Áruházunkat magyarra fordítjuk!
Mivel sok termék van az oldalunkon, ez időbe fog telni. Addig is a termékkatalógusunk angol nyelven lesz elérhető. Megértésüket köszönjük!
Golyóscsapágyak – Teherelosztás a görgőscsapágyakhoz
A golyóscsapágyak és egyéb gördülőcsapágyak számos gépben megtalálhatók. A beszerelt csapágyak továbbítják a gépházra ható radiális vagy axiális erőket, így lehetővé teszik a különböző mozgó alkatrészek használatát. A tervezési folyamat során már meg kellett határozni a csapágyban fellépő erőket és az ebből eredő terhelést. A csapágy terheléseloszlása és a megfelelő érintkezési pont geometriája alapvető fontosságú a csapágy várható élettartama, funkciója és hatékonysága szempontjából. Ebben a cikkben megnézzük a görgőscsapágyra gyakorolt terhelést, és azt, hogy az érintkező felület geometriája hogyan befolyásolja a görgőscsapágy terheléseloszlását.
Görgőscsapágyak alapjai
A gördülőcsapágyak olyan forgócsapágyak, amelyek egymáshoz képest irányítják a mozgó alkatrészeket, és a környező alkatrészekhez rögzítik azokat. A folyamat során elnyelik az erőket, és összekötő elemként továbbítják azokat az álló és a mozgó alkatrészek között. Fő funkcióik a komponensek egymáshoz viszonyított mozgatása és irányítása. A gördülőcsapágy és a gördülő elemek felületére nem kis erő hat.
A gördülőcsapágyakra kifejtett terhelések az alkatrészek érintkezésekor
A görgőscsapágyak fő terhelése általában merőleges az érintkezési síkra. Ez a teher a gördülőcsapágyon belül koncentrálódik a gördülő test és a belső vagy külső gyűrű közötti viszonylag kis érintkező felületekre. Az eseti erők felületi kompresszióhoz vezetnek, amely többek között a gyűrű és a gördülő test alakjától, valamint az egyidejűleg terhelés alatt lévő gördülő elemek erőirányától és számától függ. Az ebből eredő felületi kompresszió befolyásolja a csapágy élettartamát és kopását, valamint a maximális megengedett terhelési kapacitást. A jobb értékelés érdekében a nyomásterheléses felületeken a kompresszió mértékét a Hertz-egyenletek segítségével lehet meghatározni.
A Hertz-kompresszió a helyi nyomáseloszlást írja le, amely két, terhelés alatt álló ívelt test érintkezési felületén történik. A számítások segítségével meghatározható a teherviselő felület területe, deformációja és felületi terhelése. Az ideális számításhoz a következő feltételekkel élünk: lineáris-elasztikus anyag viselkedés, az érintkező felületek viszonylag kicsik, az érintkezés súrlódásmentes, és a nyomást függőlegesen fejtjük ki. A gyakorlatban ezek a feltételek nem mindig teljesülnek pontosan a gördülő csapágyaknál, de a Hertz-formula továbbra is kellően pontos eredményeket biztosít a maximális területkompresszió értékeléséhez. Ezek alapján a gördülő csapágyak jobban tervezhetők, és a golyóscsapágyak maximális terhelése is meghatározható.
Az érintkező felület geometriájának hatása a terheléseloszlásra
Az érintkezési felület geometriája a gyűrű geometriájától és az alkalmazott gördülő elemek típusától függően változik. Közvetlen hatással van a teherelosztásra. Például egy ún. pont érintkezési felület a golyókhoz, míg egy vonal érintkező a hengeres gördülő elemekhez. A pontérintkező terhelés alatt kompresszióhoz vezet. Mind a golyó, mind a sín rugalmasan deformálódik. Ez a deformáció különböző kompresszióeloszlású ellipszis alakú érintkezőfelületet hoz létre. A kompresszió a maximális (maximális deformáció) értéken van a deformáció által létrehozott érintkező felület közepén, majd kifelé csökken.
A barázdált golyóscsapágyban előforduló pontérintkezés viszonylag magas felületi kompressziót hoz létre. Ezért a hengeres görgőscsapágyak vagy hengeres csapágyak használata nagyobb sugárirányú terhelés esetén inkább javasolt. A hengeres gördülő elemek vonali érintkezése nagyobb területen osztja el a nyomást. A gördülő és gyűrűk még akkor is deformálódnak, ha a hengeres görgőscsapágyak terhelés alatt vannak. A gördülő elemek alakja miatt a nyomó terhelés hirtelen véget ér a gördülő elemek végén, így ezeken a pontokon nyomáscsúcsok keletkeznek.
A dobgörgőket például arra használják, hogy elkerüljék a nyomóterhelés hirtelen megszakítását. A szimmetrikus dobgörgők esetében a külső felület kissé ívelt a henger hossza mentén, ami elliptikus nyomáseloszlást hoz létre. A nem szimmetrikus hordócsapágyak esetében a nyomó terhelés minimálisan a nagyobb görbület felé mozdul el. Ez például lehetővé teszi a rossz beállítás kompenzálását.
Egyéb gördülőelemek, amelyek vonali érintkezéssel rendelkeznek, a kúpos görgő és a tű alakú gördülőelem. A kúpos görgőn a terhelés iránya megfelel a kúpos szögnek. Mind az axiális, mind a radiális terhelés kezelhető. Az eltérés lehetővé teszi a különösen nagy kombinált terhelések elnyelését is. A tű alakú gördülő elemek esetében a végén lévő nyomáscsúcsokat a tű alakjának köszönhetően a meghosszabbított vonallal való érintkezés minimalizálja.
Útmutató golyóscsapágyak tervezéséhez
A csapágy kialakítása jelentősen befolyásolja a golyóscsapágyak működését és élettartamát. A csapágygyűrű relatív mozgása negatív hatással lehet az élettartamra. A mozgást gyakran a helytelen összeszerelés okozza: A csapágygyűrű nincs megfelelően igazítva vagy nincs megfelelően rögzítve. Ezért a beszerelés során elengedhetetlen annak biztosítása, hogy a gyűrűk (belső és külső gyűrű), valamint a tengelyen vagy a ház furatán lévő alátétek görgőscsapágyas rögzítése megfelelően legyen felszerelve. Ne hagyja, hogy ezek a terhelés alatt elcsússzanak.
De nem csak a túl laza felszerelésnek, hanem a túl szoros felszerelésnek is lehetnek negatív következményei: Ha a csapágygyűrűk túl szorosak vagy deformálódnak az összeszerelés során fellépő túlzott erőhatás miatt, ez egyenetlen tehereloszláshoz vezet. Terhelési csúcsok fordulhatnak elő, ami az anyag idő előtti meghibásodását és a repedés veszélyét okozhatja. A deformált csapágygyűrű új érintkezőfelületeket hozhat létre a súrlódás és a hőtermelés érdekében, ami szintén negatívan befolyásolja az élettartamot.
A megfelelő illeszkedés biztosítása mellett a beszerelés előtt meg kell határozni a kívánt terhelési típust is. Alternatív megoldásként felmérheti, hogy a gyűrű milyen típusú terhelésnek lesz kitéve. A terhelés típusa határozza meg, hogy a csapágygyűrű hogyan van rögzítve vagy mozgatva a terhelés forrásához képest, és melyik csapágyüléket kell kiválasztani. A következő típusok léteznek:
- Kerület menti terhelés: A csapágy kerület menti terhelése akkor következik be, amikor a gyűrű a terhelés irányához képest fut. A fordulat során az egész gyűrű terhelés alatt lesz egyszer. Ha az ülék laza, a gyűrű elvándorolhat, ezért szoros üléket kell választani.
- Pontszerű terhelés: A csapágy pontterhelése akkor következik be, ha a gyűrű a terhelés irányának megfelelően helyezkedik el. Ugyanaz a pont folyamatosan terhelés alatt áll. Még ha az ülék laza is, a gyűrű nem vándorol el.
Az alábbi táblázat a radiális csapágyak különböző terhelési eseteit mutatja:
| Terhelési eset | Egyszerűsített séma | Leírás | Illesztés |
|---|---|---|---|
| Külső gyűrű: Pontszerű terhelés |  |
Belső gyűrű: kerületi Ház és terhelés: helyhez kötött |
rögzített illeszkedés: belső gyűrű megengedett laza illeszkedés: külső gyűrű |
 |
Belső gyűrű: helyhez kötött Külső gyűrű: Ház és teher: kerületi |
||
| Belső gyűrű: Pontszerű terhelés |  |
Tengely és terhelés: állóhelyhez kötött Külső gyűrű: kerületi |
rögzített illeszkedés: külső gyűrű megengedett laza illeszkedés: belső gyűrű |
 |
Tengely és terhelés: kerületi Külső gyűrű: helyhez kötött |
Mindkét terheléstípus eltérő alkalmazási területekkel rendelkezik. A legtöbb esetben azonban a kerületi terhelés lesz a tervezett egységes terhelésmegosztási opció. A csapágy- és csapágyülékek tűrése általában megtalálható az ISO tengely- és furatblogunkon.
Tervezésalapú megoldások lebegő és rögzített csapágyakhoz
A gördülőcsapágyak estében két közös csapágykonfiguráció létezik: Lebegő csapágy és rögzített csapágy. A rögzített csapágyakat úgy tervezték, hogy elnyeljék a radiális és axiális erőket is. Ha a tengelyt tengelyirányban rögzíti, az megakadályozza annak elmozdulását. A megfelelő rögzített csapágyak közé tartoznak a kétsoros szögletes golyóscsapágyak. A lebegő csapágyak kizárólag a radiális erők elnyelésére szolgálnak. Mindkét csapágytípus általában úgy van elrendezve, hogy ideális esetben elnyeljék ezeket a terheléseket, és kompenzálják a megtámasztott tengely vagy ház hosszában bekövetkező hőváltozásokat. A megfelelő lebegő csapágyak közé tartoznak a hengeres görgőscsapágyak és a tűcsapágyak. A görgő fogaskereke a bordák nélküli csapágygyűrű futógyűrűje mentén mozoghat.
A következő két ábra a különböző terheléseloszlást mutatja a különböző előterhelésű (illesztésű) hornyos golyóscsapágy beszerelésekor:
A tengely megtámasztásához legalább két csapágyat kell használni. Az ilyen többszörös csapágyak fix csapágyból és tetszőleges számú lebegő csapágyból állnak. A forgó tengely lebegő csapágyai úgy vannak kialakítva, hogy elnyeljék a radiális erőket, miközben lehetővé teszik az axiális mozgást. Így a tengely és a ház hőtágulása kiegyenlíthető.
A csapágy és az illesztés megtervezésekor a következő utasítások érvényesek:
- Ellenőrizze a tengely beállítását: A tengelyeltolásnál az oszcillációs csapágyak opcióként használhatók (a oszcillációs csapágy kompenzációs tartományában).
- Biztosítsa a terhelés optimális eloszlását és egyenletes eloszlását a gördülő elemeken (a gyűrűk nem csúszhatnak a kerület mentén, figyelembe véve a rögzített és a lebegő csapágyakat).
- Gondoskodjon a kifutásról és a sík felületről.
A görgőscsapágyak teljesítményét és élettartamát befolyásoló tényezők
A helyes beszerelés mellett más paraméterek is befolyásolják a golyóscsapágyak és a gördülőcsapágyak teljesítményét és élettartamát. Mint már említettük, a csapágy dinamikus terheléseloszlásának is van hatása. Az alábbiakban részletesen áttekintjük a csapágyak és golyóscsapágyak dinamikus terhelési besorolását, valamint a statikus terhelési besorolást. Azt is bemutatjuk, hogyan kell kiszámítani a csapágyak dinamikus és statikus terhelési értékét. Ezután röviden áttekintjük a hőmérsékletet is, példaként a további befolyásoló tényezőkre.
A dinamikus és statikus terhelési besorolás hatása
A golyóscsapágyak dinamikus és statikus terhelési besorolással jellemezhetők. A C dinamikus terhelési besorolás a csapágy névleges üzemi élettartamának kiszámítására szolgál X terhelés hatása alatt. Az ISO 281 szabvány szerint a csapágy legalább 1 millió fordulaton keresztül van használatban. A C0 statikus terhelési besorolás a maximális terhelést jelzi, amely nyugalmi állapotban a csapágyra gyakorolható, deformáció nélkül (vagy maximum 1/10000 deformáció). Minél magasabb a dinamikus terhelési érték, annál nagyobb terhelések érik a csapágyat működés közben. Minél magasabb a statikus terhelési besorolás, annál jobb a csapágy védelme a deformálódás ellen nagy terhelés esetén.
A dinamikus terhelési besorolást általában a gyártó határozza meg. A rendszer kiszámítja a dinamikus csapágyterhelést, amelyet ezután összehasonlítunk a dinamikus terhelési besorolással. A dinamikus csapágyterhelés kiszámítása a következőképpen történik:
P = X \times F_{r} \times F_{a} \times Y
- P = Dinamikus csapágyterhelés N-ben
- Fr = Radiális erő N-ben
- Fa = Axiális erő N-ben
- X = Radiális terhelési tényező
- Y = Axiális terhelési tényező
- Az X és Y terhelési tényezők a kiválasztott csapágy típusától, valamint az Fr és Fa arányától függnek (általában a gyártó specifikációi)
A C dinamikus terhelésnek nagyobbnak vagy egyenlőnek kell lennie a P dinamikus terheléssel, ellenkező esetben fennáll a csapágy túlterhelésének kockázata. A C0 statikus terhelési érték a következőképpen számítható ki:
C_{0} = P_{0} \times S_{0}
- C0 = Statikus terhelés N-ben
- P0 = Egyenértékű statikus csapágyterhelés
- S0 = Statikus terhelést hordozó biztonsági tényező, az üzemmódtól és a simasági követelményektől függően
A csapágy terhelését különböző hőmérsékletek befolyásolják. A magas hőmérséklet csökkenti a gördülő elemek és a gyűrűk anyagerősségét. Ebből a célból a görgőscsapágyak tervezésekor figyelembe kell venni a magasabb hőmérsékleten történő felhasználást.
