszonyítva a belső gyűrű forog, és a csapágy hőmérséklete nem magasabb, mint 120 °C.

Egyenértékű terhelés. A csapágyak terhelése a legritkább esetben tiszta radiális vagy tiszta axiális irányú, és legtöbbször időben is változó nagyságú. Ilyen esetekben a csapágy élettartam-méretezését egy képzelt terhelés, az ún. dinamikus egyenértékű terhelés segítségével lehet elvégezni.

Az egyenértékű csapágyterhelés radiális csapágyaknál az a radiális irányú, axiális csapágyaknál pedig axiális irányú, egyenletesen ható képzelt terhelés, amelynek hatására a csapágy névleges élettartama ugyanakkora, mint az üzemközben ható, irányban és időben változó terhelés esetén.

A 449. ábra egy α hatásszögű, egysorú ferde hatásvonalú golyóscsapágy radiális és axiális terhelhetőségét szemlélteti. A teljes vonallal rajzolt görbe megadja a különböző terhelési irányokhoz tartozó azon terhelések nagyságát, amelyek a csapágy kifáradása szempontjából egyenértékűek.

Az ábrán berajzolt β1 szög jelenti azt a terhelési irányt, amelynél a terhelt zóna éppen a gördülőpálya fele, azaz a terheléseloszlási tényező ε = 0,5. Ha a terhelés irányszöge kisebb, mint β1, rohamosan csökken a teherviselő gördülőelemek száma, aminek következtében csökken a csapágy terhelhetősége. Ezt a mezőt az ábrán szaggatott vonal jelöli.

Gyakorlati szempontból célszerű a 449. ábrán megadott egyenértékű terhelés görbéjét egyenesekkel helyettesíteni (pont-vonallal berajzolva). A két helyettesítő egyenes az egyenértékű terhelésgörbén belül helyezkedik el, és a β2 szögnél metszi egymást. A két helyettesítő egyenes egyenlete:

P = Fr, ha Fa/Frtg β2,

P = XFr+ YFa, ha Fa/Fr>tg β2,

ahol X a radiális,Y pedig az axiális terhelési tényező. A tg β2 értékét terhelésihatárszámnak nevezik, és a csapágykatalógusok e-vel jelölik. A 449. ábrán bemutatotthoz hasonlóan az egyenértékű terhelés görbéje és a két egyenessel való helyettesítése minden egyes csapágytípusra kidolgozott. Ennek megfelelően a csapágy egyenértékű terhelése általános esetben:

P = XFr + YFa ,

ahol az X és Y terhelési tényezők aktuális értékei a csapágytípus és az e terhelési határszám függvényében a csapágykatalógusból vehetők ki.

449. ábra - A csapágy kifáradása szempontjából egyenértékű terhelések az egysorú ferde hatásvonalú csapágy esetén

kepek/449.png


Átlagos terhelés. A csapágy terhelése a gyakorlatban legtöbbször időben is változik. Ilyen esetekben az egyenértékű terhelés számításakor az összefüggésbe az Fr és Fa helyére a ténylegesen ható terhelések átlagos értékét (nem számtani átlag!) kell helyettesíteni (Fmr és Fma).

Az átlagos terhelés az a képzelt terhelés, amely a ténylegesen ható, időben változó nagyságú terheléssel azonos csapágyélettartamot ad.

Az átlagos terhelés a Palmgren–Miner-féle lineáris halmozódó károsodások elmélete alapján határozható meg, miszerint

FpN = áll.,

ahol F a csapágy terhelése egy adott időpillanatban, N az adott pillanatig megtett fordulatok száma, p az élettartam-kitevő.

Egy általános terhelési ciklusra (450. ábra) vonatkozó átlagos terhelés (Fm) a definíciós összefüggésnek megfelelően:

F m p N 0 = 0 N 0 [ F ( N ) ] p d N ,

ahol N0 az egy terhelési ciklusra eső körülfordulások száma.

450. ábra - Az átlagos terhelés meghatározása a lineáris halmozódó károsodások elmélete alapján

kepek/450.png


Az Fm átlagos terhelés szerinti egzakt meghatározásához ismerni kell a terhelés és a körülfordulások száma közötti függvénykapcsolatot, ami a gyakorlatban legtöbbször ismeretlen, ezért az átlagos terhelés meghatározásához sokszor közelítő módszert alkalmazunk.

A csapágy terhelési spektruma mindig helyettesíthető több-kevesebb állandó terhelésű szakasszal (451. ábra). Ilyen esetben az átlagos terhelés:

F m = F 1 p + F 2 p + F 3 p + ... N 0 p , ahol N0=i=1nNi.

Ha a terhelés Fmin és Fmax között lineárisan változik (452. ábra), a csapágy átlagos terhelése: Fm=2Fmax+Fmin3.

451. ábra - Az átlagos terhelés meghatározása a terhelési spektrum véges szakaszokra való bontásával

kepek/451.png


452. ábra - Példák a lineárisan változó terhelésre

kepek/452.png


Új élettartam-elmélet

A gyakorlati tapasztalatok és az SKF cég kutatásai azt mutatják, hogy a csapágyak tényleges élettartama speciális feltételek mellett lényegesen hosszabbak, mint a Palmgren – Lundberg munkája alapján szabványosított (ISO 281) klasszikus L10 élettartam-elmélettel számított. Ezek a speciális feltételek fennállnak, ha a gördülő felületeket kenőanyag film választja el egymástól, és ha a felületi szennyeződések okozta károsodása korlátozott.

Az új élettartam-elmélet bevezeti a kifáradási határterhelés(Pu) fogalmát (448. ábra). Ez a kifáradási határterhelés azt a terhelést jelenti, amelynél alacsonyabb terhelés nem okoz anyagkifáradást, a csapágy élettartama ideális körülmények között végtelen. A Pu kifáradási határterhelést a katalógusok megadják. Az új élettartam elmélet szerint a gördülőcsapágyak módosított élettartama az alábbi összefüggésből számítható:

L = m 10 a S K F ( C P ) p ,

ahol az aSKF tényező értékét − példaképpen − a radiális golyóscsapágyakra a 453. ábraadja meg.

453. ábra - Az aSKF tényező radiális golyóscsapágyakra

kepek/453.png


Hasonló diagramok találhatók a csapágykatalógusokban a radiális görgőscsapágyakra, valamint az axiális golyós- és görgőscsapágyakra is.

A vízszintes tengelyen szereplő ηcPuP mennyiségben Pu a kifáradási határterhelés,

P a csapágy dinamikus egyenértékű terhelése, ηc pedig a csapágy szennyeződését figyelembe vevő tényező.

  • ηc = 1 Nagyon tiszta. A csapágy nagyon tiszta környezetben üzemel, a szennyeződés mérete a kenőanyagfilm vastagságának felel meg;

  • ηc = 0,8 Tiszta. Tipikus állapot a védőtárcsás és élettartam-hosszabbítóval zsírozott csapágyaknál.

  • ηc = 0,5 Normális. Tipikus állapot a védőlemezes és élettartam-hosszabbítóval zsírozott csapágyaknál.

  • ηc = 0,5…0,1 Szennyezett. Tipikus állapot a tömítetlen csapágyak esete, durva kenőanyagszűrés mellett vagy amikor lehetőség van a környezeti szennyeződés behatolására.

A 453. ábrán paraméterként szereplő κ tényező a csapágy kenéséhez alkalmazott kenőanyag kinematikai viszkozitása (ν) és a kenéshez szükséges kinematikai viszkozitás (ν1) hányadosa: κ=νν1, ahol a ν1 értéke a csapágy középátmérőjének (dm) és fordulatszámának függvényében a 454. ábrábólhatározható meg.

454. ábra - A kielégítő kenéshez szükséges ν1 viszkozitás a csapágy középátmérőjének és fordulatszámának függvényében, ásványolaj esetén

kepek/454.png


Gördülőcsapágyak határfordulatszáma

A gördülőcsapágyakban fellépő különféle veszteségek a csapágy melegedését okozzák. A melegedés lényeges hatótényezője a fordulatszám. A gördülőcsapágyaknál a fordulatszám növelésének a legtöbb esetben a megengedhető üzemi hőmérséklet szab határt.

A határfordulatszám függ a csapágy típusától és nagyságától, a terhelés módjától, a kenési és hűtési viszonyoktól, a kosárszerkezet anyagától, a csapágy hézagától és pontosságától.

A normál határfordulatszám alapkivitelű (általában lemezkosaras), zsírkenésű és normál hűtésű csapágyra vonatkozik. Olajkenés esetén a határfordulatszám 20–30%-kal magasabb. A gördülőcsapágyak normál határfordulatszámát zsír- és olajkenésre a csapágykatalógusok adják meg.

A növelt határfordulatszám − amely kétszerese is lehet a normálnak − tömör (bronz-) kosaras, olajkenésű, növelt hézagú csapággyal érhető el.

A maximális határfordulatszám környékén üzemelő csapágyaknál a feltétel az egyrészes tömör (bronz-) kosár, a növelt hézag és futáspontosság (P5 vagy P4), a cirkulációs vagy olajköd kenés, valamint a megfelelő hűtés.

A csapágy statikus teherbírása

Az élettartam-összefüggés szerint a csapágy terhelése minden határon túl növekedhet. Nyilvánvaló, hogy egy határérték után a terhelés statikus károsodást okoz, és ez a csapágyat alkalmatlanná teszi az üzemszerű használatra.

A csapágy terhelhetőségének felső határát a statikusalapteherbírás (C0) szabja meg (448. ábra).

A csapágy statikus alapteherbírása radiális csapágyak esetén az a radiális, axiális csapágyak esetén pedig az a központosan ható axiális terhelés, amelynek hatására a legjobban terhelt gördülőelem és csapágygyűrű érintkezési helyén az együttes maradó alakváltozás a gördülőelem átmérőjének 0,000l-szerese.

A csapágy statikus teherbírását a következő összefüggés alapján lehet meghatározni:

C 0s0P0,

ahol s0 a statikus terhelés biztonsági tényezője:

s 0 = 1 normál csapágyak esetén,

s 0 = 0,5 kis fordulatszámú, vagy lengőmozgást végző csapágyak esetén,

s 0 = 2 nagy fordulatszámú csapágyak esetén.

P 0 a statikus egyenértékű terhelés. Egyidejűleg ható radiális és axiális terhelés esetén:

P 0 = X0Fr + Y0Fa,

ahol az X0 és Y0 terhelési tényezők értéke csapágykatalógusokból vehető.

Statikus terhelésre kell ellenőrizni a csapágyakat, ha

– a csapágy álló helyzetben is terhelve van,

– a csapágy üzemi fordulatszáma 10/perc alatt van,

– a csapágy csak lengőmozgást végez,

– a csapágyra dinamikus terhelés hat.

A gördülőcsapágy súrlódási vesztesége, üzemi hőmérséklete

A gördülőcsapágyban fellépő veszteségek alapvetően két nagy csoportra oszthatók: mechanikaijellegűveszteségekre, amelyek közös jellemzője, hogy gyakorlatilag függetlenek a sebességtől, azaz a csapágy fordulatszámától, és hidrodinamikai jellegű veszteségekre, amelyek gyakorlatilag a csapágy terhelésétől függetlenek.

A mechanikai jellegű veszteségek legjelentősebb részarányát az érintkezési felületen létrejövő mechanikai csúszás teszi ki. De mechanikai jellegű veszteséget okoz a kosársúrlódás és a vezetőperemeken fellépő csúszás is. A mechanikai jellegű veszteségek – tapasztalatok alapján – a következők szerint számíthatók:

M 1 = f1P1admb [Nmm],

ahol f1 a csapágy típusától és terhelésétől függő állandó, P1 a súrlódás szempontjából mértékadó terhelés, a és b a csapágytípustól függő kitevők.

Az egyes tényezők értékei csapágykatalógusokból vehetők.

A csapágyban lévő kenőanyag a csapágy forgása következtében hidrodinamikaijellegűveszteségeket okoz. A hidrodinamikai jellegű veszteségek a csapágy típusán és nagyságán kívül a kenőanyag kinematikai viszkozitásának, a kenés módjának és a két csapágygyűrű egymáshoz viszonyított relatív szögsebességének a függvénye. A hidrodinamikai veszteségek nagyságára jó becslést adnak az alábbi összefüggések:

M 0 = 10–7f0(νn)2/3dm3 [Nmm],

ha νn ≥ 2000, M0 = 160 ∙ 10–7f0dm3 [Nmm],

ha νn < 2000,

ahol f0 a csapágy típusától és a kenéstől függő állandó, n a csapágy fordulatszáma [1/perc], ν a kenőanyag kinematikai viszkozitása az üzemi hőmérsékleten (zsírkenésnél az alapolaj viszkozitása) [mm2/s].

A súrlódási veszteségteljesítmény: Ps = 10–3 ∙ 2πn(M1 + M0) [W].

Meg kell jegyezni, hogy az összefüggésbe a fordulatszámot 1/s-ben kell behelyettesíteni, és a súrlódó tömítések okozta veszteségeket nem veszi figyelembe.

A csapágyveszteségek ismeretére elsősorban a csapágyban keletkező hő, és a csapágy egyensúlyi hőmérsékletének meghatározásához van szükség. A csapágyveszteség hatására ugyanis a csapágy felmelegszik, de az egyes csapágyelemek különböző mértékben. Normál üzemi körülmények között a belső gyűrű 5–20%-kal melegebb, mint a külső gyűrű, aminek következtében a belső gyűrű jobban tágul. A két gyűrű hőtágulása közötti különbség hatására csökken a csapágy üzemi hézaga, és ha a hőmérséklet-különbség nagy, az üzemi hézag eltűnik, a gördülőelemek befeszülnek, a csapágy pedig tönkremegy.

A csapágyazás hőegyensúlya: Ps = αA(Tü + T0), ahol α a csapágyazásra vonatkoztatott redukált hőátadási tényező, A a mértékadó hőleadó felület, Tü a csapágyazás közepes hőmérséklete, T0 a környezeti hőmérséklet.

A gördülőcsapágyak kenése

A gördülőcsapágyban üzem közben a gördülőelem és a kosár, a gördülőelem és a gyűrűk vezetőpereme, valamint a gördülőelem és a gyűrűk érintkezési pontjaiban a rugalmas alakváltozások miatt csúszósúrlódás lép fel. A kenés alapvető feladata a súrlódás, valamint a súrlódással együtt járó melegedés és kopás csökkentése. További követelmény az alkalmazott kenőanyagokkal szemben a gördülőcsapágy-elemek korrózió elleni védelme.

A gördülőcsapágyak kenéséhez finomított ásványolajok, konzisztens vagy szintetikus gördülőcsapágy-zsírok használhatók. Növényi vagy állati eredetű kenőanyagok alkalmazását kerülni kell, mert hajlamosak korrodáló savak létrehozására, gyantásodásra és beszáradásra.

Szélsőséges üzemi körülmények között − pl. igen kis fordulatszám, nagy csapágyterhelés, nagy hőmérséklet − szilárd halmazállapotú (grafit, molibdén-diszulfid) kenőanyagok is alkalmazhatók.

Zsírkenés

A kenőrendszer egyszerű szerkezeti kialakítása, valamint az egyszerű tömítőrendszerek alkalmazhatósága miatt a legtöbb gördülőcsapágy zsírkenésű.

Nem célszerű a zsírkenés:

  • nagy fordulatszámú csapágyak esetén,

  • nagy üzemi hőmérséklet esetén, mert cirkulációs olajozással a csapágy hűtése is megoldható,

  • ha a csapágyazás súrlódási veszteségének csökkentése fokozott követelmény,

  • ha egy szerkezeten belül más gépelemek kenéséhez már olajat használunk (pl. fogaskerék-hajtóművek).

A zsírkenés előnyei az olajkenéssel szemben:

  • a tömítőszerkezet lényegesen egyszerűbb,

  • fokozza a csapágy tömítettségét a külső szennyeződések, nedvesség bejutása ellen,

  • csökkenti a csapágyzajt,

  • az üzemi viszonyoknak megfelelően megválasztott zsír esetén a csapágy hosszú ideig gondozás nélkül üzemel.

A gördülőcsapágy kenéséhez használt zsír fajtájának megválasztásakor mindenekelőtt a csapágy terhelését és fordulatszámát kell figyelembe venni, de tekintettel kell lenni az üzemi körülményekre is, mint pl. a csapágy hőmérsékletére, a beépítés szerkezeti megoldására, a környezeti viszonyokra stb.

Zsírkenésű gördülőcsapágyazások tervezése során fontos követelmény egyrészt, hogy legyen megfelelő nagyságú zsírtér, másrészt, hogy utánkenés esetén a kenőanyag biztonságosan a működő felületek közé jusson.

Olajkenés

Az olajkenésű gördülőcsapágyak az összes gördülőcsapágyazásnak mintegy 10–15%-át teszik ki. Gyakorlati kivitelezésére többféle megoldás van, amelyek közül az üzemi körülmények és a gazdaságossági szempontok együttes figyelembevételével lehet választani.

A merülőolajozás vízszintes tengelyelrendezésű csapágyazások esetén használható. A kenést a csapágyházba töltött olaj biztosítja oly módon, hogy a csapágy alsó gördülőeleme belemerül az olajba.

A szórótárcsás olajozásnál az olajba ún. szórótárcsa merül, ami az olajat szétszórja a házban, és a csapágyat a levegőben lebegő olajszemcsék kenik. Előnye, hogy az olaj keverési vesztesége kisebb, mint a merülő olajozás esetén.

A cirkulációsolajkenés esetén a kenés mellett az olaj feladata a csapágyban fejlődő hő elvezetése is. A legegyszerűbb esetben az olajat szivattyú szállítja a gördülőcsapágy valamelyik homloklapjához, a csapágy másik oldalán az olaj szabadon elfolyhat.

Nagy fordulatszámú ágyazások kenése és egyben hűtése célszerűen olajköd kenéssel valósítható meg. Lényege, hogy az olaj megfelelő nyomású levegőbe porlasztva, olajköd formájában jut a csapágyházba, ahol lecsapódva keni a csapágyat. A nyomás alatt lévő levegő a csapágyház tömítésein keresztül távozik, javítva ezzel a tömítés hatékonyságát.

Az olajbefecskendezéses kenés esetén az olajat egy megfelelően kialakított fúvóka közvetlenül a működő felületek közé juttatja. Előnye − különösen nagyobb fordulatszámokon −, hogy az irányított olajsugárral a csapágyat körülvevő légörvényt biztonságosabban lehet áttörni, a kenés megbízhatóbb, mint a ködkenés esetén.

Azoknál a kenési rendszereknél, ahol az olaj kívülről kerül az ágyazásba, gondoskodni kell arról, hogy ne jöhessen létre olajfeltöltődés, ezért megfelelő keresztmetszetű visszafolyó vezetékeket kell kialakítani.

Gördülővezetékek

A munkagépek, illetve erőgépek többségében találhatók olyan szerkezeti elemek, amelyek működés közben egyenes vonalú mozgásokat végeznek. Ilyenek pl. a szerszámgépek asztalai, a képlékeny alakítógépek medvéi, a dugattyús gépek keresztfejei stb. A szerkezeti elemek egyenesbe vezetését az ún. vezetékek biztosítják, amelyek csúszó- és gördülővezetékek lehetnek.

A gördülővezetékek iránti fejlesztési igényt az NC megmunkálógépek vetették fel mintegy 30–40 évvel ezelőtt. A gördülővezetékek alapvető előnye ugyanis a csúszóvezetékekkel szemben, hogy a nyugalmi és mozgási súrlódási ellenállásuk gyakorlatilag azonos, ezért az akadozó csúszás (stick-slip) jelenség nem lép fel, ami kismértékű elmozdulás esetén is pontos helyzetbeállítást tesz lehetővé. A gördülővezetékek további előnye a kis gördülési ellenállás, a kisebb kopás és az előfeszíthetőség. A gördülővezetékek gördülőelemeiként golyókat, henger- és tűgörgőket használnak.

A gördülővezetékek elemeit alapvetően két csoportra lehet felosztani: a korlátozott és a korlátozatlan elmozdulású elemekre.

A korlátozott elmozdulású gördülővezetékek legfontosabb építőelemei az egy-, illetve kétsorú tűgörgős (ritkábban golyós) síkkosarak (455/a és b ábra), valamint a golyóshüvelyek (455/c ábra). A tűgörgős síkkosarak végein fecskefarok alakú kiképzés teszi lehetővé azok egymáshoz kapcsolódását, s így tetszőleges hosszúságú síkkosár kialakítását. Az egysorú tűgörgős síkkosár vezetéséhez lapos gördülővezetéket (456/a ábra), a kétsorúhoz pedig rendszerint V alakú vezetéket (456/b ábra) használnak. A golyós hüvelyt hengerfelületen vezetik. A vezetékek futófelületei nagy geometriai pontossággal és 58–64 HRC keménységgel készülnek. A kész vezetékek csavarokkal foghatók fel az állványra, illetve az egyenesbe vezetett elemre.

455. ábra - Korlátozott elmozdulású gördülővezeték-elemek a) egysorú tűgörgős síkkosár, b) kétsorú tűgörgős síkkosár, c) golyós hüvely

kepek/455.png


456. ábra - Gördülővezetékek a tűgörgős síkkosarakhoz a) lapos gördülővezeték, b) V alakú gördülővezeték

kepek/456.png


A korlátozott elmozdulású vezetékeknél a gördülőelemes kosarak az egyenesbe vezetett elem elmozdulásának felével mozdulnak el. Ebből következik, hogy a vezetékeknek hosszabbnak kell lenniük, mint a gördülőelemsornak, ami a szerkezet méreteinek növekedéséhez vezet. Ezt a nehézséget küszöbölik ki a korlátozatlan elmozdulású gördülővezetékek.

A korlátozatlan elmozdulású gördülővezetékek jellegzetessége, hogy a gördülőelemeket valamilyen kényszerpályán folyamatosan visszavezetik az álló és mozgó felületek közé.

A görgős saru (457. ábra) egy edzett, nagypontosságú vezetőtömbből (T) áll, amelynek két végére csavarkötéssel zárófejeket (F) erősítenek. A görgősor végtelenített műanyag kosárba (K) foglalt, ami a görgősort az M működőfelületről a test felső oldalán folyamatosan visszavezeti. A görgős saru két végén a vezeték tisztántartására műanyagból készült szennylehúzók (S) helyezkednek el. A saru felerősítésére a 4 db G jelű furat szolgál. A görgőket a vezetőtömbbe készített pálya kis játékkal vezeti, így a gördülőelemek nem feszülhetnek be.

457. ábra - Görgős saru

kepek/457.png


A golyós hüvely (458. ábra) működési elve hasonló a görgős saruéhoz azzal a különbséggel, hogy míg a görgős saru vezetéke sík, addig a golyós hüvely hengerfelületen vezethető. Egy hüvelybe rendszerint hat golyósort helyeznek el. Kosarat általában nem alkalmaznak.

458. ábra - Golyós hüvely a) szerkezeti kialakítás, b) működési elv

kepek/458.png


Az álló és mozgó elem közti kényszerkapcsolatban felhasznált felületpárok számától és helyzetétől függően a vezeték lehet nyitott vagy zárt.

A nyitott vezetékek esetén az egyenesbe vezetett elem mozgása a vezetési iránytól eltérő irányú is lehet, mert ez kinematikai szempontból megfelelő kényszerekkel nincs megakadályozva. Ilyen esetben a vezetési iránytól eltérő irányú elmozdulásokat kényszererővel kell gátolni.

Nyitott vezetékeket általában ott használunk, ahol az elemek állandó kapcsolatát a mozgó elem önsúlya minden előforduló üzemi terhelés mellett biztosítja, így a nyitott vezetékek vízszintes vagy attól csak kismértékben eltérő vezetésre használhatók, ha a mozgó elem önsúlya elég nagy ahhoz, hogy az elemre ható terhelések hatására a mozgó elem kibillenése vagy kisiklása ne következzen be.

A mozgó elem oldalirányú vezetése kettős támasztást igényel, amelyet el lehet helyezni:

  • egy vezetősín két oldalán (vezetőágyas elv) vagy

  • két vezetősín egy-egy oldalán (oldaltámasztású elv).

A nyitott vezetékek elrendezésének néhány elvi megoldását a 459. ábra mutatja. A berajzolt nyílirányok a görgős vezetékek támasztási irányát jelölik.

459. ábra - Nyitott vezetékek elrendezésének elvi megoldásai a–c) vezetőágyas, d–e) oldaltámasztású megoldás

kepek/459.png


A nyitott vezeték alkalmazására a 459/b ábrának megfelelő elrendezésben a 460. ábra szemléltet egy szerkezeti példát. A gördülővezeték korlátozott elmozdulású.

460. ábra - Hosszú gyalugép asztalának egyenesbe vezetése

kepek/460.png


Ha az egyenesbe vezetett elem önsúlya nem elegendő az álló- és mozgórész közötti kényszerkapcsolat fenntartására, akkor zárt vezetéket kell alkalmazni.

A zárt vezetékkel egyenesbe vezetett elemnek csak egyetlen szabadságfoka van, azaz minden, a vezetési iránytól eltérő irányú mozgást kinematikai kényszerek akadályoznak meg. A zárt vezetékek néhány elvi megoldási lehetőségét a 461. ábra szemlélteti.

461. ábra - Zárt vezetékek elrendezésének elvi megoldásai a–b) oldaltámasztású, c) vezetőágyas megoldás

kepek/461.png


A 461/a ábra szerinti elrendezésre a 462. ábra mutat egy szerkezeti megoldást. Az ábrán kétsorú tűgörgős síkkosarak vannak beépítve. A játékmentes futás a G jelű csavarok meghúzása előtt a C jelű csavarok segítségével állítható be.

462. ábra - Korlátozott elmozdulású zárt gördülővezeték

kepek/462.png


A zárt gördülővezetékek előfeszítéssel is beépíthetők. Az előfeszítés játékmentes futást biztosít, és növeli a vezetékrendszer merevségét. Az előfeszítésnek különösen fontos szerepe van váltakozó irányú terhelés vagy a vezetékrendszerhez képest külpontos terhelés esetén.

A gördülővezetékeket a gördülőcsapágyakhoz hasonlóan élettartamra és statikus alapteherbírásra kell ellenőrizni. Az élettartam-összefüggés:

L 10 = ( C P ) p ,

ahol L10 a gördülővezeték élettartama [105 m], C a dinamikus alapteherbírás, P az egyenértékű terhelés, p az élettartam-kitevő. Golyós vezetékek esetén p = 3, görgős vezetékekre pedig p = 10/3.

A Cdinamikus alapteherbírás gördülővezetékek esetén az a terhelés, amely mellett a gördülővezetékek a 105 m élettartamot 90%-os valószínűséggel elérik, illetve túlélik.

Időben változó terhelések esetén a P egyenértékű terhelést az összefüggéseknek megfelelően lehet számítani.

A statikus alapteherbírásra való ellenőrzéskor a P0 C0feltételt kell kielégíteni, ahol C0 a gördülővezeték statikus alapteherbírása (értelmezése azonos a gördülőcsapágyakéval), P0 pedig a vezeték statikus egyenértékű terhelése, ami a maximális terheléssel azonos.