Nyugat-Magyarországi Egyetem Faipari Mérnöki Kar Gépészeti Intézet Kocsis Zoltán Ph.D. hallgató Gépelemek II Gyakorlati segédlet
Tartalomjegyzék 1. Tengelyek...3 1.1. Tengelyek kialakítása és anyagai...3 1.. A tengelyek méretezése...4 1.3. A tengelyek szilárdsági méretezése törésre...6 1.4. Statikus húzó vagy nyomó igénybevétel...7 1.5. Statikus nyíró igénybevétel...7 1.6. Statikus hajlító igénybevétel...7 1.7. Síkidomok másodrendu nyomatéka...8 1.8. Egyéb keresztmetszeti jellemzok...9 1.9. Statikus csavaró igénybevétel...11 1.10. Méretezés összetett igénybevételre...11 1.11. A tengelyek ellenorzése alakváltozásra...13 1.1. A tengelyek dinamikus ellenorzése (Tengelyek kritikus fordulatszáma)...14 1.13. A tengelyek kialakításának szempontjai...16 1.14. Példa...17. Gördülocsapágyak...19.1. A gördülocsapágy feladata és tulajdonságai...19.. A gördülocsapágyak tulajdonságai...19.3. Gördülocsapágyak típusai...19.4. Gördülocsapágyak osztályozása...0.5. A gördülocsapágyak jelölési rendszere...5.6. A gördülocsapágyak illesztése, futáspontossága...6.7. A gördülocsapágyak kifáradásos terhelhetosége, élettartama...7.8. A csapágyak terhelése...9.9. Gördülocsapágyak statikus alapterhelhetosége...3.10. Gördülocsapágyak kenése...33.11. A csapágyak tömítése...38.1. Gördülocsapágyak beépítési megoldásai...40.13. Gördülocsapágyak szerelése...41.14. Példa...47 3. Reteszkötések...49 3.1. A reteszkötés méretezése...51 3.. Példa...54 4. Tengelykapcsolók...55 4.1. A tengelykapcsolók feladata, csoportosítása és általános méretezési elvük...55 4.. Oldható, erozáró (súrlódó) tengelykapcsoló...58 4.3. Kúpos tengelykapcsoló...59 4.4. Példa: Kúpos dörzskapcsoló méretezése...60 5. Fogaskerekes hajtások...63 5.1. A fogaskerekek csoportosítása...63 5.. A fogaskerékhajtások alapfogalmai...66 5.3. A fogazat alapveto elnevezései, jelölések...67 5.4. Példa: Fogaskerékhajtás méretezése...69
1. Tengelyek Tengelyek Azokat a gépelemeket, amelyek a forgó alkatrészeket (szíjtárcsa, fogaskerék stb.) hordozzák, tengelyeknek nevezzük. 1.1. Tengelyek kialakítása és anyagai A tengelyek rendeltetésük szerint két csoportba oszthatók: a) támasztó tengelyek: ezek rögzített (álló) és csapágyazott (forgó) kiviteluek lehetnek; de forgató nyomatékot nem visznek át, így a hozzájuk szerelt forgó alkatrészeket csapágyazva kell felszerelni. Ezért ezen tengelyek terhelése csak hajlítás lehet. b) nyomatékátvivo tengelyek: mindig csapágyazott kiviteluek, így a rájuk szerelt forgó alkatrészek fixen rögzíthetok. Ezért terhelésük csavarással párosult hajlítás. A tengely alakját és méreteit a hordozott gépelem alakja és méretei, az igénybevétel módja, valamint a technológiai és a szerelési követelmények határozzák meg. Keresztmetszetük általában kör vagy körgyuru, hosszuk az átméro többszöröse. Ha az alkatrészek forognak, de maga a tengely áll, akkor csak azok kapcsolódási helyein kell kör vagy körgyuru keresztmetszetet kialakítani. A többi keresztmetszet olyan lehet, amely a terhelés és a technológiai követelmények figyelembevételével a leggazdaságosabb anyagkihasználást biztosítja. A terheléshez képest forgó tengelyek esetén viszont célszeru az egész hossz mentén kör keresztmetszetet alkalmazni. A csapágyazott és illesztett tengelyszakaszok átméroje szabványos. A nyomatékot továbbító tengelyszakasz vagy tengelyvég hengeres, kúpos, bordás, vagy más különleges kiképzésu (fogazott, poligon stb.) lehet. A tengely anyagának a megválasztásánál nemcsak a megfelelo szilárdságra, hanem a defo r- máció eloírt határok közötti tartására is törekedni kell. A leggyakrabban használt tengelyanyag az acél. Alárendeltebb célokra, kisebb igénybevételek esetén a görbített és a csotengelyek öntöttvasból is készíthetok, hengeres tengelyekhez pedig A34; A4; A50 stb. ötvözetlen szerkezeti acélok, valamint C30 és C35 nemesítheto, ötvözetlen acélok alkalmazhatok. Kényesebb, nagy igénybevételu helyeken (motorok, nyomatékváltók, hajtómuvek, stb.) nemesítheto ötvözött acélokat cé1szeru használni. Ezek szakítószilárdsága 600-1400N/mm. A nagy kopás állóságú kovácsolt alakos tengelyek (pl.: bütykös tengelyek) anyaga betétben edzheto nikkel, krómnikkel, króm-molibdén és króm-mangánacél lehet. Kemény kopásálló felület 3
nyerheto nitridálással, vagy felületi edzéssel, esetleg kemény bevonatokkal, azonban a vegyi kezelések csökkentik a kifáradási határt. 1.. A tengelyek méretezése A tengelyek méretezéséhez a rá ható erok térbeni és idobeni lefutásának ismerete szükséges. A terhelés idobeni változása lehet determinisztikus, amikor a terhelés-ido függvény egyé r- telmu matematikai formulával megadható és sztochasztikus, amikor a terhelés múltbeli nagysága a pillanatnyi értéket nem határozza meg, legfeljebb annak valószínuségi eloszlására hat ki. Ez utóbbi esetben a terhelés spektruma az amplitúdók suruségfüggvényével jellemezheto. A determinisztikus terhelések lehetnek periodikusak és aperiodikusak. Sztochasztikus igénybevétel esetén sem az amplitúdót, sem a fázist nem tudjuk tetszoleges idopontokra teljes biztonsággal megjósolni, ezek a jellemzok csak va lószínusíthetok. A legkorszerubb eljárások szerint a méretezést a terhelésszintek üzemidotol is függo suruségfüggvénye alapján kell elvégezni, figyelembe véve az ismétlodo terhelések fárasztó hatását is. E módszerek alkalmazása azonban ma még nehézségekbe ütközik. Ezért a gyakorlatban ma még legtöbbször a kifáradási határt jelentosen még nem csökkento, ritkán eloforduló csúcsterheléseket idoben állandó terhelésként felfogva, statikus anyag jellemzok alapján méretezünk. A terhelés idobeli változását, annak fárasztó hatását ún. üzemi tényezok alkalmazásával vesszük figyelembe. A tengelyen üzemszeruen fellépo csavaró nyomaték többféle hatás; a névleges terhelés, a gép egyenetlen járása, az indítási körülmények, és a különbözo rezgések szuper pozíciójából adódik (1. ábra). 4
1. ábra: Az eredo terhelés idobeli változása A névleges nyomaték (M) a névleges teljesítménybol (P) számítható: P M T, ahol:ω a tengely szögsebessége (ω πn) ω A gépek egyenetlen üzeme miatt a tengelyek terhelése a névleges érték körül ingadozik és ez a körülmény a névlegesnél nagyobb igénybevételek fellépését is jelenti. A terhelésnövekedést méretezéskor az ún. üzemi tényezovel jellemezzük (Cü > 1). Nagysága tapasztalati adatok alapján állapítható meg. Az egyenetlen járás külso hatásokra és belso üzemi tulajdonságokra vezetheto vissza. Okozhatja mind a hajtó, mind pedig a hajtott gép. Indításkor az álló tömegeket fel kell gyorsítani az üzemi fordulatra. A tehetetlenségi erok okozta nyomatéknövekedést Ci > 1 indítási tényezovel számíthatjuk, amely ugyancsak tapasztalati értékek alapján becsülheto, vagy egyszerubb esetekben az analitikus úton is meghatározható. A gép üzeme közben fellépo rezgések további Mr nyomatéknövekedést jelentenek. A rezgések frekvenciája lényegesen nagyobb, amplitúdója viszont kisebb, mint a terhelésé. A részhatások szuperpozíciójából származó, és méretezési alapul szolgáló legnagyobb nyomaték tehát: Mmax M + [(Ci 1)+(Cü 1)]M + Mr A tengelynek a maximális terhelés felléptekor az alábbi követelményeket kell kielégíteni: ne törjön el alakváltozása kicsi legyen forgás közben ne lépjen fel a rezonancia jelensége A fenti követelmények szilárdsági és dinamikai méretezéssel elégíthetok ki. 5
1.3. A tengelyek szilárdsági méretezése törésre A tengelyek fo méreteit az önsúly, a terhelés és az alkalmazott anyag minosége alapján határozhatjuk meg. Az anyagra megengedett feszültségek a gyakorlatban elfogadható közelítéssel: s meg (0,5-0,4) REH és t meg s meg / Az igénybevétel lehet húzás, nyomás, nyírás, hajlítás, csavarás és ezek kombinációja. Az ébredo feszültség az elemi szilárdságtan összefüggéseivel meghatározható. Összetett igénybevételnél a redukált feszültséget Mohr vagy H-M-H (Huber-Mises-Hencky) elmélete szerint számíthatjuk. 6
1.4. Statikus húzó vagy nyomó igénybevétel Az átméro meghatározása: Tömör tengely esetén: Cso tengely esetén: σ d F σ A meg 4 F σ π meg d σ meg 4 F π (1 a ) 1.5. Statikus nyíró igénybevétel τ F τ A meg Az átméro meghatározása: Tömör tengely esetén: d 4 F τ π meg Cso tengely esetén: d τ meg 4 F π (1 a ) 1.6. Statikus hajlító igénybevétel a) Navier-féle képlet: σ M h K σ meg b) keresztmetszeti tényezo: A keresztmetszetek jellemzoi: A rugalmasságtani számítások során szükség van a keresztmetszetek különbözo jellemzoire. n A n x da, n 0,1,, A Ahol da a keresztmetszet síkjától kiválasztott elemi nagyságú terület, x a területelem y tengelytol mért távolsága (. ábra). 7
A. ábra 1. eset, ha n 0: A n 0 x da da A A A (m ), a síkidom területét kapjuk. eset, ha n 1: 1 An x da xda S A 3. eset, ha n : n A yy A y (m 3 ), elsorendu, vagy sztatikai nyomaték A x da I (m 4 ), mely a síkidom y tengelyre vonatkozó másodrendu nyomatéka 1.7. Síkidomok másodrendu nyomatéka 1. Tengelyre vonatkozó másodrendu nyomaték: I y da, I x yy xx A. Két egymásra meroleges tengelyre vonatkozó ún. deviációs vagy centrifugális másodrendu nyomaték I yx yxda xyda I xy 3. Pontra vonatkozó, vagy poláris másodrendu nyomaték: I 0 r da A A A A da 8
Példa egyszeru síkidomok másodrendu nyomatékainak számítására: Derékszögu négyszög: Súlyponti tengelyekre: I x b 3 3 y a b y da a y dy a, 3 3 A 0 I ' x I x b a b A 3 3 b 0 b a b a b 4 1 3 y y b S A a dy x x Háromszög: a m 36 3 I x, I x a m 1 3 S a m x x Kör: I π R 4 4 x I y 4 D π 64 y R S R x 1.8. Egyéb keresztmetszeti jellemzok 1) Inerciasugár: i x I xx A, a síkidom x tengelyre vonatkozó inerciasugara (m) ) Fo inerciasugár: I1 I imax i1, imin i (m) A A 3) Keresztmetszeti tényezo: I ( x, y) K ( x, y) W( x, y) (m 3 ), a síkidom súlypontján e ( x, y) átmeno fo tengelyekre vonatkozó nyomatékoknak és a síkidom ezen tengelytol mért legszélso távolságának, a szélso száltávolságnak a hányadosa. Minden síkidomnak négy keresztmetszeti tényezoje van (x,y,xy yx,o). 3. ábra 9
10 Példa egyszeru síkidomok keresztmetszeti tényezoinek számítására: Derékszögu négyszög: 6 1 3 b a b b a e I W K x x x x Háromszög: 4 3 36 3 m a m m a e I W K x x x x Kör: 3 4 4 3 3 4 π π π D R R R e I W K x x x x c) az eredo hajlító nyomaték hii hi h M M M + d) Az átméro meghatározása Tömör tengely esetén: 3 3 π σ meg M h d Cso tengely esetén: 3 4 ) (1 3 a M d meg h π σ x x y y dy b a A S x x a m S R R S x y
1.9. Statikus csavaró igénybevétel a) Az ébredo feszültség meghatározása: τ M K cs P τ meg ahol M cs P ω b) A poláris keresztmetszeti tényezo: c) Az átméro meghatározása Tömör tengely esetén: K Pcso 3 D π KPr úd 16 4 π ( D d 16 D 4 ) d 3 16 P π ω τ meg Cso tengely esetén: d 3 τ meg 16 P π ω (1 a 4 ) 1.10. Méretezés összetett igénybevételre Az egyideju hajlítással és csavarással terhelt tengelyek méretezését a fent megismertek felhasználásával a redukált feszültség meghatározása alapján végezzük el. H-M-H (Huber-Mises-Hencky) elmélet szerint a redukált feszültség: Mohr szerinti redukált feszültség: A redukált nyomaték: σ σ σ + 3 τ red σ meg σ + 4 τ, red σ meg r H M M + M cs 11
Ezzel elvégezheto az elotervezés, meghatározhatók a fo méretek. A tengely részletes megszerkesztése után kerülhet sor a végleges szilárdsági ellenorzésre, amely kifáradásra történo ellenorzést jelent. A kifáradásra történo méretezés alapelve, hogy a tengelyben ébredo ismétlodo feszültség nem érheti el az igénybevétel fajtájától, a tengely alakjától, méretétol, a felületi megmunkálástól és az üzemi körülményektol függo kifáradási határfeszültséget. Az igénybevétel fajtáját úgy vesszük figyelembe, hogy az illeto igénybevételre és az anyagra felvett Smith diagramot használjuk. A tengelyek felületet különbözo alakú hornyok, beszúrások, keresztmetszeti változások szakítják meg. Ezeken a helyeken a névleges feszültség többszöröse is felléphet, és ennek megfeleloen, itt a legnagyobb a kifáradásos törés veszélye. Összefoglalva az ellenorzés lépései a következok: Az elotervezés adatai alapján megszerkesztett tengelyekre megrajzoljuk az igénybevételi ábrákat és kijelöljük azokat a helyeket, amelyekre az ellenorzést el kell végezni (a legnagyobb igénybevétel és a keresztmetszeti változások helyei). A kijelölt keresztmetszetben megállapítjuk az αk alak- vagy a βk horonytényezot valamint a γ méret-és ν felületminoségi tényezot. Az ellenorzött keresztmetszetekben kiszámítjuk a középfeszültséget és a feszültségamplitúdót. A Smith diagramból megállapítjuk a kifáradási határfeszültséget (σm). A középfeszültség, és a hozzáadott feszültség amplitúdó együttes értékének a Smith-féle biztonsági területen belül kell maradnia. A diagramból adódó határfeszültséget (σf) a méret (γ)- illetve a felületminoségi tényezovel (ν) csökkentjük, a maximális ébredo feszültséget (σmax) pedig a βk horonytényezovel növeljük. A módosított határfeszültség, és a maximális ébredo feszültség hányadosa a biztonsági tényezo (n): amelynek ajánlott értéke: 1,5...,0. σ n σ f max γ ν β K 1
A tengelyek méretezendo keresztmetszete: 4. ábra: A tengely méretezendo keresztmetszete 1.11. A tengelyek ellenorzése alakváltozásra A tengely a terhelés határa alakváltozást szenved. A hajlító nyomaték lehajlást, a csavaró nyomaték elcsavarodást okoz. A tengely megfelelo, ha az alakváltozás a rugalmassági határon belül marad. A kör vagy körgyuru keresztmetszetu egyenes rúd elcsavarodása: ϕ M I P t l G ahol G: a csúsztató rugalmassági modulus, acélra (8 8,1 10 4 N/mm ) l: a tengely szakaszok hossza Ip: a tengelyszakaszok poláris másodrendu nyomatéka A poláris másodrendu nyomaték: 4 π I Pr d úd 3 4 4 ( D d ) I Pcso π 3 A tömör, kör keresztmetszetu tengely szükséges átméroje: d 4 3 M t l ϕ π G meg 4 ϕ 3 P l π G ω meg A megengedett elcsavarodás (j meg ) általában 0,00435 radián/m (1/4 ). 13
A tengelyek lehajlása a rugalmas szál differenciálegyenletébol határozható meg. A jellegzetes és gyakran eloforduló egyszerubb terhelésu állandó keresztmetszetu tengelyeknél a rugalmas szál érintojének vízszintessel bezárt szögét (α) és a lehajlást (f) az 1. táblázat tartalmazza. A lehajlás ellenorzése elsosorban ott válik szükségessé, ahol a tengelyre szerelt gépelemek muködését bizonyos határon túl már zavarhatja a deformáció. (pl.: Fogaskerék hajtásoknál). Az irodalomban a megengedett lehajlás értéke f meg 1/3000 L (mm), s meg 0,001 radián. 1. Táblázat: Állandó keresztmetszetu tengelyek szögelfordulása és lehajlása 1.1. A tengelyek dinamikus ellenorzése (Tengelyek kritikus fordulatszáma) A fizika tanulmányokból ismeretes, hogy periodikus külso ero hatására lengo, tömegbol és rugóból álló rendszer lengéseinek amplitúdója, ha a kényszerero frekvenciája megegyezik a szabad rezgés frekvenciájával, végtelenné válik (a jelenséget rezonanciának nevezzük). A rezonancia a rugalmas anyagból készült nagy fordulatszámú tengelyeknél is felléphet amennyiben azokat a tengely saját frekvenciájával egyezo ismételt külso impulzusok 14
érik. A két frekvencia egyezése a gyakorlatban csapágy- vagy tengelytöréshez vezethet. A lengéseket hajlító- és csavaró nyomaték egyaránt létrehozhatja. Mindkét esetben felléphet a rezonancia, ezért nagy fordulatszámú tengelyeket ebbol a szempontból is ellenorizni kell. 5. ábra: A tengely deformációja Vizsgáljuk az 5. ábrán látható tengelyt, amelyre az (m) tömegu tárcsát excentricitással erosítették fel. Az ω szögsebességgel forgó tengelyen az excentricitás miatt: Fcm(y + e)ω kiegyensúlyozatlan tömegero hat, amely (y) kitérést okoz. A tengely elhajlása a rugalmassági határon belül: y c Fc ahol c az egységnyi elhajlást okozó ero reciproka, azaz a rugóállandó. A két egyenloségbol: m e ω y 1 m ω c A képlet szerint a elhajlás (y) végtelen értéket is felvehet, így a kritikus szögsebesség tehát: 1 ω k m c Az 5. ábra szerinti vízszintes tengelyeknél a rezonancia akkor is felléphet, ha a felszerelt tárcsa tökéletesen ki van egyensúlyozva, vagyis a tömegközéppont a tengely középvonalába esik. Ekkor is a kritikus szögsebesség: ω k 1 m c 15
A súlyero hatására ugyanis a tengely itt is y elhajlást (lehajlást) szenved és így súlypontja a tengely eredeti középvonalától y távolságra kerül. A gyakorlatban azonban a tárcsák középvonala és súlypontja az anyag inhomogenitása és a gyártási pontatlanságok miatt soha nem esik egybe, ezért a kritikus fordulatszámra történo dinamikus ellenorzést elrendezéstol függetlenül minden esetben el kell végezni. A rezonanciához tartozó kritikus szögsebesség a fentiekkel analóg módon számítható: ω 1 1 m c g y A rugóállandó c számítható értéke: 3 l c 48 I E 1.13. A tengelyek kialakításának szempontjai A tengelyek általában nem állandó keresztmetszetu tartók, hanem a felerosített alkatrészeknek megfeleloen tagoltak. Az átmeneti helyeken feszültség növekedés lép fel. Mint azt a méretezési alapelvek ismertetésekor láttuk, a feszültség gyujto helyek nagysága, alakja nagymértékben befolyásolja a tengely kifáradási határát. A tervezésné1 ezért nem csak pontos számításokat kell végezni, hanem törekedni kell arra, hogy helyes kialakítással a feszültségcsúcsok nagyságát a leheto legkisebbre korlátozzuk. A feszültséggyujto hatás annál erosebb, minél élesebb a tengely tagolásánál az iránytörés. A sima vonalú átmenetek és a lekerekítések alkalmazása általában elonyösebb. Erre mutat be néhány példát a 6. ábra. Legtöbbször az alkatrészeket a tengelyen vállal támasztjuk meg, ilyen esetben az éles átmenet támasztó gyuru alkalmazásával elkerülheto. A lépcsok számát olyan tengelyeken, amelyekre több alkatrészt szerelünk, távtartó gyurus támasztással lehet csökkenteni. Szólni kell még a tengelyeken a kötések számára kialakított hornyokról és furatokról is. Ezek nemcsak a terhe l- heto keresztmetszetet, illetve a keresztmetszeti tényezot csökkentik, hanem mint feszültséggyujto helyek a kifáradási határt is. A legtöbb kellemetlenséget az átmeno furat okozza. 16
6. ábra: A feszültségcsúcsok csökkentése megfelelo átmenettel és beszúrással Ennek feszültséggyujto hatása d/d viszonytól függ. A furat átméro d növekedésével növekszik a feszültségcsúcs értéke. Hasonló a helyzet az ék- vagy retesz-horony esetében is, ahol ugyancsak különbözo árnyékoló kialakításokkal lehet a kifáradási határt csökkento hatásokat tompítani. A feszültséggyujto helyek kifáradási határt csökkento hatását az ak alak, illetve a bk horonytényezovel (gátlástényezo) veszik figyelembe. A szakirodalomban nagyszámú alak- és horonytényezo diagram található. Ezek általában nemcsak egy, hanem több paraméter függvényei. 1.14. Példa Egy hajtómotor tengelye egy hajtott géphez tengelykapcsolón keresztül adja át a nyomatékot. A tengely igénybevétele tiszta csavarás. Az átviendo teljesítmény a dinamikus hatásokat is figyelembe véve P 30 KW. A tengely fordulatszáma n 77 1/perc, a tengely hossza l 900 mm. A tengely anyaga legyen A50. A csúszási modulus G 8x10 4 MPa (N/mm ). Az A50-es anyag folyáshatára Reh 70 N/mm (B.54. táblázat). A biztonsági tényezo legyen: n 3 σ R eh n 70 3 meg 90 N mm 17
A megengedett csavarófeszültség: A tengely szükséges átméroje: d τ meg 90 σ 45 N mm meg 16 P π ω τ meg 16 395340 π 45 3 3 35,5 mm P 60 30000 M cs 395, 34 Nm ω π 77 A szabványos tengelyátméro a B.5 táblázatból d 38 mm. Ellenorizzük a tengelyt elcsavarodásra: M ϕ I P l 3 M cs l 3 395340 900 4 4 G d π G 38 π 8 10 cs 4 0,0685 radián A megengedett elcsavarodás j meg 0,00435 radián (1/4 ), tehát nem felel meg. Ebben az esetben az elcsavarodás a mértékadó igénybevétel. Így méretezzük elcsavarodásra a tengelyt: d 3 M l ϕ π G 3 395340 900 cs 4 4 56, 65 4 meg 0,00435 π 8 10 mm Kerekítve a végleges átméro d 60 mm 18
. Gördülocsapágyak.1. A gördülocsapágy feladata és tulajdonságai A gördülocsapágy relatív mozgást lehetové tevo szerkezet, mely forgó vagy lengo mozgást végzo, eroátvitelt biztosító alkatrészek, pl. tengelyek, csapok megtámasztására, vezetésére szolgál... A gördülocsapágyak tulajdonságai A terhelésátadást gördülomozgással végzik, belso súrlódásuk kicsi, a gördülo ellenállásuk gyakorlatilag a fordulatszámtól független A kis súrlódás miatt egyszeru és kismértéku a kenésigényük A forgásértelmük tetszoleges Karbantartási igényük kicsi Nemzetközileg szabványosított, kereskedelmi áruként gyorsan pótolható, cserélheto gépelemek A dinamikus hatásokra érzékenyek Szinte kizárólag osztatlan kiviteluek, ezért alkalmazásuk korlátozott Szilárd szennyezodésre (por-, fémszemcse) érzékenyek Rezgéskelto hatásra érzékenyek és a változó terhelések miatt zajosak.3. Gördülocsapágyak típusai A gördülocsapágyak jellemzoen két gyurubol, vagy két tárcsából állnak, e két elem között kosárral egybetartott, egyenlo osztásban, golyók vagy görgok helyezkednek el. A gördülocsapágyakat szokás egy-, vagy két oldalon zártan, tömítéssel is gyártani. A gördülocsapágyak gyurui, tárcsái acélból készülnek, a gördülo elemek tükrösítettek és anyaguk edzett acél. A kosárszerkezet készülhet acélból, sárgarézbol, gömbgrafitos vasöntvénybol, könnyufémbol vagy muanyagból. A porvédo elemek anyaga acéllemez vagy hoálló gumi lehet. A gördülocsapágyak általában zsírkenésuek, ritkábban olajkenésuek. 19
.4. Gördülocsapágyak osztályozása A terhelés iránya szerint: Radiális csapágyak (hordozó csapágyak) vagy más néven gyuruscsapágyak, melyek a forgástengelyre meroleges eroket vesznek fel Axiális csapágyak (támasztócsapágyak) vagy más néven tárcsáscsapágyak, melyek a tengelyirányú eroket veszik fel A gyuruscsapágyak több fajtája, a radiális terhelés mellett, még axiálisan is terhelhetok. A gördülotestek alakja szerint: golyósak görgosek (hengergörgos, tugörgos, hordógörgos, kúpgörgos, rugógörgos) Szerkezetük szerint a csapágyak lehetnek: merevek önbeállók Radiális (gyurus) golyóscsapágyak A radiális golyóscsapágyak a fo radiális terhelésükön kívül, típustól függoen kisebb-nagyobb axiális terhelést is fel tudnak venni. Különféle radiális golyóscsapágyakat a 7. ábra szemléltet. 7. ábra: Radiális golyóscsapágyak 0
a,b, Mélyhornyú golyóscsapágy Az egysoros kivitel egyszeru felépítésu, leggyakoribb típus. Radiális- és mindkét irányú axiális terhelést is fel tud venni. Létezik egy és kétoldali porvédo lemezes (Z, Z) és gumitömíto tárcsás (RS, RS) kivitelben. (Szennyezodés bejutástól és kenozsír kijutástól védettek). A kétsoros kivitelu ritkábban használatos. Az egysoroshoz képest nem dupla a teherbírása, de rezgésekre kevésbé érzékeny. Szennyezett helyeken pl. mezogazdasági gépekben is használják. c, Vállcsapágy Egysoros kivitelben készül. Külso gyuruje egyvállas. Radiális- és egyirányú axiális terhelést tud felvenni. Gyakran párosával, szembefordítva építik be, hogy a mindkét irányú axiális terhelést felvegyék. Viszonylag kis méretekben készül. d, Beálló golyóscsapágy A külso és belso gyuru tengelyvonalánál szögelhajlás lehetséges. Külso gyurujének belso felülete gömbfelület, a furata hengeres, vagy kúpos kivitelu. Fészekfurat és tengelycsap egytengelyuségre lazább az eloírása (0,04-0,05 rad). Hosszú tengelyek ágyazására, mezogazdasági gépek csapágyazására használják. e,f,g, Ferdehatásvonalú csapágy Az egy golyósoros (5.e ábra) kivitelu egyirányú, a két golyósoros (5.f ábra) és osztott belsogyurus (duplex) (5.g ábra) kivitelu csapágyak kétirányú axiális terhelést is fel tudnak venni. Pontos tengelyirányú vezetést igénylo helyeken, fogaskerék-hajtómuvekben, szerszámgépekben, személygépkocsik kerékcsapágyazásánál használatosak. h, Y-csapágy Mindkét oldalán tömített kivitelu. Külso gyuruje gömbfelületu, a belso gyuruje pedig széles. Szögeltéréses ágyazásoknál alkalmazható. Mezogazdasági gépekben gyakori. Radiális görgoscsapágyak A radiális görgoscsapágyak a golyóscsapágyakhoz képest nagyobb terhelhetoséguek, és a dinamikus igénybevételekre is alkalmasak. Legtöbb típusuk egysoros, de a henger- és hordógörgosek kétsoros kivitelben is készülnek. A különféle radiális görgoscsapágyakat a 8. ábra 1
szemlélteti. 8. ábra: Radiális görgoscsapágyak a, Hengergörgos csapágyak A hengergörgos csapágyak nagyobb teherbírásúak, mint a radiális golyóscsapágyak. Nagy fordulatszámmal üzemeltethetok. Szétszedhetok, ezért a be- és kiszerelésük könnyebb. Az NJ és NUP típusok egy-, illetve két irányból fel tudnak venni bizonyos nagyságú axiális terhelést is. Az NU és N jelu csapágyaknak csak egyik gyurujüknél van váll, így azok csak radiálisan terhelhetok. A kétsoros hengergörgos csapágyak nagy futáspontosságúak, rezgésekre nem érzékenyek és nagy terhelhetoséguek. Ma már gyártanak kereszthengergörgos kivitelt, melyet nagy terhelésu, csapágyazásokhoz ajánlják. Radiális-, kétirányú axiális- és nyomatékterhelést is fel tud venni.
b, Tugörgos csapágyak Kis átméroju, de hosszú hengergörgokkel ellátottak. Radiális helyigényük kicsi. A kosárszerkezettel rendelkezok magas fordulatszámon is üzemeltethetok. Belso, vagy külso gyuru nélküli kivitel pontos beépítési hely kialakítást igényel. Csak radiálisan terhelhetok. c, Beálló görgoscsapágyak Hordó alakú gördüloelemekkel, hengeres vagy kúpos tengelyfurattal készülnek, egysoros vagy kétsoros megoldással. A nagymértéku radiális terhelés mellett az egysoros kivitel kisebb-, a kétsoros kivitel nagy axiális terhelést is fel tud venni. Nagy terheléseknél fellépo nagy súrlódás miatt kis fordulatszámnál alkalmazhatók. Nagy dinamikus terhelésekre is kiválóan alkalmasak. Egysoros csapágy belso gyurujénél a gördülotestek kétoldali vállal megtámasztottak, a kétsorosak belso gyurujén pedig a gördüloelemsorok között vezeto vállkiképzés van. A korszeru csapágyaknál a vezeto vállak helyett tömör üvegszállal erosített poliamid kosárszerkezetet alkalmaznak, és a csapágy még jobban terhelheto. Alkalmazásuk: emelogépekben, hengermuvekben, szállítógépekben, stb. d, Kúpgörgos csapágyak Csonkakúp alakú gördüloelemek a külso és belso gyuru kúpfelületén gördülnek. A gördülofelületek alkotóvonala és a gördüloelemek forgásközépvonala egy pontban, a tengelyvonalon metszodnek, így jön létre a tiszta gördülés. A radiális terhelés mellett, egyirányú jelentos nagyságú axiális terhelést is fel tud venni. Alkalmazáskor párosával, egymással szembefordítva építik be, így kétirányú axiális terhelést is fel tudnak venni. A kúpgörgos csapágyak szétszedhetok, ezért beszerelésnél a csapágyjátékot be kell állítani. Nagy terhelésu és mindkét tengelyirányban adott játékkal rögzített tengelyek csapágyazásra az egyszeru kúpgörgos csapágy helyett a párosított egysorú kúpgörgos csapágypárt lehet beépíteni. A gyártók X (DF); O (DB); tandem (TD) elrendezéssel ajánlják a felhasználóknak. Ezek a csapágyak szerelésés beállítási hibákra nem érzékenyek, pontos axiális tengelyvezetést biztosítanak, nagy axiális és radiális teherbírásúak, egyszeru a karbantartásuk és kenésük. A kúpgörgos csapágyak jellemzo alkalmazási területei: jármukerék csapágyazás, hajtómuvek- és szerszámgépek ágyazása. 3
Axiális (tárcsás) golyóscsapágyak A 9. ábra négy különbözo típusú axiális golyóscsapágyat szemléltet. Egyfelé ható axiális erovel terhelhetok az egysoros tárcsás-, (9.a ábra) és az egysoros beálló tárcsás csapágyak (9.b ábra). Ezek a csapágyak kis fordulatszámon üzemeltethetok. A két tárcsa egyike a tengelytárcsa, a másik pedig a fészektárcsa, a golyósort a lemez kosárszerkezet fogja össze. A kétsoros axiális golyóscsapágyak kétirányú axiális erovel terhelhetok (9.c, d ábra) és nagyobb fordulatszámnál alkalmazhatók. 9. ábra: Axiális golyóscsapágyak A golyós tárcsáscsapágyak túl nagy terheléseket és eros dinamikus hatásokat nem tudnak felvenni. Axiális (tárcsás) görgoscsapágyak Az egyfelé ható görgok 10.a ábra és a tugörgos (10.b ábra) axiális csapágy csak axiális terhelésre alkalmas. A 10.c ábra szerinti hordógörgos, beálló típus az axiális terhelés mellett, bizonyos mértéku radiális terhelést is fel tud venni. 10. ábra: Axiális görgoscsapágyak 4
Alkalmazási területe szélesköru, a beálló mozgása, erofelvétele és a nagy fordulatszámra való alkalmassága miatt. Az axiális kéttárcsás görgos csapágyakban a gördüloelem kúpgörgo is lehet. A hengergörgok több sorban is elhelyezkedhetnek a kosárszerkezetben..5. A gördülocsapágyak jelölési rendszere A gördülocsapágyak gyártóinak és felhasználóinak érdeke, hogy a csapágyak kiváló minoségben, megfelelo áron, könnyu cserélhetoség mellett, korlátozott számú nagyságban készüljenek. Az ISO, Nemzetközi Szabványosítási Szervezet, ezért a csapágyak fo méreteit Fo mérettáblázatok ban rögzítette. (Radiális csapágyak ISO 15, kúpgörgos csapágyak ISO 355, axiális csapágyak ISO 104). A csapágyak jelölési rendszerét az ISO 355-1977 szabvány tartalmazza. A radiális csapágyak átméro- és szélességsorozat értelmezése a 11. ábrán látható. Minden d furatátmérohöz egy palástátméro-sorozat (jobbra növekvoen), és ezekhez az átmérosorozatokhoz több szélességsorozat tartozik. 11. ábra: A gördülocsapágyak jelölési rendszere Az axiális csapágyaknál is több méretsorozat létezik, de ott a szélességsorozatnak magasságsorozat felel meg. Az átmérosorozatok és a szélesség-, illetve magasság sorozatok kombinációjából képzodnek a méretsorozatok. A gördülocsapágyak jelölési rendszerét szemlélteti a 1. ábra. 5
1. ábra: A gördülocsapágyak jelölési rendszere.6. A gördülocsapágyak illesztése, futáspontossága A gördülocsapágyak, mint tömegcikkek méretei fix turésuek. Alkalmazásuknál az illesztés jellegét a tengelycsap és fészekfurat turései befolyásolják. Az illesztés belso gyurun mindig alaplyuk, a külso gyurun alapcsap rendszeru. Az illesztés megválasztásánál legfontosabb tényezok a gyuruvándorlás megakadályozása, a terhelés jellege, a csapágyhomérséklet és a futáspontosság. A gyuruvándorlás megakadályozása miatt a radiális terheléshez viszonyítva a forgó csapágygyurut szilárdan kell illeszteni. A terhelés a belso- gyurut nyújtja, így a tengelycsap és a csapágyfurat kapcsolat lazul, emiatt szorosabb illesztéssel kell szerelni. Ugyanígy kell eljárni a növekvo üzemi homérsékletnél is. Nagy futáspontossági igénynél is az illesztés szilárd legyen. A csapágyturések számértékeit az ISO illesztési rendszereknek megfeleloen kell meghatározni. A normál pontossághoz P6 pontossági osztályt, furatturésénél ~K6-ot, palástturésnél h6-ot célszeru alkalmazni. A tengelycsap turésfokozatai: g..r (k a leggyakoribb), és minosége IT5, IT6. A házfurat turésfokozatai F..P (J és K a leggyakoribb) és minosége IT6, IT7. A csapágyak általában normál pontossággal (turéssel) készülnek, de némelyeket fokozott pontossággal (szukített turéssel) is gyártják. A csapágyak méret-, alak- és futáspontosságát a katalógusok megadják. 6
.7. A gördülocsapágyak kifáradásos terhelhetosége, élettartama A forgó csapágyak üzemeltetésük során változó terhelésnek vannak kitéve, ezért a kifáradásig megtett körülfordulási számukat tekintjük a csapágyak élettartamának. A csapágyak méretezését a fejleszto, gyártó vállalatok bonyolult elméleti számításokkal és kísérleti vizsgálatok segítségével elvégzik. Minden csapágytípusra meghatározzák a kifáradási görbét (Wöhlergörbe) (13. ábra) és annak egy pontját, a 10 6 igénybevételi számhoz tartozó dinamikus terhelhetoséget (C), amit csapágykatalógusban is megadnak. 13. ábra: Wöhler-görbe A kifáradási görbe hiperbola, kitevoje p3 golyóscsapágyaknál, p10/3 görgoscsapágyaknál. A csapágy kifáradását, tönkremenetelét az üzemelés közbeni zajosabbá válás jelzi, megvizsgáláskor a gördüloelemeken, futófelületeken kigödrösödés, kipattogzás (pitting) lá t- ható. Az alkalmazók, üzemeltetok a csapágyakat nem méretezik, hanem kiválasztják. A csapágynagyság lényeges alapadata, a csapágyazandó tengelyátméro. A típuskiválasztás az alkalmazási területtol, az igénybevételtol és az üzemviszonyoktól függ. Ezek ismeretében már kiválasztható katalógusból egy csapágy, melynek geometriai méretei és további jellemzoi válnak így ismertté. (Továbbiakban részletezzük). 7
A gördülocsapágyak élettartama: P P C 10 6 const. F 3600 n L P C L F C F 1 3600 n L 6 10 L P P L f h [ millió fordulat ] terhelési arány h A dinamikus alapterhelés számolt értéke: C f F Ennél nagyobb értéku csapágyat választunk!!! (Ahol FP: egyenértéku csapágyterhelés) Ugyanerre az eredményre jutunk a fordulatszám és élettartam tényezok alkalmazásával is: C f h f n F fn: élettartam tényezo (katalógusból) fh: fordulatszám tényezo (katalógusból) Az élettartam és az élettartam tényezo összefüggésére a következo adódik a képletbol: 3 L 500 f golyóscsapágyakra L h h 500 f h 10 3 A fordulatszám tényezo a következo képletbol adódik: f 3 n f 10 n 1 h 0,03 n 1 (0,03 n) 3 görgoörgoságyakra golyóscsapágyaknál görgoörgoságyaknál Ha a kívánt élettartamhoz keressük a szükséges teherbírást, akkor ez a következo képlet szerint történik: f h F C f n 8
Ha az adott élettartamhoz és teherbíráshoz a megengedett dinamikus egyenértéku terhelést keressük, akkor a képlet a következo: f n C F f.8. A csapágyak terhelése Üzemelés során a csapágyakra az üzemi terhelés (radiális, axiális vagy mindketto) ismétlodoen és általában dinamikus hatásoktól sem mentesen hat. Mindezen hatásokat egy képzelt terheléssel, úgynevezett egyenértéku terheléssel (F) vesszük figyelembe. h a) Radiális csapágyak egyenértéku terhelése: F fü (XFr +YFa ), ahol: fü üzemtényezo (nem várt dinamikus hatások beszámítására). egyenletes üzemu forgógépeknél: fü 1 1, (villamos gépek, ventillátorok, stb.) egyenetlen járású gépeknél: fü 1, 1,5 (dugattyúsgépek, kompresszorok) eros lökésnek kitett gépeknél: fü 1,5 3 (hengermuvek) Fr, Fa radiális és axiális üzemi terhelések (kn). Az X, Y radiális és axiális terhelési tényezok. A terhelési tényezoket az Fa Fa e és e esetekre adja meg a katalógus F F r r A csapágyak e csapágyjellemzo számát is a katalógusok közlik. b) Axiális csapágyak egyenértéku terhelése: F Fax, mivel csak axiálisan terhelhetok c) Beálló axiális csapágyak egyenértéku terhelése F Fax + 1, Fr d) Egyenértéku terhelés periodikus vagy változó terhelésnél (változó terhelés és változó fordulatszám esetén) F ahol: - F1 terhelés, N körülfordulás alatt - N összes körülfordulás 3 F 3 3 1 N1 + F N +... N F 3 n N n 9
e) Ferde hatásvonalú golyós- és kúpgörgos csapágyaknál A tisztán radiális külso terhelésbol, a csapágyszerkezetbol adódóan belso axiális ero is keletkezik. Ez a belso axiális ero a gördüloelemsort tengelyirányban (axiálisan) el tudja mozdítani. Ennek megakadályozására az ilyen csapágyakat párosával, egymással szemben építik be (14. ábra). Az ilyen esetekben az egyik csapágy radiális terhelésébol adódó belso axiális terhelést a másik csapágy veszi fel. Gyakran elofordul (pl. gépjármu üzemelésnél), hogy külso axiális ero (Ka) is hat a csapágyazásra, mely csak az egyik csapágyra hat. Az egyenértéku terhelés számítása terhelési esetenként, csapágyanként különbözo. A számítás menetét a 14. ábra és a ferde hatásvonalú golyóscsapágyara pedig a 15. ábra részletezi. Ezeket a számítási módokat a csapágykatalógusok is tartalmazzák. Az egyenértéku terhelések: 30
14. ábra: Ferdehatásvonalú golyós csapágyak 31
15. ábra: Ferdehatásvonalú golyós csapágyak.9. Gördülocsapágyak statikus alapterhelhetosége A gördülocsapágyak terhelése álló helyzetu és lassú forgású üzemelés közben nem a kifáradás, hanem az érintkezo felületeken létrejövo deformáció. Ilyen eseteknél a kiválasztott csapágyat statikus alapterhelésre, más szóval határterhelésre ellenorizzük. A határterhelésre ellenorzés esetei, ha a csapágy: üzemi fordulatszáma < 0,17 1/s lengomozgást végez álló helyzetben is terhelt forgó és lökésszeru csúcsterhelésekkel üzemel 3
A csapágy határterhelésének jele: radiális terhelésnél: Co [N], axiális terhelésnél: Coa [N], értékeik, típusonként a katalógusokban megtalálhatók. A határterhelés számítása: Co sofo ill. Coa sofoa C 0 s 0 statikus teherbírás biztonsága F0 ahol: C 0 : statikus teherbírás (kn) FoP 0 : a statikus egyenértéku terhelés (kn) so: a statikus tényezo Az so tényezo értékei: so1,5 nagy igénybevétel, lökésszeru terhelés, átlagos futáspontossága zajszegény üzemelésnél so nagy futáspontosságnál so0,8 1, normál igénybevételnél so0,5 0,8 kis igénybevételnél, lengomozgásnál A statikus egyenértéku terhelés: Fo XoFr + YoFa Xo, Yo statikus terhelési tényezok (katalógusból!) Fo 0,6Fr + 0,5Fa (egy- és kétsoros mélyhornyú golyóscsapágy) Fo Fr, akkor Fo Fr.10. Gördülocsapágyak kenése A kenés feladata a súrlódás, a kopás és velejáró melegedés csökkentése, valamint a csapágy korrózióvédelme. A kenoanyag megválasztásánál az alábbiakat kell figyelembe venni: fordulatszám csapágyméret csapágyterhelés üzemi homérséklet szennyezodés konstrukciós szempontok 33
A gördülocsapágyak általában zsírkenésuek! Zsírkenés A kenozsírok alapolaj és surítoszerek alkotta félfolyékony vagy szilárd szuszpenziók. Az alapolaj általában ásványolaj, vagy szintetikus olaj lehet. A surítoszerként kalcium, nátrium, illetve lítium szappan és esetleg ezen elemek sójai is használatosak. Kálciumszappanos zsírok jó mechanikai stabilitásúak, vízben nem oldódnak, alacsony homérsékleten (- 50 C-tól +60 C-ig) kis terhelésnél, közepes fordulatszámig használatosak. Nátriumszappanos zsírok jó tapadási- és tömíto tulajdonsággal rendelkeznek, de vízben oldódnak. Magasabb homérsékletig (- 50 C-tól +10 Cig) nem nedves helyen alkalmazhatók. Lítiumszappanos zsírok jó tapadóképességuek, magas homérsékleten is jó mechanikai stabilitásúak és elhanyagolható mértékig oldódnak vízben. Legtöbb alkalmazási területnél hatékony kenést biztosítanak, - 50 C +150 C homérséklethatárnál. Szintetikus zsírok alapolaja szintetikus kenoolaj, surítoszerként fémszappanokat, alumíniumszilikátot, vagy teflont alkalmaznak. Nem olyan gyorsan oxidálódnak, mint az ásványolajosak, ezért szélesebb körben alkalmazhatók, mint az egyéb zsírok. Jó kenoképességuek széles homérséklettartományban (- 70 C-tól +150 C-ig). A kenozsírokba különbözo adalékokat is tesznek, hogy még további tulajdonságokkal is rendelkeznek: a rozsdásodásgátló szerrel a fémszerkezetet védik az oxidáció gátlószerrel a magas homérsékleten is védetté válik a zsír (tartósabbá válik) nagy nyomásállóságú adalékkal a kenoanyag teherbíróképessége no A csapágyakba helyezett zsír mennyisége, vagy a csapágy élettartamáig elegendo, vagy esetleg utánkenésre is szükség van. A csapágyak utánkenéséhez szükséges zsírmennyiség és az utánzsírzási idotartam, a csapágytípusok függvényében, a katalógusban is megtalálható diagramok és összefüggések segítségével határozhatók meg. A 16. ábra az utánkenés idoszakának diagramját mutatja: 34
16. ábra: A csapágyak utánkenési idoszakának diagramja Az utánkenéshez szükséges zsírmennyiség: G0,005 D B ahol D [mm] a csapágy külso átméroje B [mm] a csapágy gyuruszélessége. Olajkenés Olajkenést alkalmaznak nagy fordulatszámnál, magas üzemi homérsékletnél, kis súrlódásigénynél és olyan szerkezeteknél, amelyekben a csapágyon kívül más gépelem is kenést igényel. A csapágyazások szokásos olajkenési megoldásai: merülo olajfürdos szóróolajos cirkulációs friss olajbevezetéses A kenoolajok ásványi, vagy szintetikus eredetuek. A gördülocsapágyak leggyakrabban alkalmazott kenoolajai az ásványi olajok, melyek paraffinos, nafténos, vagy a ketto kombinációja szerinti összetételuek. Legelterjedtebbek az erosen finomított paraffinolajok. 35
Szintetikus olajokat ritkábban alkalmazzák, de túl alacsony és magas üzemi homérsékletnél, nagy terhelésnél nélkülözhetetlenek. A kenoolajok tulajdonságait adalékokkal javítják. Leggyakrabban oxidációt gátló-, rozsdásodást gátló-, habzást gátló-, kopást csökkento-, nyomásállóságot növelo adalékokkal gyártják az olajokat. A kenoolaj kiválasztásának fobb szempontjai: a terhelés a fordulatszám a homérséklet a használati idotartam A mértékadó üzemviszonyokhoz szükséges olajviszkozitás alapján kell olajtípust választani. A kiválasztott csapágytípusra az n/n határ viszonyszám segítségével a 17. ábra felhasználásával, az üzemi homérséklet figyelembevételével, a szükséges viszkozitást meghatározhatjuk. A csapágy élettartama növelheto, ha a szükségesnél nagyobb viszkozitású kenoolajat választunk. (A homérsékletnövekedés lehatárolja a viszkozitás növelés lehetoségét). A 17. ábrában szereplo betuk értelmezése: a vonal: mélyhornyú golyós-, beálló-, hengergörgos csapágy a-b mezo: mélyhornyú golyós-, beállógolyós csapágy összetett terhelésre b vonal: mélyhornyú golyós-, beállógolyós csapágy axiális terhelésre, kúpgörgoscsapágy radiális terhelésre b-c mezo: kúpgörgoscsapágy összetett terhelésre c vonal: kúpgörgos csapágy és axiális golyóscsapágy axiális terhelésre 36
17. ábra 37
.11. A csapágyak tömítése A tömítés feladata a csapágy kenoanyagának kenéshelyen tartása és a csapágyszennyezodéstol való védelme. A tömítés típusának megválasztását a fordulatszám, a kenoanyag fajtája, a kenési mód, az üzemi homérséklet, a külso környezeti hatások, és maga a konstrukció befolyásolja. Tömítések típusai: a) Súrlódásmentes tömítések réstömítés: zsír és olajkenéshez, szennyezodésmentes helyekre (18. ábra) labirint tömítés: foleg zsírkenéshez. Az elobbieknél jobb tömíto hatású. (19.a ábra radiális-, 19.b ábra axiális labirint tömítés) 18. ábra: Réstömítés típusok 19. ábra: Labirint tömítési megoldások 38
b) Súrlódásos tömítések nemeztömítés: zsírkenéshez, t<100 C üzemi homérsékletig (0. ábra) karmantyús tömítogyuru, vagy rugós tömítogyuru (simmering): foleg olajkenésnél, magasabb fordulatszámnál és homérsékletnél. Finom megmunkálású felületeknél alkalmazható. (1. a ábra fémesen tokozott, 1. b ábra fémes merevítésu) 0. ábra: Nemeztömítés 1. ábra: Karmantyús tömítogyuru 39
.1. Gördülocsapágyak beépítési megoldásai Radiális terhelésu tengely csapágyazását szemlélteti a. ábra. A tengely bal- és jobb oldalán mélyhornyú golyóscsapágyat építettek be. A baloldali csapágy csak radiális terhelést, a jobboldali (vezetocsapágy) mindkét irányú axiális terhelést is fel tud venni. A csapágyak zsírkenésuek, így a tömítést nemeztömítésekkel és a fedélnél papírtömítéssel oldották meg. Rövid támaszközökre alkalmazott csapágyazást mutat a. ábra. A beépítés megoldásánál csak kis mértéku hotágulás léphet fel. Radiális terhelést mindkét csapágy felvesz és axiális terheléseket, pedig megosztva viselik. (Jobbról ható Fax-ot a bal csapágy, a balról hatót pedig a jobbos veszi fel.) A tömítést mindkét oldalon karmantyús-, ún. rugós tömítogyuruvel (simmering) oldották meg.. ábra: Rövid támaszközökre alkalmazott csapágyazás Cirkulációs olajkenésu, mélyhornyú golyóscsapágyazás látható a 3. ábrán. A nagy fordulatszámon üzemelo csapágyak igénylik a nagy nyomáson befecskendezett és cirkuláltatott kenoolajat. A tömítéshez terelotárcsát és labirinttömítést használtak. 3. ábra: Cirkulációs olajkenésu, mélyhornyú golyóscsapágyazás 40
A 4. ábra egy függoleges tengely ágyazását szemlélteti, egy axiális golyóscsapágy és egy hengergörgos csapágy beépítésével. A tengelyirányú terhelést a tárcsás golyóscsapágy, a radiális terhelést a hengergörgos csapágy veszi fel. 4. ábra: Függoleges tengely ágyazását szemlélteti, egy axiális golyóscsapágy és egy hengergörgos csapágy beépítésével.13. Gördülocsapágyak szerelése A gördülocsapágy nagypontosságú gépelem, mely a fokozott üzemelési feltételeknek akkor tud megfelelni, ha a gyártást szakszeru szállítás, tárolás és szerelés követi. A gyárilag csomagolt csapágy kíméletes szállításkor nem károsodik. A tárolásra vonatkozó szabályok betartásával megvédjük a csapágyat a szennyezodéstol, korróziótól és sérüléstol. A szereléssel kapcsolatos eloírásokat pontosan be kell tartani, mind a munkahelyre, mind a munkafolyamatra vonatkozókat. A csapágyszerelés legfontosabb felszerelései: lemezborítású szennyezodésmentes munkapad lágybetétes satu elektromos futésu olajkád, melegítodoboz, melegítogyuru mechanikus-, vagy hidraulikus prés mosóedény, mosófolyadék utánkeno szerszámok, zsírtartály szerelohüvelyek lehúzószerszámok fém- és gumikalapács méroeszközök 41
A szakszeru be- és kiszereléshez jól felszerelt muhely, megfelelo szaktudás szükséges, emellett, még nagyon lényeges a csatlakozó alkatrészek helyes konstrukciója is. A 5. ábrán látható tengelyhornyokat a lehúzószerszám körmei részére alakították ki, belsogyuru szereléshez. A 6. ábrán a házba készített menetes furatok, külso gyuru kiszereléséhez használt, kinyomócsavaroknak készültek. A csapágy külso gyurujét támasztó vállon lévo hornyokat a lehúzószerszám körmei részére munkálták ki. 5. ábra: Tengelyhornyok 6. ábra: A házba készített menetes furatok A csatlakozó alkatrészek lekerekítései, beszúrásai, letörései is a beépítés és muködés jóságát nagyban befolyásolják. Helyes kialakításokat szemléltet a 7. ábra. 7. ábra: Helyes csapágy kialakításokat 4
A csapágyhoz csatlakozó kialakítások méret-, alak- és helyzetturései, felületi minosége is befolyásolja a pontos muködést és az élettartamot, ezért szerelés elott ezeket az adatokat ellenorizni kell. A gördülocsapágyak be- és kiszereléséhez sokféle szereloszerszámot fejlesztettek ki. A csapágygyártók szerelési- és karbantartási katalógusai részletesen bemutatják a szerszámokat és a szerelési eljárásokat. Szerelési módszerek típusai: mechanikus: kisméretu csapágyakhoz hidraulikus: közepes és nagy csapágyakhoz olajbefecskendezéses: közepes és nagy csapágyakhoz melegítéses: közepes és nagy csapágyakhoz A szerelés közben a csapágyak gyuruit közvetlen ütésekkel nem szabad sem a fészekbe, sem a tengelyre kényszeríteni. A legegyszerubb szereloszerszámok a szerelohüvelyek, melyekkel belso- és külsogyuruk helyükre kényszeríthetok. A kényszerítoerot kézi kalapáccsal, vagy sajtoló berendezéssel fejthetjük ki. A 8. a, b ábrákon csak az egyik gyurut támasztja meg a csoszeru szerelohüvely, a 8. c ábrán látható szerszám pedig mindkét gyurut egyszerre támasztja meg. 8. ábra 43
Hidegen történo szerelésnél gyakran alkalmaznak mechanikus és hidraulikus préseket az egyenletes sajtolóero miatt. Szilárd illesztésu csapágybeépítésnél viszont célszeru a melegítéses technológiát alkalmazni. (Közvetlen, nyílt lángot használni tilos!) A csapágy felmelegítése futött olajkádban (9. ábra), száraz, melegítodobozban, vagy indukciós melegítovel történhet. 9. ábra: A csapágy felmelegítése futött olajkádban A hidraulikus szereléshez a tengelyeket hornyokkal és vezetocsatornákkal kell ellátni az olajbevezetéshez. A tengelyirányú ero kifejtéséhez a használt hornyos csapágyanya miatt a tengelyre menetet kell készíteni. (30. ábra) 30. ábra A beszerelt csapágyakat próbajáratással kell ellenorizni. A jól szerelt csapágy nem zajos, nem melegszik túl (max. 100 C). A csapágyak kiszerelése elott tudni kell, hogy további felhasználásra kerül-e a csapágy, mert ez befolyásolja a kiszerelés módját. 44
Kiszereléshez lehúzó szerszámok használatosak. A 31. ábrán mechanikus csapágylehúzó sze r- kezetek láthatók. A szerszám körmei mindig a gyurun feküdjön fel! 31. ábra: Csapágylehúzó Kúpos furatú csapágyak szereloanyával (3. ábra), nagyméretueknél speciális (kombinált) anyával lazíthatók fel (33. ábra). 3. ábra: Kúpos furatú csapágyak szereloanyával 45
33. ábra: Kúpos furatú csapágyak nagyméretueknél speciális (kombinált) anyával Kúpos- és hengeres furatú csapágyak kiszerelésénél gyakran alkalmaznak hidraulikus eljárást. Az olajnyomás az illesztett helyrol fellazítja (bovíti) a gyurut és kis axiális erovel szerelheto ki a csapágy (34. ábra). 34. ábra: Gyakran alkalmaznak hidraulikus eljárás 46
.14. Példa Méretezendo az láthatóaz gyalugép fotengelyének csapágyazása. A kések ferdén helyezkednem el, így forgácsoláskor axiális ero is ébred. Adatok: L 750 mm b 10 mm A szíjtárcsa súlyereje: Q1 80 N A késtartótengely súlyereje: Q 550 N Szíjhúzás: H 000 N Forgácsolásból eredo nyomóero: Ff 900 N Az axiális terhelés: Fa 400 N n 4800/min Tengelyátmérok az A és B helyen: d 40 mm A szükséges élettartam (B.55. táblázat): Lh 0000 üzemóra A radiális terhelések meghatározása: Ff + Q b F ( Q1 + H ) L F 900 + 550 10 750 A (80 + 000) 39, F + Q b + L 900 + 550 10 + 750 + ( Q1 + H ) + (80 + 000) 41, L 750 f B 8 N N A csapágyazást úgy lehet csak kivitelezni, hogy az egyik vegye fel az axiális terhelést, így ezt az A csapágy vegye fel. A csapágyak élettartama millió körülfordulásokban: 60 n L 60 4800 0000 L h 6 10 10 6 A terhelési arány golyóscsapágyra: C 3 f 3 L 5760 17,9 F 5760 47
A csapágy méretezése A beépítés és a szerkezet megköveteli, hogy mindkét csapágy hengeres furatú kétsorú beálló golyóscsapágy legyen. Az egyenértéku terhelést az SKF katalógus szerint számítjuk: Fa 400 1,019 F 39, A A d 40 mm-es furatú 108 jelu beálló golyóscsapágynál: Fa e 0, 1,019 F A Így: X 0,65 Y 4,5 Az egyenértéku terhelés: F X FA + Y Fa 0.65 39, + 4,5 400 054, 93 N A csapágy dinamikus alapterhelése: C f F 17,9 054,93 3684, 34 N Mivel a feltételezett 108 jelu csapágy dinamikus alapterhelése C 15000 N, így a d 40 mm-es csapágyak közül egy nagyobb méretut kell választani. Legyen ez a 308 jelu csapágy, ahol: X 0,65 Y,3 Az egyenértéku terhelés: F X FA + Y Fa 0.65 39, +,3 400 1174, 93 N És C f F 17,9 1174,93 1054, 74 N Mivel a 308-as csapágy dinamikus alapterhelése 35500 N, így megfelel! B csapágy méretezése Itt az egyenértéku terhelés a radiális terheléssel azonos, mert nincs axiális terhelés. F F B 41,8 N A csapágy dinamikus alapterhelése: C f F 17,9 41,8 4337, 37 N A d 40 mm-es furatú beálló golyóscsapágynak dinamikus alapterhelése ennél kisebb, ezért a nagyobb teherbírású, kétsorú beálló görgoscsapágyak közül kell választani. 48
Görgoscsapágyak esetén a terhelési arány: f 10 (5760) 3 13,43 A dinamikus alapterhelés: C f F 13,43 41,8 3404 N Ez alapján a 08 jelu csapágy választható, ahol a dinamikus alapterhelés C 48000 N. A csapágy határfordulatszáma zsírkenés esetén 4500/min, ezé rt olajkenést kell eloírni, így a határfordulatszám 5600/min. 3. Reteszkötések A reteszkötés a tengelykötések leggyakoribb kiviteli formája. A reteszek nem lejtosek, ezért csak forgatónyomaték továbbítására alkalmasak, de tengelyirányú rögzítésre nem. Az agyat tengelyirányban rögzíteni kell akkor is, ha axiális terhelés nem hat. A rögzítés egy lehetoségét a 35. ábra szemlélteti. A tengely és az agy központosságát nem csökkentik, ha pedig átellenesen elhelyezve két reteszt építünk be, akkor a kiegyensúlyozottság is megfelelo. A reteszekrol a 36. ábra ad áttekintést. A szabványok még tartalmaznak sikló- és íves reteszt is. A siklóretesz lehetové teszi, hogy a tengelyre szerelt agy üzem közben is elmozdítható legyen axiális irányban. Nagyobb nyomaték átvitelére és kisebb szerkezeti hossz érdekében célszeru párosan készíteni. Az íves retesz aránylag olcsó, de csak kis nyomaték átvitelére használható, mivel mély hornya erosen gyengíti a tengelyt. 35. ábra: Axiális rögzítés egyik módja 49