Dr. Zsáry Árpád

GÉPELEMEKII. kötet

Tankönyvkiadó, Budapest 1991

TARTALOMJEGYZÉK

ELOSZÓ

1. SIKLÓÁGYAZÁSOK

1.1. A siklóágyazásokról általában, felosztásuk, típusaik és jellemzoik 151.2. Kenoanyag-bevezeto szerkezetek 211.3. Vegyes súrIódású csapágyak elmélete és méretezése 291.4. Hidrodinamikus csapágyak elmélete és méretezése 37

1.4.1. Tetszoleges alakú résre vonatkozó kenéseimélet . . . . . . . . . 381.4.2. FolyadéksúrIódási állapot hengeres radiális csapágyakban . . . 431.4.3. FolyadéksúrIódási állapot véges szélességu hengeres radiális

csapágyakban . . . . . . : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481.4.4. Hengeres radiális csapágyak melegedése . . . . . . . . . . . . . . 561.4.5. A csapágy olaj szükségletének számítása . . . . . . . . . . . . . . 591.4.6. Hidrodinamikus hengeres csapágyak méretezésének menete. . 621.4.7. Több hordozófelillem hengeres siklócsapágyak 761.4.8. Változó terhelésu és fordulatszámú hidrodinamikus radiális

csapágyak 801.4.9. Hidrodinamikus axiális csapágyak elmélete és méretezése . . . 83

1.5. Hidrosztatikus csapágyak elmélete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 921.5.1. Hidros~tatikus radiális siklócsapágyak 921.5.2. Gázkenésu hidrosztatikus radiális csapágyak 981.5.3. Hidrosztatikus axiális csapágyak . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

1.6. Siklócsapágyak anyagai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1031.6.1. Csapágyházak anyaga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1031.6.2. A tengely és a tengelycsap anyaga .... . . . . . . . . . . . . .. 1041.6.3. Csapágyanyagokkal szemben támasztott követelmények 1041.6.4. Csapágybélés-ötvözetek 1051.6.5. Csapágyperselyanyagok 106

1.7. Siklócsapágyak szerkezeti kialakítása .. . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1091.7.1. Radiális csapágyak perselykialakításai 1091.7.2. Radiális csapágyak szerkezeti kialakításai . . . . . . . . . . . .. 1161.7.3. Osztatlan vagy szemcsapágyak 1171.7.4. Osztott, merev perselyu csapágyak 1191.7.5. Osztott, beálló perselyu csapágyak 124

5

1.7.6. Belsoégésumotor-csapágy 1261.7.7. Vasútijármu-csapágy 1321.7.8. Önkeno csapágyak . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1341.7.9. Muanyag perselyú csapágy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 136

1.8. Néhány hidrodinamikus axiális csapágyszerkezet . . . . . . . . . . . .. 140

2. GÖMBCSAPÁGYAK ÉS GÖMBFEJEK

2.1. Gömbcsapágyak 1432.2. Gömbfejek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1472.3. Beépítési példák gömbcsapágyakra és gömbfejekre . . . . . . . . . .. 148

3. AZ EGYENES VONALÚ MOZGÁS ELEMEI

3.1. A vezetékek feladata és szerkezeti típusai 1523.2. Csúszóvezetékek 1533.3. Gördülovezetékek 157

4. FORGATTYÚS MECHANIZMUSOK

4.1. A hajtómuvek felosztása és feladatai. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1614.2. A kulisszás hajtómu mozgástörvényei . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1644.3. A forgattyús hajtómu 167

4.3.1. Általános ismertetés. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1674.3.2. A forgattyús hajt6muvek kinematikája . . . . . . . . . . . . . .. 1684.3.3. A forgattyús hajt6muvek dinamikája . . . . . . . . . . . . . . .. 173

4.3.3.1. Az indikátordiagram és teljesítmény . . . . . . . . . .. 1734.3.3.2. A tömegerok 1784.3.3.3. A hajt6muvet terhelo erohatások . . . . . . . . . . . .. 181

4.3.4. A dugattyús gépek egyenletes járása 1874.3.5. A tömegkiegyensúlyozás alapelvei. . . . . . . . . . . . . . . . .. 192

4.4. A forgattyús hajt6muvek szerkezeti részei és méretezésük . . . . . .. 1994.4.1. A lendítokerék . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1994.4.2. A dugattyú 2024.4.3. A dugattyúgyúru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2084.4.4. A dugattyúcsapszeg 2104.4.5. A dugattyúrúd 2124.4.6. A keresztfej . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2134.4.7. A hajtórúd 2154.4.8. A forgattyústengely 226

4.4.8.1 Kivitelezett forgattyústengelyek 2334.4.8.2. Forgattyústengelyek méretezése 237

5. IiAJTÁSTECHNIKA ÉS HAJTÁSOK

5.1. A hajtásr61 általában. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2445.2. A hajt6muvek csoportosítása 2455.3. A hajtástechnika illesztési feladatai 2465.4. Hajtástechnikai jellemzok 251

6. FOGASKERÉKHAJTÁSOK

6.1. Fogaskerekek csoportosítása és alapfogalmak . . . . . . . . . . . . . .. 2566.1.1. Párhuzamos tengelyvonalú fogaskerékhajtások 2566.1.2. Metszodo tengelyvonalú fogaskerékhajtások . . . . . . . . . .. 2586.1.3. Kitéro tengelyvonalú fogaskerékhajtások 2586.1.4. A fogaskerekek jelölései . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2606.1.5. A fogaskerekek alapfogalmai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2626.1.6. A kapcsolóvonal, az ellenprofil és a kapcsolószám . . . . . . .. 2656.1.7. Fogtogörbe;arelatívpályaszerkesztése ,. 2676.1.8. Soros kerekek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2686.1.9. Fogprofilalakok 2696.1.10. Geometriai alapfogalmak . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 271

6.2. Hengeres fogaskerekek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2746.2.1. Ciklois fogazat 2746.2.2. Az evolvens fogprofil tulajdonságai . . . . . . . . . . . . . .. 2776.2.3. Az elemi fogazat . . . . . .. 2826.2.4. Az evolvens fogazat csúszási viszonyai 2866.2.5. Az evolvens fogazat profilkapcsolószáma 2906.2.6. Az alámetszés és a határfogszám . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2926.2.7. A profileltolás 2976.2.8. Az általános fogazat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3026.2.9. Fogazattartomány és fogazatrendszerek 308

6.3. Ferde fogú hengeres kerekek 3106.3.1. Alapfogalmak, méretek 3106.3.2. Profileltolás és általános fogazat 3136.3.3. A ferde fogazat kapcsolószámai 3156.3.4. A ferde fogazat képzelt fogszámai . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3176.3.5. Csavarkerékpárok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 318

6.4. Belso kapcsolódású hengeres fogaskerekek 3216.4.1. A belso fogazatról általában . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3216.4.2. A belso fogazatú kerék geometriája . . . . . . . . . . . . . . . .. 3216.4.3. A belso kapcsolódás csúszásviszonyai . . . . . . . . . . . . . . .. 3256.4.4. A belso kapcsolódás interferenciái . . . . . . . . . . . . . . . . .. 326

6.5. Kúpkerékhajtások .. 3296.5.1. A kúpkerekek kapcsolódása és az alapfogalmak . . . . . . . .. 3296.5.2. A kúpkerekek méretei 3326.5.3. Ferde és íveIt fogú kúpkerekek . . . . . . . . . . . . . . . . .. 337

6.5.3.1. Körívfogazat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3406.5.3.2. Palloid fogazat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3426.5.3.3. Ciklois ívu fogazat 343

6.5.4. Hiperbolikus kerekek. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3446.6. Fogaskerekek gyártása 347

.6.6.1. Hengeres, külso fogazatú kerekek gyártása 3476.6.1.1. Profilozóeljárások 347

7

6.6.1.2. Lefejto fogazóeljárások . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3486.6.1.3. Fogaskerekek hokezelése . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3516.6.1.4. Hengeres fogaskerekek finommegmunkálása ..... 3536.6.1.5. Fogazatok forgácsmentes eloállítása . . . . . . . . . .. 357

6.6.2. Kúpkerekek gyártása . . . . . .. 3586.7. Fogaskerekek mérése és illesztése 361

6.7.1. Egyedi hibamérések . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3616.7.1.1. A fogprofil ellenorzése. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3616.7.1.2. A fogirány mérése 3636.7.1.3. A fogfelületi érdesség ellenorzése. . . . . . . . . . . .. 3636.7.1.4. Az osztás ellenorzése . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3646.7.1.5. A fogazat ütésének ellenorzése 3666.7.1.6. A fogvastagság ellenorzése . . . . . . . . . . . . . . . .. 366

6.7.2. Öszetett hibamérés 3726.7.3. Fogaskerekek pontossági eloírásai és illesztései 375

6.8. Fogaskerekek szilárdsági méretezése 3776.8.1. Fogaskerekek erohatásai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3776.8.2. Fogazatok károsodási formái 3806.8.3. A fogaskerekek anyagai 3826.804. A fogaskerekek szilárdsági számításának kialakulása . . . . .. 3836.8.5. Dinamikus igénybevételek figyelembevétele 3856.8.6. A fogtoteherbírás számítása. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3856.8.7. A fogfelületi teherbírás számítása ... . . . . . . . . . . . . . .. 3896.8.8. A berágódási szilárdság ellenorzése . . . . . . . . . . . . . . . .. 394

6.9. A fogaskerekek kenése 397

7. CSIGAHAJTÚMúVEK

7.1. A csigahajtómúvekrol általában. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 4017.2. A hengerescsiga-hajtópárok geometriája . . . . . . . . . . . . . . . . .. 4017.3. A csigahajtópár erohatásai és hatásfoka. . . . . . . . . . . . . . . . . .. 4077A. A csigahajt6pár méreteinek megállapítása . . . . . . . . . . . . . . . .. 4137.5. A csigahajt6mú melegedésének számítása . . . . . . . . . . . . . . . .. 4147.6. A csigahajt6mú méreteinek ellenorzo számítása 414

7.6.1. A csigakerék fogfelületi szilárdsága ... . . . . . . . . . . . . .. 4147.6.2. A csigakerék fogtoszilárdsága . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 4157.6.3. Acsigatengelylehajlása 416

7.7. Tengelyek és csapágyak méretezése 4167.8. Globoidcsiga-hajtások . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 418

8. FOGASKEREKES HAJTÚMÚSZERKEZETEK

8.1. Fogaskerék-szerkezetek 4218.2. Hajtómúszerkezetek 4258.3. Fogaskerék-hajtómúvek kenése és melegedése . . . . . . . . . . . . .. 435

8

9. BOL YGÚHAJTÚMÚVEK

9.1. A bolygóhajtómuvekrol általában 4389.2. A bolygóhajtómuvek típusai és mozgásviszonyai . . . . . . . . . . . .. 4399.3. A bolygóhajtómuvek fogszámválasztása és muködési határai . . . .. 4469.4. A bolygóhajtómuvek veszteségei és a hatásfok 4499.5. A teljesítményáram és teljesítményelágaztatás . . . . . . . . . . . . .. 4519.6. A bolygóhajtómuvek méretezés ének alapelvei 453

9.6.1. A bolygómu geometriai méretezése . . . . . . . . . . . . . . . .. 4539.6.2. A bolygómu szilárdsági méretezése 455

10. HULLÁMHAJTÚMúVEK

10.1. A hullámhajtómuvek muködési elve és kinematikája . . . . . . . .. 45610.2. A hullámhajtómuvek elonyei és hátrányai . . . . . . . . . . . . . . . 45810.3. A hullámhajtómuvek csoportosítása és típusai . . . . . . . . . . . .. 460

10.3.1. Generátortípusok szerinti csoportosítás 46010.3.1.1. Görgos generátoros hullámhajtómu . . . . . . . .. 46010.3.1.2. Tárcsásgenerátoroshullámhajtómu . . . . . . . .. 46210.3.1.3. Bütykös generátoros hullámhajtómuvek . . . . .. 46210.3.1.4. Nem mechanikus elven muködo

hullámhajtómuvek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 46310.3.2. Hullámkerekek kialakítása szerinti csoportosítás 464

10.4. Hullámhajtómuvek méretezése 46710.4.1. A geometriai tényezok megválasztása . . . . . . . . . . . . .. 46710.4.2. A hullámkerék szilárdsági méretezése 469

11. CIKLOHAJTÚMÜVEK

12. ERÓZÁRÚ GÖRDÜLÓHAJTÁSOK; DÖRZSKERÉKHAJTÁSOK

12.1. A dörzskerékhajtásokról általában 47512.2. A dörzskerékhajtások méretezési irányelvei 47612.3. Hornyos dörzskerékhajtás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 47812.4. A dörzskerékhajtás alkalmazási területei 479

13. ERÓZÁRÚ VONÚELEMES HAJTÁSOK

13.1. Az erozáró vonóelemes hajtásokról általában 48113.2. A hajtások elrendezései 48213.3. A mechanikai viszonyok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 48513.4. Méretezési alapelvek .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 48713.5. A szíjcsúszás és az áthúzási fok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 49113.6. Borszíjhajtás 49413.7. Gumihevederes hajtás 49613.8. Muanyag hevederes hajtás. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 49813.9. Ékszíjhajtás 502

9

13.10. Különleges ékszíjhajtások . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 50613.10.1. Optibelt-SC ékszíj 50713.10.2. FO-(nyitott profilú) ékszíj 50713.10.3. Fogazott ékszíj. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 50813.10.4. Többsoros ékszíj ak . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 50913.10.5. Széles ékszíj ak . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 51013.10.6. Kettos ékszíj . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 51013.10.7. A 6O:os ékszíj 51113.10.8. Az ékbordás ékszíj vagy Poly- V szíj 511

13.11. A tárcsák szerkezeti megoldásai 512

14. ALAKZÁRO VONOELEMES HAJTÁSOK

14.1. Fogasszíjhajtások 51714.2. Lánchajtások . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 521

14.2.1. Alkalmazások és láncfajták 52114.2.2. Lánckeréktípusok 52514.2.3. A lánchajtás elrendezése . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 52714.2.4. A lánchajtás kinematikája . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 52814.2.5. Erohatások a lánchajtásokban 529

15. FOKOZAT NÉLKÜL ÁLLíTHATO ÁTTÉTELÚ MECHANIKUSHAJTÁSOK

15.1. Fokozat nélkül állítható áttételu dörzskerekes hajtómuvek . . . .. 53615.1.1. Kialakítási és méretezési irányelvek . . . . . . . . . . . . . .. 53615.1.2. Néhány dörzskerekesvariátor-megoldás 539

15.2. Vonóelemes, fokozat nélkül állítható hajtások . . . . . . . . . . . .. 54415.2.1. Erozáró, vonóelemes, fokozat nélkül állítható hajtások .. 54415.2.2. Alakzáró, vonóelemes, fokozat nélkül állítható

hajtások . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 548

16. GÉPALKATRÉSZEK TERVEZÉSÉNEK FOLYAMATA ÉSALAPVETO SZEMPONTJAI

16.1. A géptervezés folyamata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 55016.1.1. A módszeres géptervezés alapjai . . . . . . . . . . . . . . . .. 55116.1.2. A tervezési folyamat foszakaszai . . . . . . . . . . . . . . . .. 555

16.2. A géptervezés alapveto szempontjai 55716.3. A kialakítás (alakadás) elméletének alapjai. . . . . . . . . . . . . .. 561

16.3.1. Az igénybevételnek megfelelo kialakítás . . . . . . . . . . .. 56116.3.2. A megfelelo gyártástechnológia kiválasztása 56416.3.3. Öntéshelyes kialakítás 56716.3.4. A kovácsolásnak megfelelo kialakítás . . . . . . . . . . . . .. 57316.3.5. Képlékeny hidegalakítással készített alkatrészek tervezésé-

nek technológiai szempontjai 57416.3.6. Hidegen hajlított lemezalkatrészek kialakítása . . . . . . .. 578

10

16.3.7. Porkohászati termékek kialakítása. . . . . . . . . . . . . . .. 581

16.3.8. Hegesztett alkatrészek kialakítása . . . . . . . . . . . . . . .. 58316.3.9. Forgácsolt alkatrészek kialakítása .. . . . . . . . . . . . . .. 58516.3.10. A szereléshelyes szerkezeti kialakítás 590

17. A FELHASZNÁLT ÉS JAVASOLT IRODALOM

17.1. A felhasznált és javasolt összefoglaló muvek 59717.2. Az egyes fejezetekhez felhasznált és javasolt irodalom . . . . . . .. 597

11

ELÖSZÖ

A gépelemek igen széles témakörének tárgyalását a tankönyv terjedelmében kétkötetre bontva terveztük. Az elso kötet, a Gépelemek 1., már megjelent. Tartalmazza nagyvonalakban felsorolva: a méretezés szilárdsági alapjait, a kötések és a kötoelemek válto­zatos megoldásait, a tengely- és agykötéseket, a rugókat, csovezetékeket, csoszerelvényeket,nyomástartó edényeket, a hidraulika és pneumatika elemeit, tengelyeket, a tengelykapcsolókigen sok változatát, a tömítéseket, a tribológia alapjait és befejezésként a gördülocsapá.syakfejezetét.

Ebben a második kötetben, a Gépelemek IL-ben tárgyalni kívánjuk a teljes témakörhöztartozó további ismereteket. Így a legelso anyag a csapágyazások másik dpusa, a siklócsap­ágy, majd ezt követik az egyenes vezetékek, ágyazások megoldásai. Ezek után rátérünkösszefoglalóan a hajtásoknak nevezett, igen nagy és rendkívül változatos témakör ismer­tetésére.

A hajtásokba tartozó megoldásokat többféleképpen csoportosíthatjuk. A feladat azon­ban minden esetben mozgásátvitel és legtöbb esetben nyomatékátvitel is. Ezt a feladatotkényszerkapcsolatban, vagyis alakzárással vagy pedig erozáró kapcsolatban erozárással(súrlódási erovel) teljesítik. Tárgyalásunk során foglalkozunk részletesebben vagy pedigcsak érintolegesen a forgattyús hajtómuvekkel, a legkülönbözobb fogaskerekes hajtás ok­kal, és egyéb különleges hajtásokkal, továbbá a dörzskerékhajtással és különbözo vonó­elemes hajtásokkal. Az eddigiekben felsorolt hajtómuvek áttétele állandó, vannak azonbanolyan hajtások, amelyek bizonyos határok között fokozat nélkül állítható áttételuek. Ezekkülönbözo szerkezeti megoldásúak lehetnek, szokás ezeket összefoglalóan variátoroknak. .ISneveznI.

Már az 1. kötetben jeleztük a tervezési és szerkesztési munka egyes alapelveit, az alak­adás igen nehéz kérdését, a számítási munka fontosságát és a rajzkészítés feltétlen pontosmunkáját. Miután a legkülönbözobb gépelemek leíró jellegu ismertetésén és méretezésielveinek tárgyalásán túl vagyunk, megkíséreljük, összefoglaló jellegben, a tudatos konstruk­tori tevékenység szempontjait is felsorolni. Az utolsó fejezetben tehát a konstruktorképzéselso, kezdeti lépéseit kívánjuk megtenni. A konstruktori tevékenység bonyolult, sokrétués összetett feladat, amelynek mi csak alapelveit tudjuk e tankönyv keretében tárgyalni.Mindenesetre ezekre az elvekre, szempontokra és részterületek re, mint pl. a számítógépestervezési munka (CAD), el ~erhelésnek megfelelo alakadás, az öntésnek, kovácsolásnak,forgácsolásnak, szerelésnek, hokezelésnf:k stb. me~f~lelo kialakítás, és mindezek összefüggé­sében a módszeres géptervezés fontos~~gára hívjui\. .'1 a figyelmet.

Ez a II. kötet is csak korlátozott mértékben tartalmazhat táblázatokat, szerkezeti meg-

13

oldásokat, mert a terjedelme kötött. Viszont a tankönyvhöz csatlakozó egyetemi jegyzetek­ben kifejezetten segédletanyagok, méretezési példák, szerkezeti megoldások találhatók.Ezek az egyes fejezetek ismeretanyagának jobb megértésén kívül, a gyakorlati rajzfeladatoktervezéséhez is segítséget adnak.

A II. kötet tartalmának megértése bizonyos fokig nehezebb, mint az I. kötet anyagáé.A számítási és méretezési munka is összetettebb. Sokszor többszörös felvétel és számítás

után kapunk megfelelo eredményt. Így a számítógépes programok fokozottabb mértékbenhasználhatók, mint az I. kötet anyagához. Mindezek gondosabb tanulmányi munkát tesz­nek szükségessé.

Lesznek ebben a második kötetben olyan anyagrészek, amelyekhez az elso rész bizo­nyos fejezetei, összefüggései is szükségesek. Ezért ilyenkor aG. I. jelzés után a vonatkozóábra- vagy képletszám, esetleg fejezetszám segítségével fogunk hivatkozni.

A II. kötet tartalmának összeállításához hathatósan hozzájárultak dr. Eleod András

docens, dr. Kabai Imre és dr. Seress László adjunktusok, munkatársaim, valamint dr. Debre­

czeni Gábor és dr. Erney György lektorok, akik igen sok értékes megjegyzéssel és tanáccsalsegítettek munkámban. Ezúton is köszönetet mondok segítségükért.

Szeretném remélni, hogy a könyv hasznos lesz a gépelemek témakör tárgyaIt fejezetei­nek, a gépszerkesztés elméletének elsajátításában, de egyben a gyakorlati tervezési és mére­tezési feladatok megoldásában is.

Budapest, 1990. június 30..

Dr. Zsáry Árpád

egyetemi docensa muszaki tudomány kandidátusa

14

1. SIKLÚÁGYAZÁSOK

1.1. A siklóágyazásokról általában, felosztásuk,típusaik és jellemzoik

1. ábra

Csúcs-esapágy

2. ábra

Egyenes vezeték

A gépszerkezetekben az olyan szerkezeti kapcsolatot, amelyben üzemszeruen meg­valósul két géprész terhelés alatti viszonylagos mozgása és emellett ez a két géprész rela­tív helyzetét is meghatározza, ágyazásnak nevezzük.

Tágabb értelemben a siklóágyazásokhoz soroljuk azokat a szerkezeti egységeket is,amelyekben az egyik mozgó elem, a tengelycsap sugara, közeledik a nullához, vagy pediga másik szélso esetben, a végtelenhez tart.

Az elso határesetben a csap végét kúposra készítik, a hegyét pedig kis sugarú gömb­felülettel látják el. Ez a csúcs-csapágy, amely csak egészen kicsi tengely- és sugárirányúterhelést tud felvenni. A csap végén egy gömbfelület egy na­gyobb sugarú gömbfészekben elméletileg pontszeruen támasz­kodik. A fészek leginkább kemény nemeskobol : rubinból vagyzafírból készül (1. ábra).

A másik szélso esetben a sugár végtelen nagy lesz, ekkoraz egymáson elmozduló felületek mint sík f~lületek, egyenesvonalú, leginkább változó irányú, alternáló mozgást végeznek,ezek az egyenes vezetékek. Gyakorlati alkalmazásukra meg­említhetjük a gozmozdonyokban található keresztfejet vagy abelsoégésu motorokban a tengelyirányú mozgást végzo hengeresdugattyút, valiU'l1intaszerszámgépeken szokásos egyenes veze-,téket (2. ábra).' •

A siklóágyazásoknak lényegében két alapformája van; a csapágyak és a vezetékek.A csapágy és így a siklócsapágy olyan ágyazás, amelyben a relatív elmozdulást végzo

felületeket részben vagy egészben kenoanyag választja el egymástól, vagy esetleg közvet­lenül egymáson csúsznak el, itt tehát az ágyazás relatív forgó mozgást végzo géprészek kö­zött jön létre.

Tehát a csapágy relatív forgó mozgást végzo géprészek (tengelyek) ágyazása.A siklócsapágy egyik különleges típusa a csukló, amely­

ben az ágyazáselemek jellemzo relatív mozgása lengo mozgás.Az ágyazások másik típusát a vezetékek képezik, ezek

olyan gépelemek vagyelemcsoportok, amelyek alternáló rela­tív haladó mozgást végeznek. Ezt a gépelemet a késobbiekbena 3. fejezetben fogjuk tárgyalni. .

A gépek és készülékek egyik legfontosabb szerkezetieleme a csapágy. Mivel az egymáson elmozduló alkatrészek

15

erohatást adnak egymásnak át, és többnyire a forgó alkatrészt vezeti a csapágy, ezáltalában igen kényes szerkezeti elemekrol van szó. Legtöbb esetben gondos méretezéstechnológiai kivitel szükséges. Ha a forgó mozgás átszármaztatásakor bármilyen zajelentkezik, ez az egész gép muködését és jóságát befolyásolja, ezért a csapágyazásra mila tervezés, mind pedig az üzemeltetés során nagy gondot kell fordítani.

Siklócsapágyak esetében a tengelycsap és a csapágypersely között elhelyezkedo hmadik elem a kenoanyagréteg (3. ábra). Az eroátadás a kenoanyagréteg, ill. a gördül

O)

3. ábra

A csapágykialakítás alapelvea) sildócsapágy; b) gördül6csapágy

elemek útján valósul meg. A kenoanyagréteg tehát olyan feladatot tölt be, mint a gÖJdülocsapágyak esetében a gördüloelemek. A relatív mozgást végzo csúszó alkatrészek k~zötti teret tehát gondosan ki kell tölteni kenoanyaggal. A kopás és a súrlódási veszteségcsökkentésére törekedni kell a teljes kenoanyag-kitöltés re, mert így a kenoanyagtói függo~kedvezo vegyes súrlódási állapotot, ill. tiszta folyadéksúrlódási állapotot lehet elérnFontos feladatot töltenek be tehát a kenoanyagot adagoló, bevezeto szerkezeti részeI(és igen lényeges a kenoanyagot tartó, tároló kenoterek helyes konstrukciós kialakításEzért a siklócsapágyak tervezése során feltétlen törekedni kell arra, hogy olyan kenoréte- olajfilm - alakuljon ki, amely a legkedvezobb muködést teszi lehetové.

Egy adott szerkezetbe csapágyazás céljából be lehet építeni gördülocsapágyat és siklócsapágyat is. Felvetodik a kérdés, hogy melyik a jobb, a siklócsapágy vagy a gördül"csapágy?

A kérdést így feltenni nem helyes. Ugyanis mindegyik típusnak megvannak a magjellemzo sajátosságai, tulajdonságai, elonyei és hátrányai, ezek vizsgálata dönti el acélszeru alkalmazást. Vannak olyan esetek, amikor a gördülocsapágy kerül elotérbevan amikor kizárólag csak siklócsapágy jöhet számításba. Az esetek egy részébemindkét csapágytípus egyaránt szóba jöhet, és egyéb szempontok (beszerezhetoségtechnológiai okok, szerelési kérdések stb.) döntik el a beépítést. A csapágytípus megválasztásához célszeru ismerni az egyes csapágyfajták jellemzoit, elonyös és hátrányotulajdonságait.

A Gépelemek 1. kötet részletesen tárgyalja a gördülocsapágyakat, itt most összehasonlítás céljából ismét felsoroljuk.

16

sikló­'dülo-

SIKLÓCSAPÁGY

Terhelhetoség:

Anyagtól és sebességtol függ.

Siklásisebesség:

Tág határokra tervezheto (alsó határainkább korlátozott).

Élettartam:

Ha tiszta folyadéksúrlódás áll fenn,elvileg végtelen, egyébként anyagtól,terheléstol függ.

Elonyös tulajdonságai:

Gyártása, javítása viszonylag olcsó;nagy futáspontosság; túlterhelést (rövidideig) bírja; dinamikus terheléssei szem­ben nem érzékeny; zajmentes a járása;jó rezgéscsillapító; szennyezodésre ke­vésbé érzékeny. '

Hátrányos tulajdonságai:

Kis fordulatszámon a súrlódási tényezonagyobb, mint a gördülocsapágynál, asúrlódási tényezo függ a fordulatszámtói,a homérséklettol, a terheléstol; állandógondozást igényel általánosságban (ön­keno csapágynál nem kell).

GÖRDULOCSAPÁGY

Terhelhetoség:

Anyagtól, geometriától függ.

Gördülési sebesség:

Tág határok között változhat (felso ha­tára van).

Élettartam:

A kopástóI és az anyag kifáradásától függ.

Elonyös tulajdonságai:

A súrlódási tényezo bizonyos határonbelül független a fordulatszámtóI ; kis in­dulási ellenállás (gördülosúrlódás); üzemközben felügyeletet nem igényel; kevéskenoanyag-szükséglet; javításkor viszony­lag könnyu csere.

Hátrányos tulajdonságai:

Gyártási költsége - különösen nagy mé­retnél - nagyobb, mint a siklócsapágyé;nagy gyártási pontosságot és felületi sima­ságot kell megvalósítani a csapágynál és azilleszkedo felületeknél ; dinamikus terhe­lésre és szennyezodésre érzékeny; rezgés­kelto, és emiatt zajforrás is.

magael cél­

térbe,~ében

:oség,meg­ányos

össze-

Az elobbi szempontokat kell sorra venni akkor, amikor a csapágytípus felol döntünk.Néhány példát megemlítünk az elobbiek megvilágítására :

Poros, szennyezett környezetben siklócsapággyal tudunk megfelelo kialakítású, egy­szeru, üzembiztos csapágyazást létrehozni.

Kis kerüteti sebesség esetén viszont a siklócsapágyazás nem célszeru, mert a tisztafolyadéksúrlódás ilyenkor vagy nem valósítható meg, vagy csak nyomásos olajozással,amely körülményes. Ekkor a gördülocsapágy a célszerubb.

Nagy átméro és nagy fordulatszám esetén csakis a siklócsapágyazás jöhet számításba(pl. generátorok, turbinák radiális csapágyai).

A siklócsapágyak tárgyalása során az egyes fogalmakat az MSZ 10571 szerint tár­gyaljuk.

17

A siklócsapágyakat különbözo szempontok szerint osztályozhatjuk. Az egyik leg­lényegesebb tulajdonság a csapágy üzeme szempontjából az, hogy milyen súrlódási állapotáll fenn. Eszerint lehetnek

aj száraz-, ill. vegyes súrlódással muködo csapágyak. Általában kis terhelésu, kisfordulatszámú, zsírkenésu vagy önkeno csapágyperselyekkel. Nagy terhelésu, fordulat­irány-váltással dolgozó csapágyak, ahol nem alakulhat ki folyadéksúrlódás, pl. dugattyú-,csapszeg. Általában nagy a kopás, és jelentos a súrlódási veszteség. A vegyes súrlódásúcsapágyak üzemeltetési körülményeit nagymértékben lehet javítani szilárd kenoanyagokfelhasználásával;

bJ jolyadéksúr/ódással üzemelo csapágyak. Két típusát különböztetjük meg:

megfelelo konstrukciós kialakítással bizonyos fordulatszám-értéken felül önmu­ködoen kialakul a folyadéksúrlódás - a hordozóképes olajhártya -, ezek a hidro­dinamikus csapágyak. Az ilyen csapágyakban a relatív mozgó elemek mozgásakövetkeztében az áramlási energia nyomási energiává alakul át: A mozgás irányá­ban szukülo rés alakul ki; ez a súrlódó felületekhez képest tangenciális mozgás­irány esetén (forgó mozgás) vagy pedig normális irányesetén (a tengelycsap sugár­irányában váltakozó terhelés hatására mozog) jön létre;olyan csapágyak, amelyeknél az elobbi eset nem áll fenn. Ennek ellenére tiszta fo­lyadéksúrlódású üzemállapotot kívánunk megvalósítani, ekkor a siklófelületekközé megfelelo nagy nyomással sajtoljuk a kenoolajat. Ezek a hidrosztatikuscsapágyak. Alkalmazási területük különösen olajkenéses talpcsapágyakban, szer­számgépek foorsócsapágyaiban. Napjainkban mind szélesebb körben kezdenekterjedni.

A csapágy alkalmazási területe legtöbbször eldönti, hogy mikor elégedhet meg akonstruktor vegyes súrlódási állapotban üzemelo csapággyaI.

Bármelyik csapágytípusról is van szó, velük szemben lényegében a következo köve-telményeket támaszthat juk :

kis súrlódási tényezo és kismértéku kopás mellett üzembiztos muködés;a kenés kimaradása vagy idoszakos túlterhelés esetén is biztos üzemet lehessenfenntartani, vagyis jó legyen a szükségjutási képesség;sugárirányban és tengelyirányban megfelelo legyen ajutáspontosság.

A siklócsapágyak másik ,osztályozási szempontja a ható terheloero iránya, eszerint

ha a terhelés sugárirányú, hordozócsapágyról vagy radiális csapágyról,- ha a terhelés tengelyirányú, támasztócsapágyról, talpcsapágyról vagy axiális

csapágyról beszélünk.

Általánosságban a csapágy terhelés nem egyirányú, hanem a radiális és az axiális eroegyütt lép fel. Mégis legtöbb esetben az egyik elhanyagolhatóan kicsi, és ezért elegendocsak az egyik erore méretezni.

18

tengelykapcsoló

4. ábra

Nyakcsap és végcsap

A radiális megtámasztáson kívül a csapágyak feladata még az is, hogy szükség eseténa tengelyt tengelyirányban is vezesse. Minden tengelyen kell egy ún. vezetocsapágynaklenni, amely a tengelyirányú helyzetet meghatározza, a többi csapágy ugyanakkor a ten­gely bizonyos mértéku tengelyirányú elmozdulását lehetové teszi a hotágulás felvételérevagy a pontatJan szerelés kiegyenlítésére.

Radiális csapágyak. Ha a terhelés a tengelyre meroleges vagy sugárirányú, akkor hor­dozó- vagy radiális csapággyal vesszük fel a terhelést. A tengelycsap lehet hengeres éslehet kúpos felületu. Ha kúpos felületet készítünk, akkor lehetové válik a kopás utánállí­tása, ill. a pontos csapágyhézag beállítása.

A tengely szerkezeti kialakításakor végcsap

mindig gondolni kell a tengelyirányú meg­támasztásra, ezért a tengelycsapoknál vál­lakat kell készíteni.

A tengely végére szerelt csapágy bana végcsap helyezkedik el, ha pedig a ten­gely a csapágyon túlnyúlik és ezen a részenis kap terhelést, akkor a tengelynek az arésze, amely a csapágyban van, a nyakcsap(4. ábra).

A geometriai különbségen kívül az alényeges eltérés a két csap között, hogyavégcsap túlnyomóan hajlításra, a nyakcsaphajlítás ra és csavarásra is terhelve van, a nyíró igénybevétel a legtöbbször elhanyagol­ható.

A legkülönbözobb céloknak és körülményeknek megfelelo csapágypersely- és tengely­csap-kialakításokat látunk az 5. ábrán. Az elso két megoldás végcsap, egyirányú, ill. két­irányú axiális ero felvételére. A c) ábra kúpos nyakcsapot ábrázol utánál1ítási lehetoséggel.Az eddig említett kiviteleket csak rövid tengelyek, pontos megmunkálás és szerelés eseténcélszeru alkalmazni. Ha azonban hosszú tengely lehajlását is figyelembe kell venni, akkorcélszeru gömbfelületu persellyel beállási lehetoséget teremteni, az ilyen persely megmunká­lása azon ban elég nehézkes (5d ábra).

A tengelyirányú ero nemcsak kúpos tengelycsappal, hanem kúpos külso palástúpersellyel is felveheto (5e és 5J ábra). Ezek a megoldások azonban igen kényesek a beállí­tásra, és a tengelyirányú ero csak kis hányada lehet a muködo sugárirányú terhelésnek.Az ábrák csak elvileg mutatják a csapágyszerkezetet, ezek készülhetnek olyan szerkezeti meg­oldásban, hogy vegyes súrlódású, hidrodinamikus vagy pedig hidrosztatikus csapágykéntmuködnek.

Axiális csapágyak. A csapágyak másik csoportját az axiális vagy támasztócsapágyakképezik, amelyeknek feladata tengelyirányú ero felvétele. A csapágy kialakítása többfélelehet. Vázlatos megoldásokat a 6. ábra szemléltet.

Sok esetben kis fordulatszámú függoleges tengelyt kell megtámasztani axiális irányban,ekkor vegyes súrlódású, zsírkenésu csapágyat használunk (6a ábra). Ezek a csapágy típusokrendszerint úgy vannak kialakítva, hogya támasztás mellett ugyanabban a házban sugár­irányú megtámasztást adó persely is be van építve.

19

Cj

ej

I~

I

~-

horony

ej

5. ábra

Különbözo típusú radiális csapágyak

bj

dj

6. ábra

Különbözo típusú aJciáliscsapágyak

aj

Fox

CI

dj

aj

20

7. ábra

Zsírzószelence

Ha forgó mozgás segítségével akarjuk a hordozóképes olajréteg kialakulását elérni,akkor több helyen barázdát készítünk a felületbe lejtos rész kialakításával (6b ábra), vagypedig beálló szegmenseket használunk (6c ábra).

Ha a kenoolajat alulról visszük a kenendo felületek közé és így tartjuk megfelelo nyo­mással lebegésben a tengelyt, ez a hidrosztatikus talpcsapágy (6d ábra).

Az axiális csapágyak egyik különleges típusa nagy terhelésre és nagy fordulatszámraalkalmas, ez az ún. harangcsapágy, amelyet késobb tárgyalunk (1.az J.8. alfejezetben).

Mindkét irányú terhelést együttesen fel tud venni az ún. gömbcsapágy, amelynek egyikegyszeru megoldását láthatjuk a 6e ábrán. Ezt a típust ott kell alkalmazni, ahol a kétirányúterhelés felvételén kívül a beállási követelmény is teljesítendo.

A siklócsapágyak méretezése során egyik legfontosabb szempont a súrlódási állapot.Lényegében minden súrlódási állapot kialakulhat mindegyik csapágytípusnál (radiális csap­ágy, axiális csapágy). Ezért a csapágyak méretezését és típusait a súrlódási állapotnak meg­felelo felosztásban célszeru tárgyalni.

Mivel a kenési állapot nagymértékben a kenoanyag hozzávezetésétol függ, ezért a kö­vetkezokben ezeket a megoldásokat, ill. szerkezeteket ismertetjük.

1.2. Kenoanyag-bevezeto szerkezetek

A csapágy üzembiztos muködésének elengedhetetlen feltétele a kenoanyag-ellátás.A bevezetoszerkezetek különbözo kiviteluek lehetnek attól függoen, hogy milyen halmaz­állapotú kenoanyagot (zsír, olaj, száraz kenopor stb.) kell a csapágyrésbe bejuttatni.

A kenoberendezés a tervezett kenési rendszertol is függ. Megkülönböztetünk idoszakoskenést biztosító kenoberendezéseket. Ezeket leginkább a zsírkenésu csapágyakban hasz­náljuk, de ilyen a gördülocsapágyak legtöbb típusa. Siklócsapágyak esetén folyadéksúrlódásiállapot evvel nem valósítható meg, így ez csak alárendelt cél esetén jöhet számításba.

A folyamatos kenést megvalósító rendszerek olajkenésuek. Mivel a kenoanyag-szük­séglet tág határok között változik, igen sokféle berendezés ismeretes.

Önmuködo kenés valósítható meg olyan persellyel (pl. porfém csapágy), ahol a beépítéselott kenoolajjal töltjük fel a perselyt. Ez az ún. önkeno vagy porfém csapágy.

Zsírkenés. Kenozsír bevezetésére szolgál a zsírzószelence (Stauffer-szelence, 7. ábra).Készülhet öntött és sajtolt kivitelben.Elonye, hogy igen egyszeru; hátránya,hogy nagy a helyszükséglete, és a csap­ágyrésbe beszáradt, szennyezodött zsírtnem tudja kisajtolni, mivel csak kisnyomást (~ 0,25 MPa) lehet eloállítani.Méreteit az MSZ 374/5 - 69 tartal­mazza.

Kenozsírt nagyobb nyomással akülönbözo kialakítású zsírzógombokon

21

dugattyú

9. ábra

Zsírzóprés

csatlakozócso

(M5Z 374/3)

zsirzógomb

(M5Z 374/4)

M10xl

zs {rzógomb- csat lakozó(MSZ 374/3)

E

8. ábra

Zsírzógombok

d

;3min.

M10xl

10. ábra

Golyós olajozó

1.

(8. ábra) keresztül, zsírzóprés (9. ábra) segítségé­vel vihetünk be a csapágyba. Hengeres tartályból adugattyú mozgatásával zsírt sajtolunk a csotoldatonkeresztül a zsírzógombokba. A zsírzófej nyílásátrugóval szorított golyó zárja el. Ez, mint egy vissza­csapó szelep megakadályozza a kenoanyag vissza­áramlását és egyben a szennyezodések bejutását is.A zsírzófejek kialakításait (hengeres és kúpos me­netu, menet nélküli), foméreteit, valamint a közda­rabokat az MSZ 374/4-69, a zsírzópréshez csatla­kozó cso- és zsírzófej-csatlakozók típusait és fo mé­

reteit az MSZ 374/3-69, míg a zsírzóprések típusait (egyszeri, kézi, orsós, karos) és fo mé­reteit az MSZ 374/2-69 tartalmazza.

22

Nagyméretu gépeken központi zsírkeno berendezés csorendszeren keresztül \adagolja akenoanyagot; gépjármuvek zsírkenési helyeihez nagy teljesítményu zsírzóberendezésekhasználatosak. Zsírkenés esetében, foként régen, készítettek olyan csapágyszerkezeteket is,ahol a csapágyház felso részében a terheletlen csapágyfélben megfelelo méretu zsírzóüregetképeztek ki, amelyben a zsírt tárolták. Ez a zsírtömb közvetlenül ráült a tengelyre, amelyeta súrlódási ho meglágyít és így a súrlódó felületek közé bejut.

O Olajkenés. A gyakoribb kenési mód az olajkenés, mivel ekkor fo-lyamatos és esetenként megfeleloen szabályozott kenést tudunk meg­valósítani, és egyben a tiszta folyadéksúrlódási állapot elérése melletta kenoolaj hutohatása is érvényesül.

Kézi kenést olajozó- vagy pedig fecskendezokanna segítségévelvégezhetünk, leginkább egyedi olajkenési helyek esetén idoszakoskenésre. Erre alkalmas olajbevezeto megoldást látunk a 10. ábrán

(MSZ 374/6-69), muködése hasonló a zsírzófejekéhez.Az olajozókanna rugózó fenéklappal vagy beépített nyomószi­

vattyúval készül.Általában olajkeno berendezések esetében lényegében három

kenési rendszert különböztetünk meg (ll. ábra):

~k.n"i\mÓdOk~tartós E'gYE'di kE'nés átfolyó kE'nés kE'ringtE'to kE'nés

~3 ~3 ~3LJ 1: LJ 'r ~átfolyó E'9YE'di

ésközponti kE'nés

kE'ringtE'to E'gYE'diés

központi kE'nés

11. ábra

Olajkenési rendszerek1 kenoanyagkészlet; 2 kenoanyag-hozzávezetés; 3 kenési hely; 4 kenoanyag-elvezetés;

5 kenoanyag-visszavezetés

a) Tartós egyedi kenés. A súrlódó felületek élettartamát a kenoanyag mennYIsegeszabja meg, vagyis ekkor a súrlódó felületek üzemideje alatt nincs utánkenés, pótlólagoskenoanyag-bevitel. A tárolt kenoanyag kenoképessége határozza meg a csapágy üzemi visel­kedését. Ide sorolhatjuk pl. a kanócos olajozást.

A kanócos olajozás az egyik legrégibb módszer. A csapágyházban megfeleloen kialakí­tott tartályban levo olajat pamutból vagy gyapjúból készült kanóc szívja fel és szállítja akenendo helyre (12a ábra). Hátránya, hogya szállított olaj mennyisége az olajnívótól, azolaj viszkozitásától és a kanóc hosszától függ, nem a szükséglettol, továbbá hogy az olajüzemszünetben is folyik. Egy másik példát látunk erre a kenésre a l2b ábrán, ezen a vasútijármuveken használatos párnáskenés vázlatos megoldása látható két képben. A rugó alemez közvetítésével szorítja a kenopárnát a csaphoz, és egyben az alaplemezen keresztül

olajozó kanóc

O}

12. ábra

Kanócos olajozás

b) .

23

24

nyilott helyzet

13. ábra

Henry-olajozó

támaszkodik a csapágyház alsó lapjára.A hevederes szerkezet teszi lehetové azt,hogya tengelycsap ütéseinek hatására a

kenopárna akadály nélkül elmozdulhat;eredeti helyzetébe a két rugó téríti vissza.A kenoolaj a csapágyház tartályként kiala­kított alsó részében van, amelyben a keno­pámát tartó szerkezet is elhelyezkedik.

Az önkeno esapágyak kenési rendszere

is ide sorolható. Itt a porózus csapágyper­sely kenoolajjal van átitatva, és a csapágykenése ezáltal valósul meg. Ez gyakor­latilag karbantartás nélküli üzemeltetéstjelent.

b) Átfolyó kenési mód. A kenoanyagitt csak egyszer végzi kenési feladatát,

fémszita a súrlódó felületeken való átfolyás utánveszteségként eltunik. Mindig új, frisskenoanyagról kell gondoskodni. Általában

akkor használjuk, ha kevés kenoanyagravan szükség.

e) Keringteto (cirkulációs) kenésimód.

A kenoanyag többször, sokszor körbe­kering a készenléti tartály (tápegység) és akenendo hely között, kenohatását folya­matosan fejti ki. Minden egyes körbenjárássorán tisztítani és visszahuteni kell; bizo­nyos felhasználási ido után fáradt olajkéntle kell ereszteni, és új olajjal ki kell cserélni.

Kis olajszállítási igény esetén igen jólhasználható a Henry-féle csepegteto keno­berendezés (J3. ábra). A felso, elfordíthatógombos rész segítségével a tuszelep zárt

helyzetbe állítható. Ha a gomb függoleges helyzetben van, a tuszelepet felhúztuk, és az olajcsepeg a kenési helyhez. A csepego olaj mennyisége bizonyos határok között szabályozhatóa felso menetes fej állításával. Ez a kenoberendezés csak átfolyó kenést ad.

A gyurus /(enési megoldások esetében a kenoolaj egy kis része veszteségként a csapágy­persely oldalán elfolyik, de a nagyobb része keringve újra felhasználódik. A csapágyházzárt alsó részét töltjük meg olajjal, amelybe beleér a kenést végzo gyuru. Emiatt a ház felso

részét úgy kell kialakítani, hogya gyuru a tengelyre szerelheto legyen. Két típusa ismeretes,a gyakoribb a keno gyurus kivitel (14. ábra), ennél a gyuru a tengelynél jóval nagyobb átmé­

roju, és az.olajba belelóg. A gyuru a tengelyen elfordulhat, a tengely forgásától forgásba jön,és a rátapadt olajat a kenendo helyre felviszi. A szerelhetoség érdekében gyakran osztvakészül, összekötésére többféle megoldás szokásos. A merev kenogyuru a tengellyel egydarab-

csukló

kötés egymásbanyúló nyelvvel

kötés S alakúkivágással

~ kötés

~ súllyesztett~ fejú csavarral

bemerülési mélység' t = O/4, ha O = 2'5 30 mmt = O/5, ha O = 35 65 mm

t = O/6, ha O ~ 70 mm .

14. ábra

Laza kenogyuru és kenési mód

ból készül, vagy rá mereven rögzített (15a ábra). A merev kenogyuru nem akadhat fennvagy nem csúszhat meg, ami a laza kenOgyuru esetében bekövetkezhet, és így a kenés leállvagy elégtelen lesz. Hátránya viszont, hogy az alsó csapágyperselyt is osztva kell készíteni,ez pedig a meg~ngedett legnagyobb felületi terhelés miatt hosszabb csapágyperselyt jelent,és a nyomásmezo kialakulását is zavarja. A felhordott olajat a gyuru széléhez közel kiala­kított (és profilos) lap szedi le és juttatja az olajbevezeto horonyba. A 15b ábra szerinti meg­oldás kis fordulatszámon is szállít é~kétoldali olajszállítást ad, a 15c ábrán látható kivitelnélnagyobb fordulatszám szükséges és csak egyik oldalán szállít.

A csapágyház alsó részében kialakított tartályt csak bizonyos szintig szabad olajjalfeltölteni, mert ha nagyon mélyen merül a laza gyuru az olajba, akkor nehezen indul vagyberagad. Az olaj kívánt szintjét túlfolyó csavarfurattal lehet beállítani. A gyurus olajozásegészen kis fordulatszámon nem megbízható, különösen nagyobb olajviszkozitás esetén.

olajleszedö él

merev kenogyuru

olajleszedo él

I II I

t

O)

olajnívó

--

b)

15. ábra

Merev kenogyuru és kenési mód

C)

25

t

2

6

------- --.

b)

kenési helyek

tópvezeték

központikenoszivattyú

17. ábra

Központi kenési rendszerek vázlata

O)

-~-­I

~ I

16. ábra

Függoleges tengelycsap kenése

26

Közepes fordulatszám-tartományban igen jó,gazdaságos kenési mód. Nagy fordulatszámokesetén a kísérleti adatok szerint nem bizonyulmegfelelonek, mert a növekvo kenoolajszükség­lettel nem szállít arányosan nagyobb olajmennyi­séget. Különbözo mérési eredmények segítségé­vel diagramba foglalható a szállított olaj mennyi­sége a fordulatszámtói és a gyuru méretétolfüggoen. Általában laza kenogyuru esetébena tengelycsap legnagyobb kerületi sebessége2 mis, merev kenogyurunél 12 mis lehet.

Függoleges tengelyeIrendezés esetén a kapilláris és centrifugális erok együttes hatásáramegfelelo kialakítássallehet kénoolajat a kenendo felületek közé szállítani (16. ábra).

Minden igényt kielégíto, korszeru kenési rendszer a központi kenés, amely átfolyó éskeringteto rendszerként egy vagy több kenohellyel muködhet. Az olajat dugattyús szivattyúvagy fogaskerék-szivattyú szállítja csovezetéken keresztül a különbözo kenési helyekre,ahonnan visszavezeto csöveken tér vissza az olajtartályba, amelybe esetleg hutocsokígyó ésolajszuro berendezés is be van építve a körülményeknek megfeleloen. Kisnyomású rendszeresetén a szivattyú csak néhány (tized) bar túlnyomással muködik, mivel csak a csovezetékellenállását kell legyoznie. Nagynyomású rendszerek esetén (néha több száz bar) a hidrodi­namikus hatás ból adódó nyomás a kenéshez nem elegendo, ezt pótolja a szivattyú. Ezeklegtöbbször dugattyús szivattyúval muködnek, az egyes kenési helyekhez külön dugattyú­val.

A legegyszerubb központi kenési rendszert átfolyó kenéssel a 17a ábra szemlélteti váz­latosan. A központi kenoszerkezet dugattyúi minden kenendo helyhez külön-külön leága­zásban szállítják löketenként adott ütemben a meghatározott kenoanyag-mennyiséget.A szivattyú típusától függoen 32 kenohely-csatlakozás is lehetséges, általában legfeljebb15 m vezetékhosszal. Ez a berendezés alkalmazható szerszámgépeken és száIlítóberendezé­seken.

A /7b ábrán olyan központi kenési rendszer vázlata látható, amelyben a kenoolajcirkulál. Teljesen automatikus muködés is lehetséges. A kenoolaj az 1 olajtartályból a 2szivattyún (fogaskerék-, csavar-, körforgó-szivattyú), a 3 szuron és a 4 visszahuton keresztülaz 5 elosztóba és onnan az egyes kenési helyekre (6) jut. Innen áramlik vissza az olaj azolajtartály ba. A kenési rendszer helyes muködését a 7 olajnyomásméro és a 8 homéro jelzi.A keringésben tartandó olaj mennyiségét, ill. az olajtartály nagyságát abból a feltevésbollehet meghatározni, hogy milyen gyakran (ik) kell a kenorendszertölto olajmennyiségétóránként körbeforgatni. Ha az olajáram m3/h-ban Ji' és az olajtartály m3-ben VT, akkor

(1.1 )

munkalökE>ttárcsa

( támolygótórcsa)

vE>zérlotórcsa

VE>zérlodugattyú

szóllítódugattyú

csavarkNékpár

][18. ábra

Bosch-féle központi kenóberendezés vázlata

Ettol az értéktol függ egyébként az olaj mechanikai és hoterhelése is, és így az olajcsereüzemórájára is iránymutatást ad. A tapasztalat szerint jármuveknél ik = 40 I/h és nyugvóberendezések esetén ik= 10... 20 l/h.

A 18. ábrán vázlatosan a Bosch-féle központi keno berendezés látható. Az egyes kenésihelyekre dolgozó dugattyúk a mun-kalökettárcsához (mozgásáról tá- IÖkE>tállítá csavar

molygótárcsának nevezzük) állítha­tó, önzáró csavarral kapcsolódnak. Amunkadugattyúk muködését egy-egyvezérlodugattyú szabályozza. Ezutóbbiakat a vezérlotárcsa mozgatja.A két támolygótárcsa közös ten­gelyre van szerelve, amely csavarke­rékpáron át kapja a hajtást. Ezzel aszerkezettel az egyes kenési helyekreszállítandó olajmennyiség egymástólfüggetlenül a kívánt mértékre állít­ható be.

A központi olajozások legin­kább jogaskerék-szivattyúval mu­ködnek. Ez két, gondosan megmun-kált fogaskerékbol áll, amelyek a ke­rületük mentén (fejkörüknél) és azoldalsíkjuknál pontosan illeszkednek a szivattyúházhoz. Az olajat a szivattyú a fogárokbanszállítja a külso kerület mentén. Az olaj áramlási útját a 19. ábra szemlélteti mindkétforgásirány esetén. Az áramlás szabályozására szívó és nyomó visszacsapó szelepek vannaka csovezetékekbe beiktatva.

Belsoégésu motorokban leginkább fogaskerék-szivattyú gondoskodik az olajszállítás­róI. Nagy motorokon külön szivattyú tölti fel a motor felfutása elott az olajvezetékeket,hogy már az elso fordulatok estén elegendo olajat kapjanak a csapágyak. A 20. ábra ilyenfogaskerék-szivattyút szemléltet.

A belsoégésu motorokban, zárt hajtómubázakban szokás szóróolajozást alkalmazni,azaz a kenoolajat a forgórészek viszik fel a kenési helyekre. A merülokenésnél vagy olaj-

27

sziva ttyú-fog askN€'k€'k

oz olajáromlásiránya

~ kétfél€'~ torgásirány

20. ábra

Fogaskerekes olaj szivattyú

19. ábra

Fogaskerék-szivattyú vázlata kétirányú szállításra

fürdos kenésnél a kenési hely olajbevezeto nyílása az olajfürdoben van. A nyíláson keresztüla hidrodinamikus szivattyúzó hatás útján kerül az olaj az elmozduló felületek közé.

Belsoégésu motorok esetén a szivattyús kényszercirkulációs kenést legtöbbször kom­binálják a szóróolajozással. Ilyen kenés elvi vázlatát szemlélteti a 21. ábra.

Különleges eljárás az olajködkenés. Ekkor a levegovel porlasztott olaj a csúszó felületekközé jut, és emellett bizonyos hutohatás is jelentkezik. Leginkább zárt szekrényben nagy

28

21. ábra

Szóró- és szivattyús kenés kombinációja

olajnyomósméro

olajszüro

gyujlövezelék

olaj sziva tlyú

fordulatszámú sikló- és gör­dülocsapágyak kenésére hasz­náljuk. A gördülocsapágyakkenésére alkalmasabb.

A központi kenoberende-zések kialakítása kello gondos- olajbevezelo

ságot igényel. A csovezeték- fural

rendszerbe számos szerelvényt(visszacsapó szelep, nyomás­szabályozó, biztonsági szelep,csocsatlakozások stb.) és szer­kezeti egységet (olajszuro, olaj­szeparátor,olajiszap-leereszto,olajhuto stb.) kell beépíteni,ha minden szempontból meg­felelo, üzembiztos kenést kívá-nunk megvalósítani, nagy terhelés, nagy fordulatszám, vagyis fokozott üzemi követel­mények között.

A kenésre használt kenoanyagok tárgyalása a Gépelemek I. kötet 12.4. a/jejezetében

található meg.

1.3. Vegyes súrlódású csapágyak elméleteés méretezése

A !egrégebben kialakult gépelemek közé tartozik a siklócsapágy, amely legelso meg­jelenési formájában zsírkenésu volt. Az olajkenés bevezetése ~ csapágy konstrukciós fejlo­dését jelentette. A csapágy jellemzoinek vizsgálatával már a múlt század végén módszeresenkezdtek foglalkozni, éspedig két irányban, kísérleti úton és elméleti kutatásokkal. A kísérletitevékenység legelso, de máig is leglényegesebb eredményei a súrlódási viszonyok ra és a csap­ágyterhelés-eloszlásra vonatkoztak. Az itt megállapított eredményeket azután az elméletivizsgálódások ~ritika alá vonták, és kismértékben módosították. Látni fogjuk, hogy azelméleti vizsgálódások milyen jó egyezést mutatnak a kísérleti eredményekkel, az egyik útonkapott adatok megerosítik a másik módszer eredményeit.

Lényeges kérdés az olajrétegben a nyomáseloszlás alakulása. Hengeres felületü hor­dozócsapágyak esetén a csapterhelésbol a csapvetület felületegységére vonatkoztatott ter­helés:

F

Pk = bd' (1.2 )

Itt b a csap szélessége, d az átméroje (22. ábra). Ez a számított közepes nyomás vagy fajla­gos csapterhelés csak elméleti érték, mert a valóságban a nyomás nem egyenletesen oszlikmeg, sem a kerület mentén, sem a szélesség irányában.

29

30

pMPa

-=---=--=.- __ -~olaitürdö

23. ábraA Tower-kísérlet

22. ábra

A csapágy közepes felületi terhelése

felelo fordulatszámon a perselyt a besodort olaj a terhelés ellenében megemelte, vagyis 1'0­

lyadéksúrlódás alakult ki, mivel a tengelycsapot és a perselyt az olajréteg szétválasztotta.A sugárirányú furatok közül mindig csak egy volt nyitva, amelynek hosszanti furatához

nyomásméro csatlakozott. Így a teljes nyomáseloszlást pontról pontra fel lehetett venni, ésaz eloszlási görbét a hossztengely mentén és a tengelyre meroleges metszetben meg lehetett

szerkeslteni. Az ábrán látható, hogyanyomáseloszlás a hossztengely mentén szimmetrikus

és a szélektöl eltekintve közel állandó, ezzel szemben a tengelyre meroleges metszetben nemszimmetrikus, hanem a nyomás maximuma a forgás irányába eltolódott.

A jelenség létrejöttében és az egész üzemi állapotban nagy szerepet játszik a kenoanyag

súrlódása. A csap kerületén ébredo súrlódási ellenállás értéke függ a súrlódási viszonyokalakulásától. A siklócsapágyakban fellépo súrlódási tényezo lényegében négy jellemzotol

függ, éspedig a fajlagos csapterheléstol, a kenoanyag viszkozitásától, a fordulatszámtói, va­lamint a persely és a csap közötti játéktóI. A súrlódási tényezo értékét különbözo fordulat­

számokra a századforduló elején (1902) Stribeek állapította meg kísérleti úton 0 70X230

mm-es, egy öntöttvas és egy fehérfém perselyu csapágyra (24. ábra).

Álló helyzetben vagy pedig igen kis tordulatszámon a persely ben a csap fémes súrló­

dássai érintkezik, kenoolaj a felületek között nincs, a fémes súrlódási tényezo fehérfém

perselynél 0,2 ... 0,25, öntöttvas perselynél pedig 0,14 értéku. Ami~t a csap forgásnak indul,kis mennyiségu olaj kerül a felületek közé, és vegyes súrlódási állapot kezd kialakulni, a súr­

lódási tényezo jelentosen, meredeken csökken. A tengelycsap a perselyben ebben a súrlódásiállapotban érdekes módon a forgással ellentétes irányban helyezkedik el. A csap mintegy

A valóságos nyomáseloszlást kísérleti úton elsoként B. Tower állapította meg 1883­

I884-ben az általa szerkesztett kísérleti csapágypersely segítségével (23. ábra). A perselybenhosszirányban furatokat készített a persely fél hosszúságában, és ezekhez a furatokhoz csat­

lakoztak a sugárirányú rövid furatok, amelyek az olajrétegbe torkollottak. A csap alsó fele

az olajfürdobe merült, amelybol a forgás a persely alá sodorta a rátapadt olajréteget. Meg-

felkapaszkodik a perselyben a vegyes súrlódási állapotban egymással összeéro felületi ki­emelkedések hatása következtében. A fordulatszám növekedése során mind több és több

olaj sodródik a felületek közé, és bekövetkezik egy bizonyos fordulatszám esetén az, hogya két alkatrész szétválik és tiszta folyadék súrlódás jön létre. Ekkor lesz a súrlódási tényezoa legkisebb, amelynek értékére öntöttvas perselynél 0,0035, fehérfém bélésu perselynél0,0017 értéket adtak a kísérletek. A tengely a folyadék súrlódás létrejöttével mintegy átdo­bódik a persely másik oldalára, vagyis a forgásirányban excentrikusan helyezkedik el.A persely és csap között ekkor jelentkezik a legkisebb csapágyrés, a hOmin résméret.

Növekvo fordulatszámon a csap még több olajat sodor a résbe. Ez a besodrás, az olajkavarása megnövekedett ellenállást jelent, és ezért no a súrlódási tényezo a fordulatszám-

150

140

nyugalmi

helyzet

indítós

;J, 130

12011010090lt

80

s70-3

n= 00

S

).1.10

60

50

P = 0,1 MPa

40 30)

20 0,4 MPa

10

,,O MPa

2,5 MPa

O

1,53,04,56,07,59,010,512,013,515,016,518,0nh

(,LJ. = 1 MPa esetén) n, .'/5---24. ábraA súrlódási tényezo változása a kerületi sebesség függvényében

31

32

C)b)

25. ábra

Vegyes súrlódási állapotoka) szilárdtest-súrlódás, tiszta folyadéksúrlódás;

b) szilárdtest-súrlódás, határréteg-súrlódás;e) határréteg-súrlódás, tiszta rolyadéksúrlódás

a)

mal kb. parabolikusan. Eközben a rés vastagsága növekszik, vagyis az excentricitás csökken.

Végtelen nagy fordulatszámon, ha a külso környezeti hatásokat nem vesszük figyelembe, el·méletileg a csap koncentrikusan helyezkedik el a perselyben.

A súrlódási viszonyokat a felületi terhelés is befolyásolja. Ha a csap terhelését növel·

jük, a vizsgálat szerint a görbe jellege azonos marad. A legkisebb súrlódási tényezo szám·

szeru értéke most is ugyanaz, azonban a tiszta folyadék súrlódás beállásához nagyobb for·dulatszám szükséges. A görbéket vizsgálva láthatjuk, hogy azonos fordulatszámot véve,

a súrlódási tényezo fordítva arányos a felületi terhelésseI.A vizsgálatok során az olaj minosége nem változott és a csapágy hézaga is állandó volt,

azonban értheto az a megállapítás, hogy nagyobb viszkozitású olajhoz nagyobb súrlódási

tényezo, és szukebb illesztésu csapágyhoz kisebb súrlódási tényezo tartozik, ha egyébkénta többi jellemzo azonos.

A siklócsapágyak tervezésekor mindenképpen törekedni kell olyan viszonyok meg·valósítására, amikor a tiszta folyadék súrlódási állapot kialakul. Az esetek igen nagy szá·

mában azonban erre nincs lehetoség, vagy nem valósítható meg. A zsírkenésu csapágyakeleve is csak vegyes súrlódási állapotban üzemelnek, de ugyanaz a helyzet olyan olajkenésucsapágyak esetében is, ahol kevés kenoanyag juthat a felületek közé (kanócos kenés, cse­

pegteto kenés, de gyurus kenés esetén is). Az üzemi fordulatszámon tiszta folyadéksúrlódá·

sos csapágyak is az indítási és a leállási periódusokban vegyes súrlódási állapoton mennek

át. Ezért mindenképpen célszeru néhány alapveto szempontot megismerni a vegyes súrló'

dási állapot területérol. A tribológia alapjait általában a Gépelemek I. kötet 12. fejezetetárgyalja.

A vegyes súrlódási állapot tulajdonképpen többféle súrlódásból tevodhet össze. A 25.

ábra vázlatosan szemléltet három lehetoséget. A 25a ábrán a vegyes súrlódás tiszta szilárd·

testsúrlódásból és tiszta folyadék·súrlódásból, a 25b ábrán tisztaszilárdtest-súrlódás ból és határré·

teg-súrlódásból, míg a 25c ábrán

határréteg-súrlódásból és tiszta

folyadéksúrlódásból tevodik ösz­sze. A súrlódó felületek között

egyszer az egyik összetevo, majd a

másik összetevo súrlódási állapotjelentkezik. Leggyakoribb az azállapot, amikor a tiszta folyadék·

súrlódást a mikroérintkezési helyek megszakítják és fémes érintkezés jön létre. Hasonlókép'

pen gyakran bekövetkezik olyan vegyes súrlódási állapot - nem elegendo kenoolajjal kent

felületek esetében -, amikor folyadéksúrlódás és határréteg-súrlódás vegyes en jelentkezik.A 24. ábrán szemlélhetok a különbözo súrlódási állapotok. Egy olajkenésu siklócsap'

ágy növekvo fordulatszáma során változik a súrlódási állapot és vele együtt a súrlódási té·

nyezo. A vegyes súrlódási állapot az n = O és n = nh fordulatszám-intervallumon belültalálható. E területen belül az n ~ O fordulatszámhoz, vagyis az álló helyzethez a fémes súr·

lódási tényezo tartozik, majd a meginduló tengelyforgá~ során a f..l = f( nj függvény állandófelületi terhelés esetén rohamosan c~ökkeno értéket vesz fel, egészen egy minimális értékig.

az ehhez tartozó fordulatszám nh' amely a tiszta folyadék súrlódás kezdetét jelenti, A tisztafolyadéksúrlódás területén belül a forgó mozgás annyi kenoanyagot sodor be a felületek

F

közé, hogy fellép a hidrodinamikus felhajtóero, Fh' amelyhez Ph = b~ =áll. felületi terhelésés /lh súrlódási tényezo tartozik. A vegyes súrlódás területén maradva ilyen felhajtóeronincs, legfeljebb határesetben, esetenként, amikor a csapágy terhelés F = Fh' a másik ha­táresetben Fh = O, a fémes súrlódás pilIanatnyi fennállása esetén. A vegyes súrlódási álla­potot az energiaviszonyok szempontjából vizsgálva megállapítható, hogya súrlódási ellen­állásból adódó energiaigény részint a fémes érintkezési helyek deformációs és nyírási ener­giájára, részint pedig a kenoanyag reológiai deformációs energiájára bontódik. A vegyessúrlódási területen a súrlódási ero Vogelpohl szerint:

(1.3)

A súrlódási tényezo:

/l = Fs/F = /lr(l-Fh/F)+ fthFh/F, a felületi terheléseket bevezetve

(1.4)

A súrlódási energia:3 3 3

Ws = Fss = /lFs = L Ws; = L . L Wij,i=l ;=1 j=l

ahol i a súrlódásban résztvevo elemek száma (általában i = 3, tengelycsap, persely, keno­anyag) és Wij a részsúrlódási energiák. A részsúrlódási energiák a következok (j = l. ..5,a részsúrlódási energiák sorszáma):

Wil = Wel a rugalmas deformációhoz tartozó;

Wj2 = W pl a képlékeny deformációhoz tartozó;Wi3 = Wrh a reológiai deformációhoz (kenoanyaghoz) tartozó;Wi4 = WI törést kiváltó kopási részecskék leválasztásához tartozó;Wi; = Wa adhézió miatti leválasztáshoz, lenyíráshoz tartozó.

Tehát három test esetében, a súrlódási tényezo összefüggését behelyettesítve kapjukvegyes súrlódásra:

2 2,5

Ws = L' L Wij(l-ph/pd+WrhPh/Pk'i=l j=l

(1.5)

Ezzel az összefüggéssei azonban a gyakorlatban a méretezo szakember számolni nemtud. Ezért kénytelen tapasztalati értékekbol kiindulva közelíto méretezési eljárást használni.A siklócsapágyak üzemi állapotát leginkább a közepes felületi nyomás és a csap kerületisebessége jellemzi, A vegyes súrlódású csapágyakat e két jellemzo szorzata alapján mére­tezzük.

33

b) Az axiális csapágyak számítási menete

(1.6)

(1.7)

(1.8)

A 26. ábrán látható diagram megállapíthatóminden csapágyanyag-párosításra, és ez alapjána PkV szorzat segítségével méretezhetünk. Ha acsap VI siklási sebességéhez tartozó közepes felü­leti terhelés a vonalkázott területen belül van(Pkl)' akkor üzembiztos a csapágy muködése.Ha a vonal felett van (Pk2)' akkor rövid idonbelül számolni lehet a berágódással. Tulajdon­képpen ez egy biztonsági terület, amely a vegyesés fémes súrlódási állapotú csapágyak méretezé­sére még ma is használható, azonban a tiszta fo­Iyadékkenésu csapágyak esetében nem.

- ( 2 2) ~ 2 b _ FaxA - rI - ro TC ~ 'kTC - --.P

VI Vmp9 V, mis26. ábra

Vegyes súrlódású sikl6csapágyakméretezéséhez

A tengelycsap átmérojét a tengely méreteibol kiindulva lehet megállapítani és ezt szi­lárdságilag ellenorizni. Ezután következik a kenéstechnikai számítás a csapágyperselyanyagés a kenoanyag felvételével. A terhelés és a méretek alapján:

FPkV = bd d7tn ;§ (PkV)meg,

ebbol a csapágy szükséges hosszúsága kenéstechnikai (melegedési) szempontból:

b ~ TCFn- (PkV)meg

a) Radiális csapágyak számítási menete

A vegyes súrlódású axiális csapágyak zsírkenésuek vagy ritkán olajkenéssel muködnek.A zsírkenésu csapágyak (1. a 6a ábrát) csak kis fordulatszám esetén, közepes és nagy terhe­lésre alkalmasak, mivel folyadéksúrlódásról nem lehet szó, ezért a túlzott hofejlodés elke­rülésére csak kis kerületi sebesség engedheto meg. A tengelyirányú erot a tengelyvég-kereszt­metszet vagy a tengely végére felerosített nagyobb felületu tányér (rendszerint körgyurufe­lület) veszi fel. A kenhetoségi feltétel alapján, zsírkenés esetére számíthatjuk a szükségesfelfekvo felületet körkeresztmetszetre:

A csapágyak geometriai méretezéséhez az idok során kialakult a szokásos bld viszony­szám (1. táblázat); ehhez az értékhez célszeru ragaszkodni. E két szempont szabja meg vé­gül is a csapágy b és d értékeit. Néhány csapágytípusra a célszeruen felveheto (PkV)meg szor­zatértékeket az 1. táblázat tartalmazza.

vagy körgyuru esetén

34

Csapágyrnegnevezés

Csapágyanyagbld

Pb(' max,

vagy beépítési hely

MPamIs(ji, c)mcg

perselycsap

Közlomuvek, közlotengelyek

övacél 0,23,5ÖV

acél 0,81,5Csf

acél... 1,20,56,0Csf

acél1,22,0

Közlomu-talpcsapágy

Bz,övacél-6,0 ... 9,0 2,5 ... 3,0

Emelo- és szállítógépek

BzA7040,0

CJémforgás~nt

Bz-ö12A700,8 ... 1,815,02,0 ... 5,0

Futókerék, dob

Ov. 26A506,0 1,0 ... 2,5Vöt8

A5012,0

Villamos- és vízerogépek:

Csf-K-SnlOA501,210In = 1500/min Csf-K-Sn10A500,8 ... 1,50,514

Csf-80

A500,514 ,

Szerszámgépek

Csf, Vöt,Bzacél1,2 ... 2,00,2 ... 0,520 ... 50-Dugattyús légsuríto

Végforgattyú

Csf,Pb-Bzedz. acél1,012,02,5

Hajtórúdcsapágy

Csf,Pb-Bzedz. acél0,857,53,5

Focsapágy

Csf,Pb-Bzedz. acél1,04,53,5

CJépkocsi-, repülogépmotorok

Hajtórúd

Csfedz. acél0,5 ... 0,610,0 ... 16

Focsapágy

Pb-Bzedz. acél0,5 ... 0,68,0 ... 12

Dízelmotor, hajtórúd

0,45 ... 0,95,5 ... 13,0

Nagy erogépek haj tórúdj a

Csf,Pb-Bzedz. acél0,65 ... 0,815,0

focsapágya

Csf,Pb-Bzedz. acél0,7 ... 0,99,0

wul

,-..-öo'-'

,-..-~'-'

,-..-ö-.'-'

Csapágytervezési adatok

1. táblázat

Az egyenlet segítségével a legkisebb gyürüszélesség:

(1.9)

(1.11 )

(1.10)

Pmeg = 6,0 N/mm2,

Pmeg = 9,0 N/mm2,

Pmeg = 1O... 13,ON/mm2•

acél- bronzra

acél-acélra

acél- bronzra

fr, fr, rt - r~Ts = rfl2nt drp = 21tflP r2 dr = 21tflP 3ru ru

kis fordulatszám esetén

darutalpcsapágy esetén

N mcirkulációs olajhutés esetén 8,0 ... 10,0 --2 •-.mm s

A pVk szorzat megengedett értéke néhány esetre:

N mtermészetes léghutés es etén 2,5 ... 3,0 --2 '-,mm s

N mhütobordákkal hideg környezetben 4,0 ... 8,0 --2 •-,mm s

ahol rI a külso sugár, ro a belso sugár, rk a középso sugár és ba gyuruszélesség. A megen­gedheto felületi terhelés néhány értéke:

Így a melegedésre való közelíto méretezés egyenlete:

A melegedésre való méretezéskor közelíto eljárást használunk. Meg kell határozni a

pVk szorzatot, amely egy adott értéknél nagyobb nem lehet. A fordulatszámból meghatároz­

ható a vk közepes kerületi sebesség körgyurufelület esetén: 'l.'k = r"w, ahol

A vegyes súrlódású csapágyak szerkezeti részleteit, a teljes konstrukciós kialakításra

példákat egy késobbi fejezetben, a folyadéksúrlódású csapágyakkal együtt fogjuk tárgyalni.

A csapágy súrlódási nyomatéka egyenletes nyomáseloszlást és minden pontban azonossúrlódási tényezot feltételezve:

36

1.4. Hidrodinamikus csapágyak elméleteés méretezése

A siklócsapágyak konstrukciós kialakításának célja - amennyire a körülmények és afeltételek megengedik - mindig tiszta folyadéksúrlódású csapágyak létrehozása. Az ilyencsapágyak lényegében kétféle módon muködhetnek, mint ahogyan azt már a korábbiakbanjeleztük: hidrodinamikus elven és hidrosztatikus alapokon.

Az elméleti tárgyalás során az áramlástannak és a hidrodinamikának a viszkózus folya­dékoknak (gázoknak) lamináris áramlására vonatkozó összefüggéseit kell felhasználni.A teljes elmélet kidolgozása több évtizedet vett igénybe, és bizonyos részterületeken nap­jainkban is még tart.

Szorosan a hidrodinamikus csapágyakkal kapcsolatban a következo történeti áttekintést lehet össze.állítani:

N. P. Petrov (1883) elsoként ismerteti hengeres siklófelületu, folyadékkenésu csapágyak súrlódási el·lenállásának meghatározását ("A súrlódás elmélete").

o. Reynolds (1886) a hordozóképes kenofilm elméleti leírását és meghatározását adta, a kenofilmnyomásfüggvénye differenciálegyenletének fe!írásával. Tulajdonképpen evvel indult meg a kenéseiméletkialakítása.

A késobbiekben igen sokan foglalkoztak a kérdéssel. A vizsgálat célja annak megállapítása, hogymilyen módon jön létre hordozóképes olajréteg, és milyen sebesség- és nyomáseloszlás alakul ki benne.Ezek ismeretében a súrlódási viszonyok, ill. a melegedési körülmények meghatározhatók. A kérdésekmegoldása elég sok matematikai nehézség leküzdését jelentette, amely csak számos kiváló kutató együt­tes tevékenységévei volt elérheto.

R. Stribeck (1902) részletes vizsgálatot végzett a hengeres siklófelületu csapágyak olajrétegében ke­letkezo súrlódási tényezo mérésére a felületi terhelés és a kerületi sebesség függvényében.

A. Sommer/eld (1904) megoldotta a végtelen széles csapágy kenorétegében létrejövo nyomásfüggvénydifferenciálegyenletét.

G. M. Michel! (1905) kidolgozta a véges szélességu sík siklófelületpár elméletét és számítását.L. Gümbel (1914) kidolgozta az excentrikusan elhelyezkedo csapközéppont mozgását.Továbbiakban számos kérdésben elorehaladást jelentettek E. Falz (1926), ten Bosch (1940), A. KIeme·

cic (1943), Baller (1943) munkái.

Ki kell emelni G. Vogelpohl jelentos kutatási eredményeit, aki a csapágysúrlódás minimumtörvényétkidolgozta (1937), és a véges szélességu hengeres csapágy Reynolds-féle differenciálegyenletét 180°.osperselykörülfogási szög esetére megoldotta.

A hazai kutatók közül Czégi Józse/ a véges szélességu hengeres csapágyak szélesség menti pontosnyomáseloszlását a csapágysúrlódás minimumtörvényének felhasználásával határozta meg (1953).

A siklócsapágyak pontosabb számítása érdekében többek további munkát végeztek, és könyvekben,folyóiratcikkekben publikáltak. Meg kell említeni A. Cameron, W. L. Wood (1949); H. Sassen/eld,A. Walther (1954); A. Raimondi, J. Body (1956) munkáit.

Jelenleg a változó terhelésu és fordulatszámú csapágyak elmélete területén folyik kutatómunka.

A továbbiakban, igen tömören, a csapágy hidrodinamikai kenéselméletét ismertetjük,az egyes folyamatokat és jelöléseket a vonatkozó MSZ lO 571 szerint használjuk.

37

Az elméleti vizsgálatok célja lényegében a következo kérdések körébe sorolható:

a) Milyen feltételek szükségesek a hordozóképes olajréteg kialakulásához?b) Milyen sebességeloszlás alakul ki a kenorétegben ?e) Milyen nyomáseloszlás jön létre a kenorétegben ?d) Mekkora a kenoréteg vastagsága?e) Mekkora a súrlódási tényezo nagysága, milyen hofejlodéssel számolhatunk?

E kérdéseket tárgyalni lehet tetszoleges alakú rés esetén. Gyakorlatilag két eset fontos:a síkfelülettel határolt rés, és a játékkal illesztett hengeres csapágyak esete.

1.4.1. Tetszoleges alakú résre vonatkozó kenéseimélet

Ahhoz, hogyasiklófelületek között hordozóképes olajréteg jöhessen létre, lényegébennégy feltételnek kell teljesülnie:

1. viszkózus folyadék a ken<>résben,2. tapadóképesség a kenoanyag és a fémfelületek között,3. relatív sebesség a siklófelületek között,4. a mozgás irányába szukülo rés.

A viszonyokat eloször tetszoleges alakú kenorés esetében vizsgáljuk. A matematikaitárgyalás érdekében térbeli derékszögu koordináta-rendszert veszünk fel, amelyben elhe­lyezzük a tetszoleges alakú siklófelületeket (27. ábra). A felso lap egyenlete Yl = h == f(x, z), ez a lap áll, az alsó lap az x irányban U = állandó sebességgel mozog, mivel pe­dig sík lapnak vettük fel, helyzetét az Y2 = O összefüggés határozza meg. A mozgó síklap­nak olyan sebessége van, amelynek hatására annyi olaj sodródik be, amennyi teljesen ki­tölti a rést. Az elméleti tárgyalás elvégezhetosége végett bizonyos elfogadható egyszerusítofeltevéseket veszünk fel:

aj A rés alakja a mozgás során nem változik, és felülete teljesen sima.bJ A rés h mérete a hosszához és szélességéhez képest igen kicsi.

e) A kenoolaj térbeli áramlását feltételezve az x irányú u = -~~és a Z Iranyú

w = :~ sebességekhez képest az y irány ú sebesség elhanyagolhatóan kicsi. Ebbol

adódik, hogy a nyomás az y tengely mentén állandó.d) A kenorésben az áramlás réteges, azaz lamináris.eJ A kenoanyagra ható viszkózus erok mellett a tehetetlenségi erok és a súlyero el­

hanyagolható.fJ Homérséklet-változást nem veszünk figyelembe, vagyis feltesszük, hogya viszkozi­

tás állandó.

g) A külso terhelés állandó nagyságú.

38

yy

>í= h=f(x, zJ-x

z dz

27. ábra

Tetszoleges alakú kenorés olajrétegének egyensúlya

Az elozok figyelembevételével a 27. ábrán bejelölt elemi hasáb egyensúlyi egyenletétfelírhatjuk az x és a z tengely irányában:

x irányban

du

-d'txdzdx-dpdzdy-dxdydze(ff = O;

a tömegerot elhanyagolva

- d'tx dx dz- dp dy dz = O;

z irányban

-d'tz dxdz-dpdxdy = O;

ebbol

ebbol

apax

apaz

Mivel p x-nek és z-nek függvénye, a csúsztatófeszültség pedig x-nek, y-nak és z-nek,ezért használtuk a parciális differenciálhányados jelét. A csúsztatófeszültségek kifejezhetokNewton elmélete szerint:

au't.•= -"J-

ay

Ezeket behelyettesítve kapjuk:

ap a2uax = "Jay2'

és

ill.

(1.12)

(1.13)

Közbenso célunk az u, ill. w sebességeloszlás meghatározása egy adott helyen. Korábbi

fi 1, I ' . k . ap é ap, 'k '1 f" I ' be' f'" álle tete ezesem szennt - s -a erte ey-to ugget en, ezert a se sseg uggveny meg a-ax z

pításához szükséges kétszeres integrálás során értéke állandó. Így a kétszeres integrálás

ebbol

(t.t4)

(1.15)

1 apC3=---h.21] az

ebbol

w = O, és így C4 = O,

w = O, behelyettesítve

1 ap 2 (Y)u = - - (y - yh) - V - - l ,

21] ox h

y = O-nál

. y = h-nál

1 ap h20=---+C3h1] az 2 '

továbbá

ill.

után adódik

l ap VCI =---h--,21] ox h

40

Az állandók behelyettesítése után, rendezve az egyenleteket, kapjuk:

A határfeltételekbol az integrálási állandók:

y = O-nál u = V, így C 2 = V,

Y = h-nál u = O, behelyettesítve

l ap y2w = ---+C3y+C4•

1] az 2

valamint

Mindkét sebességeloszlás az y függvényében másodfokú parabolával jellemezheto,

ennek a görbének az alakja a ~p , ill. ~p adott x, ill. .z helyhez tartozó értékétol függoenuX a uZ o

változik. Ha tehát ismerjük h és ~, ill. ~ értékét, a sebességeloszlás felrajzolhatóox oz

(28. ábra).A sebességeloszlás azonban csak közbenso eredmény a nyomáseloszlás meghatározása

érdekében. A megoldáshoz fel kell használni az áramlástan kontinuitásegyenletét. A sikló­

felületek között x és z irányú áramlás folyik, Q" és Qz, a két irányban áramló közeg mennyi­

sége ugyanannyi értékkel változik a másik irányban is. Az olaj nem halmozódhat fel sehol

W(y)

W=O

y

z

28. ábra

Sebességeloszlás tetszoleges kenorésben

sem a kenorésben, tehát a változások összege, az elojelt is figyelembe véve, zérus:

oQx oQz _ Oox + oz - .

Nem vezetve le Qx és Qz értékét, csak a kiindulást megadva:h

Qx = J u dy, ill.o

h

Qz = J wdy.o

Behelyettesítve és rendezés után, nem részletezve, csak a végeredményt írva, adódik:

~[h30P]+~(h30P)_6 U~=O.ox ox oz oz 1] dx (1.16)

Ez a csapágykenés differenciálegyenlete, amelyet elso levezetojérol Reynolds-féle

differenciálegyenletnek nevezünk. Sajnos megoldása zárt formában nem lehetséges, partiku­láris megoldása ismert, bizonyos egyszerusítö feltételek mellett. A megoldás adott kenorés­alak és siklófelület-méretek esetén megadja a nyomáseloszlást, vagyis a nyomásfüggvényt.

Egyszerusíto feltevésnek kínálkozik, ha feltételezzük azt, hogyasiklófelület a z tengely

mentén végtelen kiterjedésu. Ekkor~~ = O, mivel a nyomás a z tengely mentén állandó, aoz

középso tag kiesik, és a kapott egyenlet integrálással megoldható:

o (' 3 dP) ohox h dx -61]U,ax = O.(1.17)

Ha feltételezzük, hogya h résméret csak az x függvénye, akkor az integrálás elvégez­heto:

h3~dP -6'Y)Uh+C = O.x

41

42

(1.18)

(1.19)

(1.20)

x

f h*-hP = - 6rjU --,;a- dx.o

XI +/ b/2

Fs = J J - [Tx]y=o dx dz.x, -h/2

Az integrálást kijelölve, és így a nyomásfüggvényt felírva:

Behelyettesítve ezt az elobbi egyenletbe, kapjuk:

XI+/ b/2

F = J J p(x, z) dx dz.XI -b/2

Az integrálási állandó értékét meghatározhatjuk, ha a nyomásmaximum helyéhez tar­

tozó résméretet h*-gal jelöljük (itt :~ = o) :

Természetesen a nyomásfüggvény konkrét megoldása a méretektol és a rés alakjátólfügg.

A nyomásfüggvény ismeretében további kérdésekre tudunk feleletet kapni. Ezek közülleglényegesebb a csapágyra ható terheloero és a kenorésben uralkodó nyomáseloszlás kap­csolata, valamint a kenorésben muködo súrlódási ero, ill. a súrlódási tényezo meghatáro­zása.

Elvileg, ha a nyomáseloszlást összegezzük az egész kenorésben, ennek eredoje éppena siklófelületet terhelo külso erovel lesz egyenlo, vagyis:

Az Fs súrlódási ero pedig hasonlóképpen a siklófelület felszínén ébredo TX csúsztató­feszültség összegzéséveI határozható meg (x irányú mozgást vizsgálunk):

Amennyiben a TX függvény ismert, a súrlódási ero meghatározható. Ennek ismeretébena súrlódási tényezo a Coulomb-féle értelmezésben:

Ez az érték konkrét esetekben kiszámítható.

fl. továbbiakban részletesebb vizsgálatot két esetben végzünk, az egyik a hézaggalillesztett hengeres csapágyak, a másik a sík siklófelületek esete.

1.4.2. Folyadéksúrlódási állapot hengeres radiáliscsapágyakban

Hengeres radiális csapágyak esetében feltételezzük, hogy a csapágyat terhelo F ero a

csapágy hosszának közepén muködik, és a csap és a persely tengelyei párhuzamosak.A tárgyalás céljából azonban az eddigiekben használt derékszögu koordináta-rendszerrolát kell térni a polárkoordinátás rendszerre, mert ebben a viszonyok kedvezobben tanulmá­

nyozhatók.A polárkoordináta-rendszert a csap középpont jához kapcsoljuk. Az átalakítás céljá-

ból bizonyos jelöléseket és fogalmakat be kell vezetni. Ezek megnevezésénél a vonatkozó

szabvány meghatározásait figyelembe kell venni.

Az x független változó helyébe x = nj) és az U sebesség helyébe - rw kerül (29. ábra),

kenoolaj

F

.---J-.-------f_------

z

~~ O

O pc .. r R-h

29. ábra

Hengeres radiális csapágy geometriai jellemz6i

mivel a koordináta-rendszer kiinduló helyét hú minimális rés méretnél vesszük tel, és a pozitív

iránnyal ellentétes a mozgás iránya.A csapágy játék a felületek legnagyobb relatív elmozdulási lehetosége egy meghatáro­

zott irányba: J = D-d, ha D a persely, d a csapágy átméroje {az ISO 701 szerint a játék

jele: J). MegküIönböztetünk minimális és maximális játékot, és az ezekbol számtani közép­értékként számított közepes játékot.

A relatív játék a csapágy játékkal arányos, mértékegység nélküli számérték:

J D - d R - r !!.r1p={f=-d-=-r- = r

A csapágyhézag a futófelületek között adott helyen mérheto legnagyobb távolság.

A csapágyhézag a 30. ábra szerint nem mindig egyezik meg a csapágy játékkal. Például a

43

[(R-h) eos q;-e]2+ [(R-h)sin q;]2 = r2.

h = R - e eos q; - JIr2 - e2 sin2 q;,

(1.11)

30. ábra

A csapágy játék és -hézag értelmezésecitromfuratú csapágynál

Ebben az összefüggésben -~ » e2 sin2 q;, ezértVJ

h

A legkisebb résméret: ho == ~~ = 1- e.

A legkisebb résméret, mivel itt q; = O:ho = ~r( l -- e).

A legnagyobb nyomás helyén h* = np( l - e eos q;*).

Ezzel a relatív résméret: b - :r = 1- eeos q;.

h ~ rVJ(l- e eos q;) = ~r(l- e eos q;).

44

A kijelölt muveleteket elvégezve, és a kapott vegyes másodfokú egyenletet (R -h) ér­tékre megoldva, kapjuk:

t:.r eha bevezetjük a VJ= - és e = ~ jelöléseket, adódik:r ur

h = rtp [ 1- e eos q; + ~ - V~2 - e2 sin2 q;] .

citromfuratú csapágy vízszintes irányú csapágy­játéka (J) kisebb, mint a vízszintes síkban mér­heto csapágyhézag (H).

Az excentricitás a csap és a perselyfuratközéppontja között jelentkezo távolság egy adottüzemállapotban : e mm-ben.

A relatív excentricitás, egy résjellemzo, azexcentricitással arányos, mértékegység nélküli

eszám: e = t:.r ' ahol t:.r a sugárkülönbség.

A csapágyrés vagy résméret a csapágy meg­határozott üzemállapotában, a futófelületek kö­zött, adott helyen mérheto távolság, jele: h.

. h

A relatív résméret a csapágyréssei arányos, mértékegység nélküli szám: h = & .A résfüggvény a csapágyrés vagy a relatív rés, hely szerinti változását leíró függvény:

h = f(q;).

A résméretet, vagyis a résfüggvényt többféle módon határozhatjuk meg, azonban mind­egyik esetben közelítéssel kell élni. A 29. ábra részlete alapján írható:

págy- Az elso leglényegesebb feladat a nyomás függvény meghatározása; a jelölések h(cp),

mér- dx = r dcpbehelyettesítésévei :

furat dp = -6rjU h·--h _ dp _ 6 np(l-eeoscp·)-np(l-eeoscp)adott dx h3 - r dcp - rjrw r31f'3(1- E eos cp)3 ,

dp 6rjw (l-eeoscp·)-(I-eeoscp)

dcp 7 (1- e eos cp)3(1.22)

Ebbol a differeneiálegyenletbol integrálás útján kapjuk a nyomásfüggvényt, azonban

a határfeltételeket meg kell állapítani:

az olaj bevezetésének helyén cp = CPrnél P = Pl,az olajkilépés helyén cp = -cp2-nél p = P2.

A végtelen hosszú csapágy esetében

-tpt,

P~ = 6,~2W f (J-eeoscp·)-(l-eeoscp) d ­T (J - E eos cp)3 cp -'1'.

(1.23)

A függvény egyszerusödik, ha bizonyos konkrét értékeket helyettesítünk be. Ha a keno­

olaj bevezetésénél, ill. kilépésénél nincs túlnyomás, akkor Pl = P2 = O; ha a persely tel­

jesen körbeveszi a csapot, vagyis zárt, ekkor

CPl -/- CP2 = 2".

A nyomás függvény szélso értéke akkor adódik, ha ~; = O, ez bekövetkezik, ha

1 - e eos cp. = J - E eos cp,

ebbol pedig

eos cp. = eos cp.

Tehát a nyomásmaximum cp = +cp* helyen alakul ki, a nyomásmlOlOmm pedig

er = -ep* szögnél. A nyomáseloszlást ábrázoló görbének a ep = O pontban inflexiós pontjavan, amelyet avval is bizonyíthatunk, hogyanyomásfüggvény második differeneiálhánya­

dosát zérussal tesszük egyenlové, amelybol adódik cp = O érték.

Tehát a ep = O helyen inflexió van, és a görbe erre a helyre centrálisan szimmetrikus,ebbol adódik, hogya legnagyobb nyomás a ep = O helyhez tartozó nyomásnak a kétszerese.

45

Z

Z,

z=áll.

F

ep

p(ep, z,)

~in

32. ábra

A nyomás változása a csap kerülete mentén

ip = óll.

p(~)

2J{

-ip"

p

31. ábra

A nyomás változása a kiterített kerület mentén

46

A nyomásgörbét ábrázolhatjuk acsapkerületet kiterítve (31. ábra),vagy pedig sugárirányú metszetekkela kerület mentén (32. ábra). Látható,hogya nyomás az olajbevezetés he­lyén (Pl) kezd emelkedni a maximálisértékig (p*), utána csökken, és a -p*helyen éri el a légköri nyomást. Ez­után a forgó mozgás szÍvóhatása kö­vetkeztében depresszió alakul ki acsap felso kerülete mentén. A lég­körinél kisebb nyomás következté­

ben az olaj levegot nyel el, és ez az olaj habzásában is megnyilvánulhat. Ezt a jelenségetnagy terhelésü és fordulatszámú csapágyaknál jól lehet észlelni.

A csapágy egyensúlyi állapota

A csapágyra ható erohatások egyensúlyi helyzetét vizsgálva megállapíthatjuk, hogy akenorésben keletkezo olajnyomás egyensúlyozza ki a csapra ható külso terhelést. Az egyen­

súlyi viszonyok tárgyalása érdekében a külso terhelést bontsuk fel ({i = O irányú és rá

meroleges irányú komponensre (33. ábra). Írjuk fel az egyensúlyi egyenletet e két irányban,

egységnyi szélességu csapágyat véve «({ilaz olajbevezetés helye, - ({i2 ::::::-({i* az olajkilépéshelye):

. p9' fl . 6rjrw mlFl SIn = poc«({i)SIn ({ir d({i= ~'V2(e, ({il' ({i2,Pl' P2),-9"

9'1

f 6rjrw ,Fl eos p = poc«({i)eos ({ir d({i= ~fJ>l(e, ({il>({i2,Pl' P2)'-9"

A két komponenst négyzetre emelve és összegezve, az eredo a csapágy terhelés lesz:

F _ 6rjrw .1fJ>'2 fJ>'2 _ 6rjrw n.,( )1 - --2- r' 1 + 2 - --2-',1' e, ({il' ({i2,Pl' P2 ."P "P

(1.24)

33. ábra

A csapágy egyensúlyi állapota

(1.25)

Mindezeknek az összefüggéseknek a leveze­

tésénél végtelen hosszúságú csapágyat tételeztünkfel. A valóságban véges hosszúságú csapágyaink

vannak, amelyekben az. elobbi jelenségek bizo­

nyos mértékig másképpen játszódnak le.

2 6'YJ'w n.'rpk = --2-',1'·"P

A csapágy terhelést a vetületi felületi nyomással is kifejezhetjük, 1 cm széles perselyt véve:Fl = 2r·l ·Pk' a két egyenlet jobb oldalát

összekapcsolva:

A rendezés után, a numerikus értéket iseP' -be beleértve:

47

1.4.3. Folyadéksúrlódási állapot véges szélességu hengeresradiális csapágyakban

A csapágykenés differenciálegyenletének megoldásánál fel kellett tételeznünk, hogyacsapágy végtelen hosszú. A véges csapágy szélénél az oldal irányba elfolyó olaj miatt a ki·alakuló nyomás nagysága csökken a végtelen széles csapágyhoz képest. A nyomás értékenem állandó a z tengely, vagyis a csapágy szélessége mentén. Minél rövidebb a csapágy, anyomáscsökkenés annál nagyobb. A véges csapágyszélesség befolyását a nyomáseloszlásraa 34. ábra szemlélteti. A csapágy szélességét b-vel jelölve, a nyomáseloszlási görbék bld

függvényében láthatóan csökkennek, minél kisebb a csapágyszélesség, vagyis a bld viszony.

----+---­I

b/d

0,25

0,33

0,5

1

b/d=oo

34. ábra

Véges szélességu csapágy nyomáseloszlása

Ez azt jelenti, hogy a csapágy terhelhetosége lényegesen kisebb is lehet a végtelen szélescsapágy terhtJhetoségéhez képest, feltételezve természetesen, hogya csapágy jellemzoi(tp, 'YJ, w, e, rpl,Pl) azonosak.

A terhelés csökkenése azonban nem adódik ilyen egyszeruen. Ugyanis a terhelés hatá­sára az oldalelfolyás következtében, a csap a furatban lejjebb száll, ezáltal lecsökken a ho

minimális résméret, és növekszik a relatív excentricitás a ho = ~r(l- e) összefüggés alapján.A relatív excentricitás növekedéséveI pedig a vizsgálatok szerint növekszik a csapágybana nyomás, a 35. ábrán látható diagram szerint. A nagyobb excentricitás, ill. a kisebb ho rés­méret megvalósítását azonban csak gondos felületi megmunkálással érhetjük el, ekkor tisztafolyadéksúrlódás állhat elo, és a vegyes súrlódást elkerülhetjük.

A véges csapágyszélesség esetén a nyomáseloszlás függ tehát az mérettol, így a p(rp, z)függvényt kellene meghatározni. Erre azonban csak közelíto megoldások vannak. A kivi-

48

telezett csapágyaknál az olaj bevezetése éselfolyása atmoszférikus nyomáson tör­ténik, és általában a persely vagy féligzárja körbe a csapot (félpersely, 180°-os),vagypedig teljesen zárt perselyt használnak(zárt, 3600-os), ennek megfeleloen változikepl értéke.

A végtelen csapágyra a nyomásfügg­vény (1.23):

61]wpoe = -2- F~(e, Pl' P2, epl' ep2, ep).

tp

1,0

0,8

t 0,6p

Ir.0,4

0,2

(1.26)

Az elobbi meggondolások alapján,nem részletezve, a nyomásfüggvény végescsapágyra:

61]wP = -2- F(e, epl> ep, z, hid).

tp

o

_~ - 0,3 -0,1 O 0,1 0,3 +t.l. -z_I_+z

35. ábra

A véges szélességu csapágy nyomáseloszlásaa relatív excentricitás változásával

Ha azt a közelítést vezetjük be, hogy a nyomás a csapágy szélessége mentén másodfokúparabola szerint változik, akkor a véges csapágyszélesség esetére a nyomásfüggvény

(1.27)

A c tényezo értéke a kerület mentén állandó és nagysága a hid viszonyszámtóI és arelatívexcentricitástól függ. Pontosabb számításokban a nyomáseloszlást nem másodfokúparabolával, hanem koszinusz hiperbolikusz függvénnyel szokás közelíteni.

A nyomásfüggvény ismeretében véges szélességu csapágyestében vizsgálható a csapágyegyensúlyi helyzete, és ebbol levezetheto egy, a csapágy muködésére jellemzo $ szám, acsapágyjel/emzo szám vagy másképpen csapágy terhelési szám, amelyet az elso levezetojérolSommer/eld-számnak (jele: So) is neveznek:

Pktp2$(e, f/JI' hid) = -- = So.

1]W(1.28)

Ez az összefüggés a csapágykenés hidrodinamikai hasonlósági törvénye. Értelmezése alatá- következo: ha a különbözo csapágyakra a csapágyterhel~si szám azonos értéku, akkor

a ho azonos epl olajbevezetési szög és hid viszonyszám esetén a csap elhelyezkedése, vagyis a,jáno relatívexcentricitás a csapágy méretétol függetlenül azonos. Az elozo fogalmak között tehát'ban definiált kapcsolat van, amelyet a 36. ábra szemléltet. Zárt persely esetében a folytonosrés- vonal, félperselynél pedig (a siklófelület 1800·hoz tartozik) szaggatott vonal mutatja azszta értékeket a relatív excentricitás, ill. a bld viszony függvényében.

A siklócsapágyak kenéselméleti számításakor a csapágy terhelési szám nagy szerepet ját-

?, z) szik, mivel pedig ez a csapágy terhelhetoségére is meghatározó jellegu, ezért terhelési szám:ivi- megnevezésindokolt erre a fogalomra.

49

t. 1';s.. ° 8~'CI. 0,6" 04"&,'

40

20

0,4 0,6

é---0,8 ',0

t

40

20

10864

2

••.•.••.........'-.....

~ ""' ..•...

\." ' .••••••••0,9,~', ........• ~

_lLd

--

.10. aora

A csapágyterhelési szám változása az E, ill. a b/d viszonyszám függvényében

Ha az elobbi összefüggést a nyomásra oldjuk meg, kapjuk:

Látható, hogya csapágy ter­helhetosége az olaj viszkozitásávalegyenesen arányos, vagyis, kis ter­helésnél kis viszkozitású olajat cél­szeru használni, ill. nagy terheléstnagy viszkozitású olajjal lehet fenn­tartani. A terhelhetoség viszont for­dítva arányos a relatív játék négyze­tével, vagyis minél nagyobb terheléstkívánunk elérni, annál kisebb játék

j~ 08 1............... 0,2.r:=0C:::; 0'61'.. "....... 04 '()

~'" r-... '1' (l I ' III 04 •••••...•..• l' '""''}.s- 0,5 .:'>

0'" ' 1\.. '\ o~O III.r:= <l 03 .>. 0,7 'B

~' "o'" q ~'\~ I .~

-1 t Q2 .~ I~ ~~~ 0.' +1.~ o,, "',' -09 ~

j 005 ~' ~~95 ~, 0,04 O,, 0,2 0,40,6' 2 4 68'0 20'

-- 2

Csapágyterhelési szám. ~-So- ~~

37. ábra

A q, csapágyterhelési szám, a ö relatív résméretés az E relatív excentricitás összefüggése

50

_ l]W S- ff O.(1.29)

Súrlódási viszonyok

x:r'f

38. ábra

A súrlódási nyomaték meghatározásához

y

(1.30)TO = [1] :u] .y y=O

A konkrét számításhoz szükséges a sebesség­függvénydifferenciálhányadosa, amelyet a koráb­biakban már meghatároztunk. Figyelembe vévea - U miatti elojelcserét, egyenletünk most akövetkezo:

A tengelycsapot körülvevo kenoolaj folyadéksúrlódási állapotot hoz létre, azonban ezis jelent bizonyos súrlódási ellenállást és súrlódási tényezot. A súrlódási nyomaték megha­tározása céljából a csap felületén muködo csúsztatófeszültséget, To-t kell meghatározni, aNewton-féle képlet szerint az elmozduló felületre(38. ábra):

kell, annál szukebb illesztés szükséges, amely azonban csak nagy felületi simasággal való­sítható meg.

A gyakorlatban if> értéke egynél nagyobb, egynél kisebb értéket csak nagy kerületisebességés kis terhelés esetén vesz fel. A célszeru felso határ átlagos felületi érdesség eseténif>;§ 10.

A méretezés szempontjából sokszor kedvezobb a csapágy terhelési számot, a résmére­teket, ill. a relatív excentricitást egy diagram ban megadni. Ennek lehetoségét Sassenfeld,

Walther és több kutató munkálta ki. A 37. ábra szemlélteti ezt a diagramot.

du 1 dp U- = -.-(2y-h)+ .dy 21] dx h

Behelyettesítve y = Oértéket, kapjuk a csúsztatófeszültségre:

t'o = [1]_1_ dp (2y-h)+1] U] = _! dp h+1]U.21] dx h y=O 2 dx h(1.31)

A végtelen szélességu hengeres hordozócsapágyak nyomásgradiense

dp = 6 U !!...·-Ildx 1] h3

amelyet behelyettesítve az elobbi összefüggésbe:

t'o = -.!.!.-61]Uh·-h + U!! = _1]u(3h •._~_ 1) = 1]U(~- 3h.) (1.32)2 h3 II h2 h h h h2'

(1.33)

A résméretet a hengeres csapágyaknál a relatívexcentricitással szoktuk kifejezni, eztbehelyettesítve az elobbi összefüggésbe, adódik

To - U [_ 4 _ _ 3(1- e cos ep·L]- 1] (1 - e cos ep)D.r D.r(I- e cos ep)2 .

51

52

A súrlódási ero az elemi csúsztatófeszültségeknek a csapfelületén való összegezéséboladódik. Az elemi súrlódási ero

(1.37)

(1.36)

(1.35)

(1.34)

= 1jJC( e, lpl' bld).

C=l!:-.'If

'YJrwF = -2- bf/>(e, lpl' bld).

'If

'YJrw- bD(e, lpl' bld)

'If

'YJrw-2 bf/>(e, lpl' bld)

'If

'YJU 'YJ'w= - bD(e, lpl' hid) = - bfJ(e, epl' bld).'If 'If

bj2 'P,

Fs = !lU f f Cs [ 4 - 3 1- e cos lp* ] r dlp dz =t!.r ~- e cos lp (1- e cos lp)2-bj2 -'P'

A súrlódási tényezo, behelyettesítés után

Tehát a súrlódási tényezo egyenesen arányos a csapágy relatív játékával és egy C függ­

vénnyel, amely a különbözo esetekre meghatározható. A C függvényt kifejezve kapjuk asúrlódási számot, vagy másként az általánosított súrlódási tényezot, amelyet a csapágyakszámításakor olyan jellegben használunk, mint a csapágy terhelési számot:

A súrlódási szám értékét diagramokban tudjuk megadni a hid viszony, ill. az e relatív

excentricitás függvényében. A harmadik változó a lpl olajbevezetési szög; félperselyre és

zárt perselyre külön diagramok vannak. Ennek megfeleloen, úja bb számítások eredménye­ként, az általánosított súrlódási tényezot körülzárt perselyre az e relatív excentricitás függ­

vényében a 39. ábra, míg a bld viszony függvényében a 40. ábra szemlélteti.A 41. és 42. ábra félpersely esetében mutatja a súrlódási számot az e, ill. bld viszony

függvényében.

A súrlódási tényezo meghatározásához a csapágy terhelés értékét is meg kell állapítani.

Ezt, végtelen csapágyhosszat feltételezve, l cm perselyszélességre már a korábbiakban meg­

határoztuk. A nyomáseloszlást a csapágy szélessége mentén másodfokú parabolával meg­közelítve és az integrálást jelölve, kapjuk:

dFs = ror depdz.

Eddigi összefüggései nk végtelen csapágyszélességre vonatkoztak, a véges szélességre

való áttéréskor a súrlódási ero meghatározásához egy Cs tényezot kell bevezetni, amely ahid viszonytól és a relatívexcentricitástól függ. E tényezovel az oldalirányú elfolyás miattinagyobb súrlódást vesszük figyelembe. Tehát az Fs súrlódási ero, az integrálást kijelölve ésegy betuvel jelölve az integrált magába foglaló részt:

t

1

0,80,6

0,2 0,4 0,6é-

0,8 1/0

1000800600400

200

10080

t 6040~

"'" 20::l.

~ 10864

2

1

0,80,60052 1 0,50,40/30/25 q2

b--- -;:r

0,15

39. ábra

A súrlódási szám a relatív excentricitás

függvényében zárt perselyre

40. ábra

A súrlódási szám a bld viszony függvényébenzárt perselyre

41. ábra

A súrlódási szám a relatív excentricitás

függvényében fél perselyre

1008060

t 40~ 20'"

::l.1OI 8

lJ 64

2

1

O/8

O/6

O/4

O/2 0,4 0,6é--- 0,8 1,0

400

200

1008060

t 40~ 20

"-...

;. 10lJ 8

64

2

1

O/8O/6

0,40052 1 0/50,4 0,3 0,25 0,2 0,'5

___ lLd

42. ábra

A súrlódási szám a bl d viszony

függvényében fél perselyre .

53

A súrlódási tényezot úgy is meg szokták határozni, hogy a csapágy terhelési számból

kifejezik a relatív játékot, és ezt helyettesítik a súrlódási szám összefüggésébe, tehát

(1.38)K = cy'?>.

(nagy fordulatszámnál) ;

(nagy terhelések esetén).

vagyls

V·-- 'Y}W

fl = y'c[> - C(f, rpl' bld).Pk

fl 3 3C = ''Ip = '11>- = So

fl 3 3

C = -; = y'i]) = y'So'

akkor

akkor

(5f;wfl = K(e, rpl' bld) -,Pk

0,50,04 O,, 0,2 0,4 0,6 1 2 4 6 10 20

P 'fI2

CsapágyterhelE!si szám, ~: 50= rt C.J ---

43. ábra

A C súrlódási szám változása a ~ szám függvényében

100

60t

40

~.......•.

20::t. "lJ

E'

'0

"o

N 6III

III4-o 'o-oL:-::>

2lJ')

So = c[> >- 1,

So = c[> -< 1,

A két jelölt függvényt egy betuvel felírva:

54

Ha

ha

A C súrlódási számot kedvezobb a (So) Somme/feld-szám függvényében megadO!.

Vogelpohl számításai alapján megszerkesztett diagramot látunk a 43. ábrán. A vonalkázott

terület olyan sávdiagramot jelent, amely gyakorlatilag minden It/Ip értéket tartalmaz (a gya­korlatban használt bld viszonyhoz és 180° ... 360° körülforgásiszög-értékhez). Vogelpohl

javaslata szerint elozetes és gyakorlati számítások hoz általában elegendo a 43. ábra vonal·kázott területén belül meghúzott, c[> = l értéknél törésponttal rendelkezo egyenes adataival

számolni. A két egyenes darab egyenletét felhasználva, közelítés ként számolhatunk.

-- f~1 persely nyomás alatti felületr~sszel--- tél persely egész benedvesített felületével

'0

44. ábra

AK-függvény görbéi

~2 ~4 ~6 Q8

Relatív excentricitás, g---

',0°

2,0

1,5

5,0

4,0

3,5

4,5

t 3,0

~:::l.1~ 2.5

":.::

A súrlódási tényezo tehát a tiszta

folyadéksúrlódási állapotban a szögsebes­

séggel (tehát a fordulatszámmal is) para­bolikusan változik, míg a Pk nyomással

gyökösen fordítottan arányos. Ez a meg­

állapítás alakilag pontosan megegyezik aStribeck által meghatározott kísérleti ered­

ményekkel. A tiszta folyadéksúrlódás kez­detétol (24. ábra) a súrlódási tényezo

tényleg parabolikusan emelkedik, és a ma­

gasabban haladó görbék hez csökkeno kö­

zepes nyomás tartozik.A súrlódási tényezot meghatározó K

függvény értékét a relatív excentricitás

függvényében a 44. ábra szemlélteti bldkülönbözo értékeire. K értéke, általában

rt> = I-tol felfelé, lényegében állandónak

tekintheto. A gyakorlati esetekben értéke2,0 ... 3,5 között változik.

A súrlódási tényezo értékét, és ezzel

a csapágy súrlódási veszteségét növeli a

csapot a nem terhelt kerületen körülvevo

olajfilm. Bár a teljesen körülzárt persely­ben a felso nem terhelt csapágyhézagot az olaj általában nem tölti ki teljesen, hanem rész­áramlási csíkokra szakad, ez a súrlódási ellenállást mégis növeli. Nagy és egy irányban

muködo terhelésnél, pl. vasúti csapágyaknál ezért a nem terhelt (alsó) csapágyperselyt el is

szokták hagyni, vagy pedig a szélességet csökkentik. A nedvesített kerületet úgy is lehetcsökkenteni, hogy az olajat a csapágy vízszintes osztássíkjánál vezetjük be. Különösen

nagy, egyirányú terhelés esetén pl. vízszintes tengelyu generátoroknál, turbináknál az alsó

persely félben vezetjük be az olajat, ezáltal ep! ;::::; 90 ... 120° között adódik, és a súrlódásiellenállás csökken.

A hézaggal illesztett hengeres siklófelületek kenéselméleti számításánál egyre ponto­

sabban sikerült megállapítani különbözo szerzok számítási eljárásaival a folyadéksúrlódási

állapot leírásához szükséges jellemzo számok értékét. Ennek alapján ma már 60° . .,360°

perselykörülfogási szögtartományban a méretezéshez szükséges jellemzoket - táblázatosanmegadva - megtalálhatjuk az irodalomban [2.7]. A táblázati adatok lényegében külön­bözo bld viszonyhoz és perselykörülfogási szöghöz a relatív excentricitást, a csapágy terhe­

lési számot, a súrlódási számot, a nyomáseloszlásra vonatkozó néhány jellemzot és a kö­

vetkezokben tárgyalásra kerülo átáramló olaj mennyiségét tartalmazzák.Az irodalomban megtalálhatók a Kodnirtól, Korovcsin.l'zki;tol, Vogelpohltól, Sassen­

feldtol, Walthertói, Raimonditól és Bodytól eredo számítások.A táblázati adatok ismeretében szükség esetén interpolálni kell, vagy pedig ezek fel­

használásával szerkesztett diagramokat lehet használni.Érdekes vizsgálni, hogya csap középpontja a perselyben hol helyezkedik el. Ilyen irányú

55

n =00

(1.39)

0,90,950,991

0,6

0,8

0,7

0,5

0,4

n=O

45. ábra

A csapközéppont pályái Gümbel szerint

1.4.4. Hengeres radiális csapágyak melegedése

56

A keletkezo homennyiség miatt az olaj és a csapágypersely homérséklete az indítás utánnövekedni kezd. Egy bizonyos ido után beáll az egyensúlyi állapot, amikor az idoegység

alatt a keletkezo homennyiség megegyezik a csapágyból az idoegység alatt hovezetés, hoát-

Bár a siklócsapágyban helyes tervezés esetén folyadéksúrlódási állapot van, mégis je­

lentos nagyságú súrlódási munka keletkezhet, amely hové alakul áto Az elobbiek alapján asúrlódási tényezot meghatározhatjuk, és a kenoanyag belso súrlódása következtében kelet­

kezo súrlódási teljesítmény mint veszteségteljesítmény

vizsgálódást elso ízben Gümbel végzett,

és megállapította, hogy az elhelyezke­

dést nagymértékben befolyásolja az olaj­bevezetés helye (45. ábra). A csap nö­vekvo fordulatszámnál csökkeno ex­

centricitással a persely közepe felé ha­

lad, a pálya azonban nem veheto fél­

körnek, csak nagy qJ 1= fl +90 o ola jbe­vezetési szög esetén. Ennél kisebb szög­

nél laposabban halad, nagyobb szögesetén kis fordulatszámnál túllépi a fél­

kört, nagyobb fordulatszámnál beljebbhalad. Mindez azonban csak abban az

esetben igaz, ha a csap és a persely tö­kéletesen merev, továbbá a fordulat­szám és a terhelés állandó.

Általánosságban azonban a csap­

pálya meghatározása rendkívül bonyo­lult. Figyelembe kell venni az egyes

alkatrészek rugalmas deformációját, va­lamint a terhelés és a fordulatszám vál­

tozását. A mozgás ugyanis lehet lengomozgás, változó sebességu forgó moz­

gás, a terhelés hasonlóképpen lehet lengo, forgó, és emellett a nagysága is változó.

A tengelycsap tangenciális és normális sebességkomponensei által nyomáseloszlások ala­

kulnak ki, amelyek a csappályát befolyásolják.

Ilyen irányú számításokat többek között Hahn, Someya, Holland végeztek, a számítási

eljárásokat Eberhard és Lang számítógépre programozta. A határfeltételek felvétele utánközelítésekkel lehetett bizonyos bld viszonyok ra eredményeket kapni, ezeket elsosorbanbelsoégésu motorok csapágyaira alkalmazták és ellenorizték mérések kel.

adás és hosugárzás útján eltávozó homennyiséggel. Ebben a hoegyensúlyi állapotban a per­sely siklófelületének homérséklete közel azonos a kenorésbol kifolyó olaj átlagos homérsék­

letéveI, ez a csapágy üzemi homérséklete.A csapágyban keletkezo veszteségteljesítmény számítható, ez állandósult üzemi álla­

potban egyenlo a ház és a hutoolaj visszahutési hoáramának összegével. A csapágyház ho­

árama a vezetés sei (P;), a konvekcióval (Pk) és a sugárzással (PSUg) távozó h~áramok összege.Így

PV = Pház+Pol = P;,+PSUg+ Pk+ Pol. (1.40)

Ennek a veszteségnek megfelelo homennyiség a csapágyrésben keletkezik a kenoolajbelso súrlódása következtében.

A csapágy típusa és szerkezeti felépítése határozza meg, hogya homennyiségek közül

melyik hanyagolható el, ill. melyik dominál. Így pl. kenogyurus csapágy esetében, ahol is a

csapágy zárt olajterébol nem lép ki az olaj, Pol = O.A tengely hovezetésévei elvitt homennyiséget (P.) a legtöbb esetben elhanyagolhat juk.

A számításhoz szükséges pontos adatok legtöbbször nem állnak rendelkezésünkre. Általában

a homennyiség 10... 15%-a megy el a csapágyból vezetés útján. Az elhanyagolás a számítás

biztonságát növeli.

A sugárzással eltávozó homennyiség (PSUg) a Stefan - Boltzmann-törvény alapján szá­mítható. Eszerint a hoáram

[ T:s T~ ]PSUg= cA 100 - 100 '

ahol A a csapágyház külso szabad sugárzófelülete, m2;

c a sugárzási tényezo;

Tes a csapágyház külso felületének és Tk a környezo testeknek az abszolút homérsék­lete, K.

A számítás körülményessége miatt ezt a homennyiséget legtöbbször nem határozzukmeg külön, hanem a hoátadási számításnál vesszük figyelembe.

Az áramlásos hocsere útján hoátadással (konvekció) távozó hoáram:

Pk = ArJ.(t- to) W, (1.41 )

ahol A a csapágyház levegovel érintkezo külso hoátadó felülete, m2;

rJ. hoátadási tényezo, W/(m2.0C);

t a ház felületi homérséklete, oC. A ház felületi homérsékletét meghatározza a csap­

ágyrésbol a ház külso felületéig vezeto hoáram következtében fellépo homérséklet­

csökkenés. A számítás egyszerusítése miatt a csapágyrés és a ház felületi homérsék­letét azonosnak tekintjük.

to a környezeti homérséklet, oC.

A számítás elvégzésénél bizonytalanságot jelent az, hogy elore még nem ismerjük a

csapágyház külso felületét. Úgy szokás eljárni, hogy elotervezéssel megállapít juk a csapágy-

57