PTE, PMMK Stamfer M: Géelemek II / Csaágyak/ 4 1/11 5 CSAPÁGYAK A csaágyak feladata a forgó- vagy lengő tengelyek megvezetése, megtámasztása úgy, hogy biztosítva legyen a tengely egyértelmű helyzete, az erőhatások felvétele E közben a súrlódásból eredő veszteségnek a lehető legkisebbnek kell lennie A súrlódási veszteségek akkor tarthatók alacsony szinten, ha az egymáshoz viszonyítva mozgásban lévő tengelycsa és a ház illetve ágy közé olajfilmet vagy gördülőtesteket iktatunk (1 ábra) A mozgórészek szétválasztása szerint a csaágyak lehetnek: Siklócsaágyak - alkalmazhatók nagy fordulatszámoknál, alacsony zajszint és jó lengéscsillaítás jellemzi őket, indulásnál a kenés nem tökéletes (ez nem vonatkozik a hidrosztatikus csaágyakra) Gördülőcsaágyak- alkalmazásuk jóval gyakoribb, mint a siklócsaágyaké, méreteik szabványosítva vannak, tömegesen gyárthatók ezért olcsóbbak, beéítésük és karbantartásuk egyszerű, meghibásodásnál könnyen cserélhetők, kisebb a súrlódásból eredő veszteség Hátrányként említhető, hogy zajosak, rossz lengéscsillaítók, nagy fordulatszámon a jelentős centrifugális erő miatt az alkalmazásuk nem kedvező 1 ábra Hidrodinamikus siklócsaágy és gördülőcsaágy elvi vázlata 51 Gördülőcsaágyak A gördülőcsaágy általában két gyűrűből vagy tárcsából áll, amelyek között gördülőtestek helyezkednek el (2 ábra) A gördülőelemek a gyűrűkön illetve a tárcsákon kialakított gördülőályákon futnak A gördülőtestek egy ún kosárban helyezkednek el amely megakadályozza a gördülőtestek egymásközti érintkezését illetve torlódását 2 ábra Gördülőcsaágyak elemei [Szalczinger 98]
PTE, PMMK Stamfer M: Géelemek II / Csaágyak/ 4 2/11 A gördülőcsaágyak több szemontból is feloszthatók: 1 A terhelés főiránya szerint a csaágy lehet radiális axiális radiális és axiális 2 Beéítés szerint vezetőcsaágy (a radiális irányú erőfelvétel mellett axiális terhelést is felvesz szabadcsaágy (csak radiális terhelést vesz fel és kismértékű axiális elmozdulást tesz lehetővé) 3 A gördülőtestek alakja szerint golyóscsaágyak görgőscsaágyak hengergörgős kúgörgős hordógörgős tűgörgős 4 A tengely alakváltozásához történő alkalmazkodás szerint merev csaágyak önbeálló csaágyak Radiális merev golyóscsaágyak Egysorú, mélyhornyú golyóscsaágy A nagyméretű mély horonyban elhelyezkedő golyók miatt a radiális erő mellett jelentős axiális erő felvételére is alkalmas Az egyszerű szerkezet, alacsony zajszint, és a kedvező ár miatt ez a leggyakrabban alkalmazott csaágytíus A futóálya valamivel nagyobb sugárral készül mint a golyók sugara, így terhelés nélküli állaotban az érintkezés egy ontban történik A viszonylag nagy hézaggal készült csaágy lehetővé tesz némi alkalmazkodást a tengely alakváltozásához (1/4 1/2 ) Egysorú, ferde hatásvonalú golyóscsaágy Ezeknél a csaágyaknál több golyó éíthető be, így nagyobb a teherbírásuk mint a mélyhornyú csaágyaknak Az axiális erőfelvétel csak egy irányban lehetséges, ezért gyakran árban kerülnek beéítésre Viszonylag nagy fordulatszámoknál és jelentős axiális terhelésnél nyernek alkalmazást A csaágyhézag szerelésnél szabályozható, ezért nagyontosságú axiális vezetést tesznek lehetővé Osztott belsőgyűrűs négyontérintkezésű csaágy A futófelület kialakítása olyan, hogy a golyók érintkezése a külső és a belső gyűrűvel két-két onton történik Radiális és mindkét irányú axiális erőfelvételre alkalmasak Szerszámgéeknél és járművek hajtóműveinél kerül alkalmazásra
PTE, PMMK Stamfer M: Géelemek II / Csaágyak/ 4 3/11 Kétsorú ferde hatásvonalú golyóscsaágy Szerkezetileg egy ár egysorú, ferde hatásvonalú golyóscsaágynak felel meg Nagy radiális és axiális teherbírása van mindkét irányban E csaágy rendkívül merev, ezért egytengelyűségi hibákra rendkívül érzékeny Alkalmazása elsősorban hajtóművek viszonylag rövid és alacsony fordulatszámú tengelyeinél van Radiális merev görgőscsaágyak A görgőscsaágyaknál a görgők elméletileg egy vonal mentén érintkeznek a gyűrűkkel, így az érintkezési felületük és a teherbírásuk is jóval nagyobb a golyóscsaágyakénál Hengergörgős csaágy A hengergörgők a külső vagy a belső gyűrűn kikézett két vezetőerem között futnak kis játékkal Ezek a csaágyak igen nagy, de csak radiális irányú erőt tudnak felvenni Kismértékű axiális erő felvételére a sarokgyűrűvel ellátott hengergörgős csaágy alkalmas A hengergörgős csaágyak szétszedhetők és így külön szerelhető a belső-és a külső gyűrű Főként villamos géeknél, a vasúti járművek kerékágyazásánál és a szerszámgéek főorsó ágyazásánál használják Tűgörgős csaágy A hengergörgős csaágy egyik különleges fajtája A görgőtestek átmérője 5 mm alatt van, hosszuk edig az átmérő 2,5- szeresénél nagyobb A tűgörgők megfelelő kosárban helyezkednek el Készülhetnek csak külső gyűrűvel vagy akár mindkét gyűrű nélkül is Viszonylag nagy fordulatszámon is működnek, de csak radiális erőt tudnak felvenni Főként ott alkalmazzák, ahol kevés a beéítési hely Kúgörgős csaágy A kúos görgők tengelyvonala szöget zár be a forgástengelylyel, így ezek a csaágyak jelentős radiális terhelésen kívül, nagy egyirányú axiális terhelést is fel tudnak venni Kétirányú axiális terhelésnél árban, egymással szembefordítva éítik be A külső gyűrű levehető a görgőkoszorúval ellátott belső gyűrűről A csaágyak hézagát szereléskor kell beállítani a külső, vagy a belső gyűrű elmozdításával Főként járművek kerékcsaágyazásaiban, hajtóművekben alkalmazzák 3ábra Önbeálló csaágyak
PTE, PMMK Stamfer M: Géelemek II / Csaágyak/ 4 4/11 Radiális, önbeálló, golyós- és görgős csaágyak E csaágyak legfontosabb jellemzője, hogy a külső gyűrűben kikézett futóálya gömbfelület, melynek közéontja a forgástengelyen helyezkedik el Ennek köszönhetően a külső és belső gyűrű a tengellyel egymáshoz viszonyítva néhány fokban el tud billeni (2-4, csaágytíustól függően) Az önbeálló csaágyak nagy radiális erők mellett mindkét irányban axiális erőket is feltudnak venni Önbeálló csaágyak beéítése szükséges a következő esetekben: hosszú, közéen behajló tengelyek csaágyazásánál független, nem egy befogásban megmunkált alaon lévő 2 csaágyház esetén, mivel szerelési ontatlanságok, hegesztési vetemedés miatt az egytengelyűség nem biztosítható CARB-csaágy Az SKF cég 1995-ben CARB néven (Comact Aligning Roller Bearing) egy újszerű, tiszta radiális, beálló csaágyat szabadalmaztatott Az újszerűsége abban rejlik, hogy a külső és belső gyűrű egymáshoz viszonyítva nem csak elbillenni tud, hanem tengelyirányú elmozdulást is lehetővé tesz Ez úgy lehetséges, hogy a futóályák gömbfelületét nagyobb görbületi sugárral készítik mint a görgőket Természetesen tengelyirányú elmozdulásnál a csaágyhézag megváltozik Tengelyirányú terhelést nem tud felvenni Kimondottan nagy radiális terhelésnél, viszonylag alacsony fordulatszámoknál javasolt az alkalmazása elsősorban a nehéziari géeknél (l hengerművek) 4 ábra Axiális merev golyós- és görgős csaágyak [Szalczinger 98]
PTE, PMMK Stamfer M: Géelemek II / Csaágyak/ 4 5/11 Axiális, merev, golyós- és görgős csaágyak Az axiális csaágyaknál a gördülőtestek tárcsa alakú elemeken kialakított futóályán gördülnek (4 ábra) Az axiális csaágyak csak tengelyirányú erők felvételére alkalmasak, ezért a tengely radiális vezetését megfelelő csaággyal külön kell biztosítani Nagy fordulatszámoknál nem alkalmazhatók, mert a jelentős centrifugális erő gyors koáshoz vezet Ott alkalmazzák, ahol a nagy axiális erőket a radiális csaágyak nem tudják fel venni (l fúrógé főorsó, forgó daruk stb) Axiális, önbeálló, golyós- és görgős csaágyak Axiális, önbeálló, golyóscsaágyak A merev axiális csaágyak rendkívül érzékenyek a felfekvő felületek árhuzamosság hibájára Ennek kiküszöbölésére a házzal kacsolódó tárcsa illetve kétsorú tárcsás golyóscsaágy esetén a házzal kacsolódó mindkét tárcsát gömbfelületűre kéezik ki és ez a felület egy ugyancsak gömbfelületű tárcsára, illetve tárcsákra támaszkodik A tengely behajlásából adódó szöghiba, vagy a tengelytárcsa szereléséből, gyártásából adódó szöghiba ily módon nem küszöbölhető ki, a fészektárcsa ui állandó imbolygó mozgást végez ami gyors koáshoz vezet Axiális, önbeálló, görgős csaágyak A tengely szögelhajlását az önbeálló axiális görgős csaágy tudja kiegyenlíteni A fészektárcsa gömbfelületű futóályája lehetővé teszi a megfelelő beállást Az axiális erők mellett radiális erőt is fel tudnak venni, azzal, hogy a radiális erő az axiális erőnek legfeljebb 45%-a lehet 511 Gördülőcsaágyak főméretei és jelölésrendszere A gördülőcsaágyak külső illetve beéítő méreteit nemzetközi szabványok rögzítik (ISO 15, DIN 616, aminek az MSZ 7971-77 a megfelelő magyar szabványa) Ezek gyűrűs csaágyaknál a d csaágyfurat névleges átmérő, D a külső átmérő, B a csaágy szélesség, illetve tárcsás csaágyaknál a d tengelytárcsa furatátmérő, D külső fészektárcsa átmérő és a H 5 ábra A csaágyak főméretei csaágymagasság, valamint az r a lekerekítési sugár (5 ábra) A nemzetközi szabványok rögzítik a különböző tíusú csaágyak furatátmérőinek sorozatát, valamint az ezekhez tartozó szélesség- és külsőátmérő sorozatok kombinációit Ez azt jelenti, hogy minden egyes csaágyfurat-átmérőhöz több szélesség és külső átmérő tartozhat (5-1 táblázat) Ezért minden további nélkül megoldható, hogy egy golyóscsaágy helyett egy azonos méretű, de nagyobb teherbírású görgőscsaágyat éítsünk be A gördülőcsaágyaka jelölése egy fő- és egy kiegészítő jelölésből áll A fő jelek az alakivitelű, a kiegészítő jelek edig a különleges kivitelezésű csaágyakra utalnak A csaágyak fő jelölési rendszerét az 5-1 táblázat szemlélteti
PTE, PMMK Stamfer M: Géelemek II / Csaágyak/ 4 6/11 5-1 táblázat Gördülőcsaágyak fő jelei Csaágyfurat Tíus Méretsorozat jel d [mm] 1 2 9 00 01 02 03 04 /22 05 06 /32 07 08 96 /500 1 2 9 10 12 15 17 (x5)=20 22 25 30 32 35 40 480 500 512 A megfelelő csaágytíus kiválasztása A csaágytíusok bemutatásánál azok fő jellemzői és alkalmazási területei is ismertetésre kerültek A tervezési és üzemeltetési követelmények ismeretében a csaágy tíusának kiválasz-
PTE, PMMK Stamfer M: Géelemek II / Csaágyak/ 4 7/11 tása elvégezhető az 5-2 táblázat szerint is Meg kell jegyezni, hogy a csaágyak beszerzési ára nem szereel a táblázatban, ami szintén egy nagyon fontos döntéshozatali szemont Általában a legolcsóbb és legegyszerűbben beéíthető a mélyhornyú golyóscsaágy Ezért első megközelítésben mindig ezzel róbálkozunk és csak akkor választunk más csaágytíust, ha az adott feladat nem oldható meg mélyhornyú golyóscsaággyal 5-2 táblázat A gördülőcsaágyak tíusának kiválasztása 513 Gördülőcsaágyak terhelhetősége, élettartama A gördülőcsaágyak kereskedelmi áruk, ezért tervezésnél a feladat a megfelelő csaágy kiválasztása a csaágygyártók katalógusából A katalógusokban megtalálhatók a csaágyak következő jellemzői: csaágyjel C dinamikus alateherbírás C o sztatikus alateherbírás n max határfordulatszám csatlakozó méretek és súly Dinamikus alateherbírásnak (C) nevezzük azt a terhelést amellyel a csaágy terhelhető N c =10 6 körfordulat folyamán anélkül, hogy a vizsgált csaágyak több mint 10%-a meghibásodna Sztatikus teherbírásnak (C o ) nevezzük azt a terhelést, amely hatására a legjobban terhelt gördülőtest és a csaágy-gyűrű érintkezési helyén az együttes maradó alakváltozás nem nagyobb mint a gördülőtest átmérőjének tízezred része Főleg az álló helyzetben terhelt vagy lassan forgó (n<10 min -1 ) csaágyaknál ad tájékoztatást a csaágy terhelhetőségéről A csaágy névleges élettartamát (ISO 281 szerint) a megtett fordulatok számával (N) vagy üzemórákban (L h ) lehet meghatározni A Wöhler görbe alaján felírható a következő összefüggés (6 ábra):
PTE, PMMK Stamfer M: Géelemek II / Csaágyak/ 4 8/11 C N C = F N innen a névleges élettartam fordulatokban kifejezve: C 6 C N = L = N C = 10 F F ahol: =3 golyóscsaágyak esetén és =10/3 görgős csaágyak esetén F a csaágyat terhelő erő 6ábra Csaágyak élettartama Az élettartam megadása körfordulatokban gyakorlati felhasználásra nem a legalkalmasabb ezért inkább az üzemórákban kifejezett élettartamot használjuk A kettő között természetesen összefüggés létezik: L L h = 60 n A csaágy névleges élettartama üzemórákban: 10 6 C Lh = 60 n F Csaágykiválasztásnál ismertek a csaágyat terhelő erő (F), a csaágy fordulatszáma (n) és a szükséges élettartam (L h ) Ezek ismeretében meghatározható a csaágy szükséges dinamikus teherbírása (C): L n h 60 C = 6 10 1 F = f F, ahol: 1 L h 60 n f = 6 10 Az egyenértékű terhelés számítása A csaágy teherbírása (C, C o ) radiális csaágyaknál tiszta radiális-, míg axiális csaágyaknál tiszta axiális erőt jelent Üzemi feltételek között a csaágy térbeli erőhatásnak van kitéve amely radiális- (F r ) és axiális (F a ) erőösszetevőkre bontható Ezek együttes hatását az egyenértékű erővel vesszük figyelembe és ezt hasonlítjuk össze a csaágy teherbírásával Radiális csaágyak esetén amikor a külső gyűrű áll: F = X Fr + Y F a illetve sztatikus terhelés esetében Fo = X o Fr + Yo Fa ahol: X, Y - a radiális illetve axiális terheléstényező, értékeik a csaágykatalógusokban megtalálhatók Amikor a belső gyűrű áll és a külső forog, akkor a következő kélet használható: F = 1, 2 X F + Y r F a
PTE, PMMK Stamfer M: Géelemek II / Csaágyak/ 4 9/11 514 Tengelyek csaágyazása, gördülőcsaágyak beéítése Minden tengelyt úgy kell ágyazni, hogy két radiális megtámasztása és a tengelyt mindkét irányú axiális elmozdulását megakadályozó axiális megtámasztása legyen Ezt a követelményt két alavető módon lehet kielégíteni: vezetőcsaágyas ágyazással oldalról támasztott csaágyazással (8 ábra) Vezetőcsaágyas ágyazásnál a tengely axiális helyzetét a vezető csaágy határozza meg (7 ábra) A másik ún szabad csaágy külső gyűrűje tengely irányban nincs rögzítve és így lehetővé teszi a tengely üzem közbeni hőtágulásából, illetve gyártási és szerelési ontatlanságból adódó kis elmozdulások kiegyenlítését A szabad csaágy lehet hengergörgős csaágy is, amelynek a külső gyűrűje is rögzítve van, mivel a gyűrűk egymáshoz kéest a csaágyban elmozdulhatnak (8 ábra) 7 ábra Vezetőcsaágyas ágyazás 8 ábra Hengergörgős szabad csaágy Oldalról támasztott csaágyazásnál az axiális erők felvételét egyik irányból az egyik- a másik irányból a másik csaágy végzi (9 ábra) Akkor alkalmazható, ha a tengely rövid és nem várható számottevő hőtágulás Beéítésnél biztosítani kell egy kis értékű axiális játékot Oldalról támasztott csaágyazást alkalmazunk akkor is, amikor biztosítani kell a csaágyhézag beállítását Ilyenkor árosával, egymással szembefordított ferde hatásvonalú golyóscsaágyakat vagy kúgörgős csaágyakat alkalmazunk (10, 11 ábra)
PTE, PMMK Stamfer M: Géelemek II / Csaágyak/ 4 10/11 9 ábra Oldalról támasztott csaágyágyazás a) b) 10 ábra Csaágyhézag beállítása kúgörgős csaágyazásnál a) O elrendezésű csaágyazás, hézag beállítása csaágy anyával; b) X elrendezésű csaágyazás, hézagbeállítás távtartóval a) b) 11 ábra Csaágyhézag beállítása ferde hatásvonalú golyóscsaágyazásnál a) hézag beállítás alátéttel; b) hézagbeállítás menetes ersellyel
PTE, PMMK Stamfer M: Géelemek II / Csaágyak/ 4 11/11 A belső gyűrű rögzítésének néhány szerkezeti megoldása látható a 12 ábrán A 13 ábra edig a külső gyűrű axiális irányú rögzítésének megoldásait szemlélteti a) b) c) d) 12 ábra A belső csaágygyűrű axiális irányú rögzítése: a) csaágyanyával és tengelyvállal, b) csavarral és tárcsás alátéttel, c) biztosító gyűrűvel és tengelyvállal, d) hasított kúos hüvellyel és csaágyanyával a) b) c) d) e) 13 ábra A külső csaágygyűrű axiális irányú rögzítése a csaágyházban: a) csaágyfedéllel és vállal, b) csaágyfedéllel és belső biztosító gyűrűvel, c) két fedéllel, d) csaágy-gyűrűvel és fedéllel, e) csaágy-gyűrűvel osztott csaágyházban Gördülőcsaágyak illesztése A csaágyak beéítésénél fontos a ház és a külső gyűrű, illetve a tengelycsa és a csaágyfurat illesztésének helyes megválasztása A tengelycsa tűrésére a következő tűrések javasoltak (SKF szerint), ha a belső gyűrű forog: j6, k6 - alacsony és váltakozó terhelésnél j5, k5 - normálterhelésnél m5, m6, 6 - nagy terhelésnél Amikor a belső gyűrű áll és a külső forog h6, g6 tűrés javasolt A csaágyház furattűrése: J6, H6 - ontos vezetésnél (l szerszámgéek) J7 - változó vagy nem meghatározott irányú erőhatás (l centrifugális szivattyúk) H7, G7 amikor a gyűrű könnyen elmozdítható kell, hogy legyen