Szerviztechnika és Üzemfenntartás előadás GÖRDÜLŐCSAPÁGYAK ÜZEMELTETÉSE ÉS SZERELÉSE

Átírás

1 Szerviztechnika és Üzemfenntartás előadás GÖRDÜLŐCSAPÁGYAK ÜZEMELTETÉSE ÉS SZERELÉSE Dr. Szabó József Zoltán Egyetemi docens Mechatronika és Autótechnika Intézet

2 A csapágyaknak tekintélyes erőket kell felvenniük, ezek az erők származhatnak a forgó alkatrész súlyából, a kiegyensúlyozatlanságból származó forgó és alternáló tömegerőkből, a gép működése folyamán fellépő más hatásokból (rezgés, közegek nyomása, elektromágneses erők, forgácsoló-gépeknél a szerszámtól származó erők stb.) Az erők a csapágyat terhelhetik sugárirányban vagy/és tengelyirányban. A mechanikai igénybevételeken kívül el kell viselnie a súrlódásból származó hőterhelést is, a futásjellemzők jelentős romlása nélkül. A járművek futóműcsapágyainak igénybevétele például nagyon összetett: a jármű súlya, a gyorsításból, hajtásból és a fékezésből származó tömegerők, a kanyarokban a pályagörbéből és sebességből származő centripetális erő, a forgó kerekek elfordításából származó erő (pörgettyű) és a pálya (út) egyenetlenségeiből származó dinamikus erők terhelik, ráadásul ezeket az igénybevételeket igen széles hőmérséklet-tartományban kell elviselnie, Télen -15 C gyakori induláskor, nyáron pedig C az üzemi hőmérséklet. GÖRDÜLŐ- CSAPÁGYAK A csapágyak gépelemek, amelyek tengelyek, forgó alkatrészek alátámasztásául szolgálnak, úgy hogy a forgó mozgást minél kisebb ellenállás mellett, minél pontosabb vezetéssel biztosítsák. A tengelynek az a része, mely a csapágyba illeszkedik a tengelycsap.

3 GÖRDÜLŐCSAPÁGYAK JELLEMZŐI A gördülőcsapágyak olyan egyszabadságfokú gépelemek, amelyek többnyire tengelyek vagy forgó alkatrészek olyan megtámasztására szolgálnak, hogy lehetővé teszik a tengely vagy a forgó gépalkatrész elfordulását, illetve körülfordulását. A gördülőcsapágyak alkalmazásának célja tehát kettős: egyrészt rögzítés (támasztás), másrészt az elmozdulás (elfordulás) biztosítása. A gördülőcsapágyak egy állórészből, egy forgórészből, és ezen gyűrűk között elhelyezkedő gördülőelemekből, valamint a gördülőelemek egymáshoz viszonyított helyzetét állandósító kosárszerkezetből állnak. A gördülőcsapágyak teljesítőképességét nagy mértékben az alkalmazott alapanyagok befolyásolják

4 Már az ókori népek a környezetépítő tevékenységük során szembetalálták magukat a nehéz tárgyak továbbításának a problémájával. A továbbítás egyik hangsúlyos tényezője a súrlódás. Napjainkban talán nehéz elképzelni, hogy a városépítéseknél használt hatalmas kőtömböknek a továbbítása milyen nehézségbe került, százak, ezrek emberi ereje volt szükséges hozzá. Az első ismert golyóscsapágyat az 1930-as években találták meg Róma mellett, egy a Lago Nemi-ből kiemelt római kori hajón. Ez a hajó az i.sz. 50-ből való, Caligula császár flottájából. A fedélzeten egy nagyméretű szobor volt, mely forgathatóan volt kialakítva. A forgathatóságát egy talpcsapággyal oldották meg. Az első személy, akiről konkrétan tudjuk, hogy foglalkozott e témával, az Leonardo da Vinci volt, aki behatóan foglalkozott a súrlódás fogalmának tanulmányozásával és aki nemcsak a csúszó súrlódást, hanem a forgó (csap) súrlódást is vizsgálat tárgyává tette. Hasonló gondolatokról vagy megoldásokról egészen 1556-ig nem hallunk semmit. Ekkor lát napvilágot Agricola munkája, melyben a szerző az antifrikciós csapágyazás egy alkalmazásáról is beszél, 1802-ben, ami bizonyos Cardinet nevéhez fűződik. E csapágy a népies mulatságokból jól ismert körhinta csapágyazására szolgált, 1858-ból való Brousseut mérnök görgős csapágyszerkezete, amelynél az egyes görgők kosarát végnélküli bőrbör vagy guttaperchából való szíjak alkották Sven Wingquist 1907-ben a beálló golyóscsapágy, ben pedig a beálló görgőscsapágy megtervezésével írta be nevét a híres feltalálók könyvébe. Magyarországon az első SKF lerakat 1917-ben kezdte Gördülő-csapágy történelem

5 CSAPÁGYTÍPUSOK

6 CSAPÁGYTÍPUSOK

7 CSAPÁGYTÍPUSOK

8 CSAPÁGYTÍPUSOK

9 CSAPÁGYTÍPUSOK

10 CSAPÁGYAK KIVÁLASZTÁSÁNAK SZEMPONTJAI A rendelkezésre álló hely A terhelés nagysága, iránya, fajtája Az elvárt élettartam A pontosság Zajszint Rezgésszint Merevség Egytengelyűségi követelmények Tengelyirányú eltolhatóság Illesztési hézag Üzemi fordulatszám Hőmérséklet Karbantartás, kenés Szerelhetőség Szabványok

11 GÖRDÜLŐCSPÁGYAK SZABVÁNYOS JELÖLÉSEI

12 CSAPÁGYHÉZAG Csapágyhézagnak a csapágyban fellelhető hézagok közül azokat a hézagokat nevezzük, amelyek lehetővé teszik a csapágygyűrűk egy-máshoz viszonyított bizonyos mértékű sugárirányú vagy tengelyirányú elmozdulását. Attól függően, hogy a hézag milyen irányú gyűrűelmozdulást tesz lehetővé, beszélünk sugárirányú, tengelyirányú, illetve szöghézagról.

13 CSAPÁGYHÉZAG A csapágy állapotától függően háromféle sugárirányú csapágyhézagot különböztetünk meg: a H gyártási csapágyhézagot; a Hb a csapágy beszerelés utáni hézaga, amely mindig kisebb mint H; és a Hü beépített és üzemelő csapágy hézaga, amely a Hb függvénye. Az eredeti csapágyhézagok értékeit (H) a DIN 620 szabvány szabályozza, melyre azért volt szükség, hogy ezáltal: biztosítsák a csapágyra ható terhelés megfelelő eloszlását a gördülőelemek között; korlátozzák a csapágy rezgéseit; korlátozzák a tengely, illetve a ház radiális és axiális irányú elmozdulását; csökkentsék a csapágy üzemi zajszintjét.

14 CSAPÁGYHÉZAG A csapágyakban lévő gyártási hézag a szerelés után kialakult szerelési hézag, illetve az üzem közben kialakult csapágyhézag nagy mértékben befolyásolja a csapágy élettartamát. Ez azzal magyarázható, hogy hézaggal működő csapágyban a terhelés megoszlás nem egyenletes a gördülőelemek között. A hézag nélküli csapágyban több számú gördülőelem vesz részt a terhelés átadásában, ezért az egy golyóra eső fajlagos terhelés kisebb. Azonos csapágyterhelés esetén tehát kedvezőbb a gördülőelemek és a golyók fajlagos terhelése a hézag nélküli csapágyakban. A hézaggal rendelkező csapágyak várható élettartama az alsó gördülőelemek és azokkal ugyancsak alul érintkező futópályák helyi túlterhelése miatt kisebb mint a hézag nélküli esetben. Ha a hézag értékét nulla alá csökkentik, tehát negatív hézagot valósítanak meg, akkor előfeszítésről beszélünk, amely szintén befolyásolja a csapágy élettartamát az előfeszítésből adódó túlterhelések miatt.

15 CSAPÁGYHÉZAG

16 Csapágyhézag a gyakorlatban

17 GÖRDÜLŐCSAPÁGYAK ILLESZTÉSE A radiális gördülőcsapágyak illesztésének célja a gyűrűk káros elmozdulásának megakadályozása a tengelyen illetve a fészekben. A tengelyirányú rögzítés nem illesztési feladat, e célra csapágyfedelek, rögzítőgyűrűk, csapágyanyák használatosak. A gyűrűs gördülőcsapágyak beépítésekor a belső gyűrűt alaplyukrendszer szerint tengelyre, a külső gyűrűt pedig a fészekbe alapcsaprendszer szerint illesztik. A gördülőcsapágyak geometriai méreteit nemzetközi szabványok szabályozzák

18 Az illesztés kiválasztásának főbb szempontjai: a csapágy hézaga az illesztés következtében ne csökkenjen az optimális üzem és élettartamhoz szükséges érték alá; a választott illesztés mivel értéke függ a terheléstől a legnagyobb terhelésen is feleljen meg a követelményeknek; a szükséges illesztési fokozat mindig a csapágy méretének függvénye; tekintettel arra, hogy a csapágy belső vagy külső gyűrűjének hőmérséklet-változása módosítja az illesztést, ezért az illesztési fokozatot úgy kell választani, hogy a megváltozott hőmérsékleten is kielégítő legyen; a csapágyazott tengely üzeme során felmelegedhet, hossza változik, ezért az egyik csapágyat úgy kell illeszteni és beépíteni, hogy a tengely a csapággyal együtt axiális irányban el tudjon mozdulni; a csapágyak eredeti hézagának kiválasztását befolyásolja az illesztési fokozat, ezért azt úgy kell kiválasztani, hogy a futáspontosság a követelményeknek megfeleljen; az illesztési fokozat kiválasztásakor, illetve megállapításakor arra is gondolni kell, hogy a szilárd illesztések szerelési

19 Az illesztési hézagot befolyásoló tényezők

24 A terhelések jellege és az illesztések összefüggése

25 KERÉKCSAPÁGYAZÁSOK A gépjármű hajtott kerekei, a kerékagyon keresztül a hajtó tengelyhez csatlakoznak. A kerékagy rögzítését a tengelyen ékkel vagy íves retesszel és koronásanyával vagy, ha a tengelyen csatlakozó tárcsát készítenek, csavarkötéssel oldják meg. Ebben az esetben a tengelyt csapágyazzák a tengelytokban. A kerékcsapágyak megfelelő elhelyezésével a hajtótengely terhelését, jelentős mértékben befolyásolni lehet.

26 Hajtott kerekek csapágyazása: A hajtott kerekek csapágyazási megoldásait a hajtó féltengely igénybevétele alapján osztályozzuk. Amennyiben a féltengely csak csavaró igénybevételnek van kitéve, akkor teljesen tehermen-tesített féltengelyről beszélünk. Abban az esetben ha azt kismértékű hajlítónyomaték is terheli, akkor részben tehermentesített, ha a teljes hajlítónyomaték, akkor tehermentesítés nélküli féltengelynek nevezzük. Különbséget kell tenni továbbá kormányzott és nem kormányzott hajtott kerekek között. Kormányzott kerekek féltengelyei ugyanis a kerék elfordításának biztosítása érdekében az un. Kormánycsap tengelyvonalában meg vannak törve. A két tengelydarab közötti kapcsolatot szinkron kardáncsukló biztosítja, mely hajlítónyomatékot nem továbbíthat.

27 Hajtott hátsó kerék teljesen tehermentesített csapágyazása Tehergépkocsiknál előszeretettel alkalmazzák az általában ferde hatásvonalú csapágyak belső gyűrűje nem a tengelyre, hanem a tengelytokra támaszkodik, a külső gyűrűk pedig a kerékagyban, szoros illesztéssel helyezkednek el. A hajlítónyomatékot a két kúpgörgős csapágyon keresztül a hátsó híd merev csőtoldata teljes egészében felveszi, a tengelyt így csak a hajlítónyomatékból származó csavaró fesz ültség terheli.

28 Hajtott hátsó kerék félig tehermenetesített csapágyazása Ez esetben a kerékagy 1 darab önbeálló csapággyal van a tengelytokra csapágyazva, ilyenkor a második megtámasztást a féltengely belső végének a differenciálműbe való ágyazása biztosítja. A féltengelyt ilyenkor -az oldalirányú erőkből származó- csekély hajlítónyomaték is terheli, ez az igénybevétel azonban a terhelésből származó, változó irányú igénybevételhez viszonyítva lényegesen kisebb. A tengelytok felveszi a terhelésből származó nyomatékot és nyíróerőt. A hajtó nyomatékot a peremes tengely, csavarokon keresztül viszi át a kerékagyra.

29 Hajtott hátsó kerék tehermentesítés nélküli csapágyazása Ennél a megoldásnál a kerék közvetlenül a féltengely végére van erősítve íves retesz alkalmazásával. A kétsoros golyóscsapágy is a féltengelyen ül. A keréktárcsa sajtolása következtében, a kerék és az útfelület érintkezési pontjában ébredő FB erő hatásvonala a csapágy görgőpályáján, illetve a görgőpályák közt halad keresztül. Abban az esetben, ha ez az erő a csapágytól távolabb hatna, akkor hajlítónyomatékot ébresztene, amely minden tengelyfordulatnál változtatná az irányát és fáradásos törést okozna. Az ábra szerinti elrendezés esetén csak a nyíró igénybevétel marad meg, a hajlító igénybevétel elmarad. Az FV oldalvezető erő a kocsi kanyarodásánál az R gördülési sugáron ébresztett változó

30 Hajtott és kormányzott kerék tehermentesítés nélküli csapágyazása A meghajtott első kerék tengelyének csapágyazása, a rövid tengelycsonk, valamint a meghajtó kardáncsukló miatt nagyobb figyelmet igényel. Az alkalmazott kétsoros golyós csapágy külső gyűrűje az acélöntvény házban, a belső gyűrű pedig a tengelycsonkon illeszkedik. A terhelésből származó hajlító, nyíró, és az oldalvezető erő által ébresztett nyomaték közvetlenül a tengelyt veszi igénybe. Könnyű szerkezetű személygépkocsiknál elterjedten alkalmazzák ezt a megoldást.

31 Hajtott és kormányzott kerék teljesen tehermentesített csapágyazása A kerékagyat, tengelyirányban megnyújtották úgy, hogy arra két darab gördülő csapágyat tudjanak illeszteni. A külső csapágygyűrűk az öntvény ház csapágyfészkeiben illeszkednek. Az így csapágyazott kerékagyat, kúpos illesztéssel és ékkel, valamint koronás anyával rögzítve szerelték a tengelyre. A kerékagy és a féltengely bordás kötéssel kapcsolódik egymáshoz. A kerékre eső erőkből származó nyomatékok és nyíró erők a kerékagyat terhelik. A tengelyt csak csavaró igénybevétel terheli. Ez a megoldás biztonságos, de bonyolult és költséges, ezért főleg nagyobb kocsiknál alkalmazzák.

32 Szabadonfutó, kormányzott első kerék tehermentesítés nélküli csapágyazása A kerék közvetlenül a tengelycsonkra támaszkodik, a kerékagyban elhelyezett két darab ferdehatásvonalú csapágyon keresztül. A tengelycsonkot a függőleges és oldalirányú erők által minden esetben hajlítónyomaték terheli. Az alátámasztó erő hatásvonala a tengelycsonk tövénél lévő csapágy gördülő pályáján megy keresztül. Ezt a megoldást tehergépkocsiknál alkalmazzák

33 Korszerű személygépkocsi csapágyazás (OPEL)

34 Gördülőcsapágyak tönkremeneteli módjai