A csapágyak károsodásának megismerése – Okok, hibamód és megelőzés

A görgőscsapágyak robusztus és megbízható alkatrészek a gépészet és az egyedi gépkészítés terén. Bizonyos körülmények között azonban ezek a széles körben használt gépelemek károsodhatnak, ami általában a működés közbeni szokatlan viselkedésből ered. A legrosszabb esetben a csapágykárosodás a görgőscsapágyak teljes meghibásodását okozhatja, ami nem kívánt leállást eredményezhet. Ezért fontos, hogy a görgőscsapágyak károsodásának első jeleit hamar felismerje, és orvosolja ezek okait. A jelen cikkben a csapágyak károsodásának tüneteit, okait és a tipikus meghibásodási módokat tárgyaljuk.

Hogyan történik a csapágykárosodás?

A csapágyak károsodása számos okból bekövetkezhet, amelyek közül néhány a kopásból, illetve a helytelen összeszerelésből ered. A csapágykárosodás azonban gyakran a tervezési fázis alatti nem megfelelő kialakítás miatt következik be, ami a csapágy túlterheléséhez vezethet. A hibás beszerelés és túlterhelés mellett a szennyeződés és a nem megfelelő – vagy akár elmaradó – kenés is tipikus oka a csapágyak meghibásodásának.

Mindenesetre csapágykárosodás esetén az okokat alaposan át kell tekinteni az alkalmazás élettartamának és biztonságosságának biztosítása érdekében. A sérült csapágyakat nem szabad teljesen szigetelt állapotban megvizsgálni. A környező alkatrészeket negatívan befolyásolhatja a csapágy működési zavara, vagy ezek az alkatrészek akár a csapágykárosodás lehetséges okai is lehetnek.

Milyen tünetek révén lehet a csapágykárosodást meghatározni?

A csapágykárosodást általában az jelzi, hogy a működési viselkedés fokozatosan megváltozik. A működési környezettől és az alkalmazástól függően a csapágykárosodás különböző tünetek formájában lehet észlelhető.

A csapágykárosodást nagyon gyakran szokatlan működési zaj is észleli. A sípoló, sivító vagy egyenetlen zajok egyértelműen károsodásra utalnak. A csapágyzajt gyakran nem megfelelő vagy nem alkalmas kenés okozza. Okozhatja azonban a csapágyzajt a túlzott terhelés és a csapágy beszerelési hibái is.

Ha a csapágyak kívülről hozzáférhetők vagy láthatóak, a károsodást az egyenetlen csapágyműködés alapján is észlelni lehet. Az egyenetlen vagy pontatlan működést ütések, rezgések, de szennyeződés is okozhatja. A csapágykárosodás másik tünete a túlzott hőmérséklet. A csapágyban fellépő túlzott hőmérséklet általában a fokozott súrlódásnak tulajdonítható. Azonban a túl alacsony vagy nagy mennyiségű kenőanyag, túlterhelések vagy telepítési hibák is növelhetik a csapágy hőmérsékletét.

Elvileg a csapágyakat a rutinellenőrzések során meg kell vizsgálni ezen tünetek szempontjából, hogy elkerüljük a görgőscsapágyak károsodását, és megelőző intézkedés révén kiküszöböljük az alkalmazás esetleges leállását.

Melyek a tipikus hibamódok?

Minden sérüléstípusnak megvannak a saját jellemzői és hibamódjai. A hibamódok alapján következtetések vonhatók le a hiba okairól, és megfelelő ellenintézkedések kezdeményezhetők. Jellemző csapágykárosodás például a kopás, korrózió, bemélyedések, fényesedés és áramfolyás. A sérült vagy meghibásodott csapágyak gyakran különböző károsodások kombinációját mutatják.

A következőkben a leggyakoribb hibamódok, jellemzőik és lehetséges okaik egy részét részletesebben vizsgáljuk, és példákkal emeljük ki.

Kopás miatti csapágykárosodás

A kopás magában foglalja többek között a görgőtestek, a tengelycsap-felületek és a végfelületek csúszása által okozott felületi károsodást. Görgőscsapágyak esetén normális körülmények között alig észlelhető kopás. Kopás léphet fel azonban, ha a csapágy idegen részecskékkel érintkezik, vagy a kenés elégtelen. Az egy helyben álló csapágyak rezgése szintén kopást okozhat.

A kicsiny részecskék – például a fémrészecskék – koptató hatása kopást okozhat a futópályákon, a görgőtesteken és a csapágy görgőkosarán, ami miatt a felületek mattnak tűnnek. A granuláció és a részecskék típusa határozza meg a matt hatás mértékét. Például a csapágyzsír zöldes elszíneződése a sárgaréz görgőkosár kopását jelezheti. A kopás további jelei lehetnek a futópályákon fellépő kisebb benyomódások. Ez többek között a tisztaság beszerelés során való hiánya, a nem hatékony tömítések vagy a szennyezett kenőanyagok miatt lép fel.

Ha túl kevés kenőanyag van jelen, vagy elveszíti síkosságát, akkor nem képződhet megfelelően alkalmas kenőanyagréteg. Ez fémes érintkezéshez vezet a görgőtestek és a futópályák között. Amikor a kenőanyag teljesen elfogy, a hőmérséklet jelentősen megemelkedik. Emiatt a görgőscsapágy edzett acélja elveszíti keménységét, és a felületek elszíneződnek. Szélsőséges esetekben a hőmérséklet olyan magasra emelkedhet, hogy a csapágy beszorul. Ha hiányzik a kenőanyagréteg, és ez fémes érintkezéshez vezet a görgőtestek és a futópályák között, a rezgések kis mozgásokat okozhatnak a görgőtestek és a futópályagyűrűk között. Ez pedig a felületekről letörő apró részecskékhez vezethet. Idővel ez bemélyedéseket okoz, amelyekben a levált részecskék oxidációja miatt gyakran rozsda alakul ki.

Csapágykárosodás a futópályák bemélyedései miatt

A csapágyfelületeken benyomódások vagy gödrösödések akkor fordulnak elő, ha nagy terhelés hat egy álló csapágyra, vagy ha idegen tárgyak kerülnek a csapágyba. A nem megfelelő beszerelés miatti túlterhelés azonban szintén okozhat bemélyedéseket.

Ha idegen részecskék hatolnak be a csapágyba, melyeket a görgőtestek a futópályákra hajtanak, bemélyedések keletkezhetnek. Idegen tárgyak és egyéb szennyező részecskék maradhatnak a csapágyban a kezdeti, illetve a munkafolyamatok utáni elégtelen tisztítás miatt. Ha a csapágyakra hosszabb ideig terhelés és rezgés hat, úgynevezett üresjárati jelölések keletkezhetnek. Az üresjárati jelölések jellemzően a futópályán a görgőtestek távolságában elosztott egységes benyomódások. Az ütések vagy a statikus túlterhelés miatti csúcsterhelések is vezethetnek a futópályák bemélyedéseihez, amelyek a görgőtestek távolságában lévő benyomódásokként is megjelennek. A hibamódok gyakran az egyik futópályagyűrűre összeszerelés és szétszerelés közben ható túlzott erő miatt következnek be.

Mivel a benyomódások körvonalai az idegen testek benyomása után minden alkalommal nagy terhelésnek vannak kitéve rágördülés során, ún. lepattanások léphetnek fel. Ezek szétterjedhetnek a teljes futópályán V-alakban a gördülés irányában. Minél erősebb a lenyomat körvonalának élessége (pl. kemény ásványok esetén) és minél nagyobb a terhelés, annál nagyobb a további lepattanások és a csapágy meghibásodásának valószínűsége.

Korrózió miatti csapágykárosodás

A korrózió az egyik legsúlyosabb csapágyhibamód. Olyan működési körülmények között fordul elő, amikor nedvesség vagy agresszív közeg kerül érintkezésbe a csapággyal, és a kenőanyag már nem képes megvédeni a csapágyfelületeket.

A nedvesség (rozsda) miatt kialakuló korrózió egyenetlenül oszlik el a csapágyon barna színű rozsdahegek formájában. A hosszabb állásidő is gyakran okoz rozsdahibákat a gördülő elemek közelében. A korrózió a nem megfelelő tárolás miatti nedvesség, a hőmérséklet-ingadozások okozta páralecsapódás, valamint a nem megfelelő tömítés és a hibás fedőlemezek miatt okoz károsodást.

A nedvesség mellett az agresszív közegek is okozhatnak korróziós károsodást a csapágyakban. Ezért fontos figyelembe venni a csapággyal kapcsolatba kerülő üzemi anyagokat a tervezés során, és csak jóváhagyott tisztítószerekkel karbantartást végezni. A hibák színe általában eltérő, és tömítési hibák, illetve agresszív vegyszerekkel vagy nem megfelelő kenőanyagokkal való érintkezés okozza őket.

Egyéb típusú csapágykárosodás

Az áramot vezető környezetben (pl. villanymotorokban vagy hegesztés közben) lévő görgőscsapágyakon a csapágyon keresztülfolyó áram termikus anyagkárosodáshoz vezethet. Az ilyen hibamódok általában a csapágyon kráterekként vagy merevedésként jelennek meg, és a többi gördülő elem érintkezési pontjain alakulnak ki. Ez a csapágykárosodás a teljes csapágyfelületre kiterjedhet.

A nem megfelelő kenés miatti csapágykárosodás gyakori probléma, amely jelentősen ronthatja a csapágy teljesítményét és élettartamát. A túl sok kenőanyag ugyanolyan káros lehet, mint a túl kevés. A túltöltés fokozott ellenállást eredményez a csapágyban, ami pedig túlzott hőtermeléshez vezet. Ez a hő ronthatja a kenőanyag kenő hatását, és a csapágy alkatrészeinek károsodását okozhatja. Ezzel szemben a kenőanyag hiánya a csapágy mozgó alkatrészei közötti súrlódás fokozódásához vezet. Ez túlzott kopást, fokozott hőtermelést és végső soron a csapágy idő előtti meghibásodását eredményezi. A víz, a por és más szennyezőanyagok szennyezhetik a kenőanyagokat, és csökkenthetik kenő hatásukat. Ezenkívül a kenőanyagok idővel elvesztik hatékonyságukat. A régi kenőanyagok elveszíthetik kenési tulajdonságaikat, ami fokozott kopáshoz és csapágyhibához vezethet.

A felszerelési irány okozta igénybevétel kihat a futópályára, mégpedig úgy, hogy nem egységes kopás válik láthatóvá. A meglévő igénybevétel típusa itt döntő fontosságú. A golyóscsapágyra ható radiális igénybevétel – például a túl keskenyen méretezett csapágyhézag – a csapágy két gyűrűjén kerület menti nyomok megjelenése formájában nyilvánulhat meg. A golyóscsapágyakon az ovális igénybevétel miatti hibamódok pedig az ellentétes futófelületek nagyobb kopása alapján különböztethetők meg, miközben a köztes alkatrészek kopása jelentősen alacsonyabb. Erre példa lehet egy olyan külső gyűrű, amelyre sugárirányú kompressziós terhelések hatnak. Az igénybevétel okai gyakran a csapágyak vagy a környező alkatrészek deformálódásában találhatók. Az igénybevétel oka lehet a csapágy adott alkalmazáson belül ható erőkhöz képest nem megfelelő kiválasztása is.

Hogyan előzhető meg a csapágykárosodás?

A gondosan kiválasztott görgőscsapágyak általában elérik a várható élettartamukat. Ennek ellenére gyakran elkerülhető hibák vezetnek a csapágyak idő előtti kopásához. Ezek a korai hibák általában nem az anyagfáradásból erednek, hanem különböző hibáknak tudhatók be:

• Összeszerelési hiba
• Hibás kezelés
• Elégtelen kenés
• Idegen testek bejutása
• Túlzott hőfejlődés.

Az ilyen meghibásodások elleni hatékony intézkedések megtételéhez a hibamód, a meghibásodás típusa és a lehetséges okok alapos vizsgálata szükséges. Ez megköveteli az összes vonatkozó, meghibásodás előtti és utáni feltétel pontos ismeretét, beleértve a konkrét alkalmazást, működési feltételeket és környezetet. A sikeres ellenintézkedések megvalósítása nagyrészt megelőzheti a hasonló problémákat a későbbiekben.

Ezért a csapágyak kiválasztásánál és a specifikációk meghatározásakor már figyelembe kell venni a csapágyak károsodásának és meghibásodásának lehetséges kockázatait. Kétség esetén például a nem szervizelhető (állandóan zsírozott) csapágyakat kell előnyben részesíteni az újrakent csapágyakkal szemben. Ezenkívül a csapágyanyagnak és a kenőanyagnak meg kell felelnie a csapágykapacitásnak, a statikus és dinamikus terhelésnek, a várható hőmérsékletnek és a környezeti közegnek, amely érintkezik a csapággyal.

A MISUMI kiváló minőségű, egyedileg konfigurálható görgőscsapágyak átfogó választékát kínálja. Ezenkívül mindig be kell tartani a csapágy gyártójának és a kenőanyag szállítójának specifikációit. A megfelelő összeszerelés, valamint a rendszeres ellenőrzés és karbantartás segít a görgőscsapágyak karbantartásában a hosszú élettartam és a magas szintű biztonság érdekében.

A modern gyártáskezelésnél a csapágyhelyek monitorozása zajmonitorozással (mikrofonnal), frekvenciaelemzéssel vagy rezgéselemzéssel is elvégezhető. A működési elv a túlzott hangkibocsátás meghatározásán vagy a golyóscsapágyak károsodására utaló olyan frekvenciák vizsgálatán alapul, amelyek az érintett csapágyak károsodására utalnak. Ezek a rendszerek rendelkezésre állnak a szakemberek számára, és közvetlenül integrálhatók a gyártásellenőrzésbe. A megfelelő teszteket azonban a gyártásellenőrzéstől függetlenül, a karbantartás vagy a megelőző karbantartás részeként is lehet alkalmazni. A MISUMI a következő mérőműszereket kínálja a monitorozáshoz: Rezgésmérő és ipari stroboszkóp (működés közben figyeli a rezgést).