KURZUS: Gépelemek

MODUL: IV. modul: Csapágyak feladata, fajtái. Siklócsapágyak szerkezete, méretezése. Gördülőcsapágyak típusai, ellenőrzése élettartamra

11. lecke: Gördülőcsapágyak típusai, ellenőrzése élettartamra. Csapágyak egyenértékű terhelésének meghatározása statikus és dinamikus terhelés esetén

| Tevékenység
Olvassa el a Gépszerkezettan II. jegyzet 141-156. oldalain (a 4. fejezet 4.1., 4.2., 4.3., 4.4., 4.5., és 4.6. alfejezet) található tananyagot! Ismételje át a gördülőcsapágyak ábrázolásával kapcsolatos tudnivalókat! Nézze át az alábbi, a követelmények után található összefoglalást és kidolgozott mintapéldákat! Tanulmányozza át a minimum rajzos kérdések részben található ábrákat! Tanulmányozza át a Gépszerkezettan II-III segédlet 50-68 oldalain található kidolgozott és gyakorló feladatait!
A tananyag tanulmányozása közben az alábbiakra figyeljen:
Fogalmazza meg, mik a gördülőcsapágyak feladatai! Melyek a gördülőcsapágyazás tulajdonságai? Elemezze a gördülőcsapágy típusait szerkezetük és gördülőelemeik alakja szerint! Osztályozza és rendszerezze a gördülőcsapágyakat terhelésük iránya szerint! Figyeljen a szögbeállási lehetőségekre és alkalmazási területeikre! A csapágy egyes felületei (furat és külső) mivel illeszkednek és milyen illesztési rendszerben? Miért van szükség a csapágyak illesztésére? Milyen pontossági osztályúak és tűrésűek a csapágyak? Értelmezze a gördülőcsapágyak kifáradási görbéjét! Hogyan határozható meg a dinamikus alapterhelés? Tanulja meg a gördülőcsapágyak kifáradásos élettartam meghatározásának összefüggéseit, millió fordulatban, üzemórában és futáskilométerben! Jegyezze meg az egyenértékű terhelések meghatározásának módját különböző fajta csapágyakra! Tanulmányozza a gördülőcsapágyak kiválasztását és élettartamra történő ellenőrzését különböző beépítési példákon keresztül! Mely esetekben ellenőrzik a kiválasztott gördülőcsapágyakat statikus alapterhelésre (határterhelésre)? Mely fogalmak tartoznak a határterhelés-számítás témaköréhez? Hogyan számítható ki a statikus alapterhelés és a statikus egyenértékű terhelés? Tanulja meg a témakörben használt összefüggések paramétereinek jelentését és párosítsa azok mértékegységeit is! Tanulja meg kívülről az összefoglalóban kiemelt betűvel jelölt összefüggéseket, valamint a többi képlet használatát példákon keresztül! Többször rajzolja le szabadkézzel papírra a minimum rajzos részben található ábrákat! Majd ellenőrizze azok helyességét!
Követelmények
A tananyag elsajátítása akkor tekinthető sikeresnek, ha Ön
Listából ki tudja választani a gördülőcsapágyak feladatait. Felsorolásból ki tudja választani a gördülőcsapágyak tulajdonságait. Ábrák alapján meg tudja nevezni az egyes gördülőcsapágy fajtákat és elemeiket. Felsorolt csapágyfajtákhoz fel tudja sorolni, vagy ki tudja választani a jellemző tulajdonságaikat (Teherbírás, erőfelvétel, szögeltérés) Listából ki tudja választani a csapágyak helyes illeszkedési jellegét és illesztési rendszerét, pontossági osztályát. Listából ki tudja választani a csatlakozó tengelycsap és fészekfurat (házfurat) tűréseit. Listából párosítani tudja a tananyagban szereplő fogalmakat a jelzésekkel és a mértékegységekkel. Értelmezni tudja a gördülőcsapágyak kifáradási görbéjét. Meg tudja határozni a dinamikus alapterhelést. Alkalmazni tudja az egyenértékű terhelést és élettartam meghatározását leíró összefüggéseket. Meg tudja határozni a csapágyélettartamot számszerűen. (L - milliófordulat, L h - üzemóra, L km - futáskilométer) Különböző beépítési példákban ki tudja választani a megfelelő gördülőcsapágyakat és meg tudja határozni az élettartam értékét. Fel tudja sorolni, vagy listából ki tudja választani a határterhelésre való ellenőrzés eseteit. Ismeri, és listából ki tudja választani, alkalmazni tudja a határterhelés számítás összefüggéseit. Ki tudja számítani a statikus alapterhelés és a statikus egyenértékű terhelés értékét. A témakörben használt összefüggések paramétereinek jelentését ismeri, és mértékegységeit is párosítani tudja. Listából ki tudja választani az összefoglalóban felsorolt helyes számítási összefüggéseket. Önállóan le tudja rajzolni a minimum rajzos részben található ábrákat.
A tananyag összefoglalása, további információk a tananyaghoz
A gördülőcsapágyak a gördülő felületük szerint két csoportba sorolhatók, gyűrűs- és tárcsás csapágyakra. A gyűrűs csapágyak elsősorban sugárirányú (radiális), a tárcsás csapágyak csak tengelyirányú (axiális) terhelés felvételére alkalmasak. Osztatlan kivitelben készülnek. A gördülőelemeik golyók (jegyzet 4.1 ábra) pontszerű felfekvésűek, vagy görgők (jegyzet 4.2 ábra) vonalszerű felfekvésűek, ezért a görgős csapágyak teherbíró képessége nagyobb. Teherbírásuk típusonként és méretenként más és más, viszont több gördülőelem sorral a teherbírásuk nagyban növelhetők.
Szögeltérést az ún. beálló- és Y csapágyak viselnek el.
Radiális (gyűrűs) golyóscsapágyak
Mélyhornyú golyóscsapágy
1. ábra
Az 1. ábrán látható csapágy elsősorban radiális erő felvételére alkalmas, de a golyók számára kiképzett mélyebb futófelület miatt kismértékű axiális erőt is képes felvenni.
Beálló csapágy
2. ábra
Mozgassa az egeret a kép alsó részén látható nyilak felett jobbra-balra a csapágy lehetséges mozgásának megtekintéséhez.
A 2. ábrán és az alatta lévő nézőképen látható csapágy radiális és axiális erő felvételére is alkalmas. Ez a típusú gördülőcsapágy a tengely szögeltérési hibáját is ki tudja egyenlíteni.
Ferde hatásvonalú golyóscsapágy
3. ábra
A csapágy a függőleges és a berajzolt hatásvonal közötti hajlásszögű erőket képes felvenni.
A hatásvonallal párhuzamos erő egy sugárirányú (radiális, F rad) és egy tengelyirányú (axiális, F ax) erő eredőjeként (F eredő) adódik.
Radiális (gyűrűs) görgőscsapágyak
4. ábra
A 4. ábrán látható hengergörgős csapágyak közül az 1-es és 2-es számmal jelöltek csak radiális erővel terhelhetők, mert a görgők oldalirányban csak az egyik gyűrűn vannak megtámasztva. A 3-as számú csapágy balra mutató, a 4-es számú pedig balra és jobbra mutató erővel egyaránt terhelhető. A tengely szögeltérése az itt bemutatott csapágyak esetén nem megengedett.
Tűgörgős csapágyak
5. ábra
Az 5. ábrán látható csapágy gördülőtestjei tűszerűek, azaz az átmérőjük a hosszukhoz képest kicsi. Ezek a tűgörgős csapágyak, melyeknek sugárirányú beépítési helyigényük kisebb, mint a hengergörgős csapágyaké. A lökésszerű terhelést is elviselik.
Kúpgörgős csapágy
6. ábra
A kúpgörgős csapágyak a radiális terhelés mellett axiális terhelés felvételére is képesek. (Lásd 6., 7., 8. ábrák!)
Párosával, egymással szembefordítva építik be őket.
7. ábra
A 7. ábra egy kúpgörgős csapágy konkrét szerkezeti kialakítását mutatja. A csapágyról a külső gyűrű lehúzható, mint az ábra is szemlélteti.
8. ábra
Figyelje meg az ábrán, hogy itt is két, egymással szembefordított kúpgörgős csapágy szerepel, csak egymástól távolabb helyezkednek el.
A 8. ábra kúpgörgős csapágybeépítést szemléltet.
Tárcsás csapágyak
A tengelyek axiális megtámasztására szolgáló tárcsás csapágyak láthatók a 9. 10. ábrákon.
9. ábra
10. ábra
A gördülőcsapágyak nem készíthetők osztottan.
Az ábrákon is láthatók, hogy a gyűrűk és a tárcsák egy darabból vannak, ezért nem minden alakú tengelynél használhatók.
A használt számítási összefüggések
A táblázatban azon összefüggések szerepelnek, amelyeket a számítások megoldása során használunk. A kiemelt betűkkel írt megnevezések az úgynevezett minimum képletek, amit fejből tudniuk kell! A nem kiemelt összefüggéseket képletjegyzék formájában a vizsgán felhasználhatják. A választásos feladatokban a helyes a minimum képleteket (a kiemelt összefüggések) kell megjelölni a megadott lehetőségek közül.
A gördülőcsapágyak élettartama millió fordulatban | L= ( C F ) p = 3600⋅n⋅ L h 10 6
A gördülőcsapágyak élettartama üzemórákban | L h = L⋅ 10 6 3600⋅n
A gördülőcsapágyak élettartama millió kilométerben | L k m = L⋅D⋅π 1000
Radiális csapágyak egyenértékű terhelése | F= f ü (X⋅V⋅ F r +Y⋅ F a ) X és Y-t F a F r ≤e é s F a F r ≥e alapján adja meg a katalógus
Axiális csapágyak egyenértékű terhelése | F= F a x
Beálló axiális csapágyak egyenértékű terhelése | F= F a x +1,2⋅ F r
Egyenértékű terhelés periodikus vagy változó terhelésnél | F= F 1 3 ⋅ N 1 + F 2 3 ⋅ N 2 +.... F n 3 ⋅ N n N 3
A gördülőcsapágy statikus határterhelése radiális terhelésnél | C 0 ≥ s 0 ⋅ F 0
A gördülőcsapágy statikus határterhelése axiális terhelésnél | C 0 ≥ s 0 ⋅ F 0 a
A statikus egyenértékű terhelés | F 0 = X 0 ⋅ F r + Y 0 ⋅ F a
Kiegészítés és kidolgozott mintapéldák a 11. lecke tananyagához
1. Kúpgörgős csapágyak ellenőrzése élettartamra
Egy gépkocsikerék ágyazását kúpgörgős csapágyakkal oldjuk meg. A beépítésnek megfelelően a következő csapágyakat választottuk:
I | II
32205 BJ2/Q | 33108/Q
C I= 35,8 kN | C II= 79,2 kN
C 0I= 44 kN | C 0II= 104 kN
e= 0,57 | e= 0,35
Y I= 1,05 | Y II= 1,7
Y 0I= 0,6 | Y 0II= 0,9
X I= 0,4 | X II= 1
X 0I= 0,5 |
Egyéb adatok: V= 1,2, f ü= 1,25, n= 660 1/perc. Előzetes számítások alapján: F rI= 6000 N, F rII= 9000 N, F aI= 3600 N.
Határozza meg az egyenértékű terheléseket, majd a csapágyak élettartamát üzemórákban és megtett kilométerben, ha a futókerék átmérője D=600 mm! (Az axiális terhelést az I jelű csapágy veszi fel!) Ellenőrizze az I jelű csapágyat statikus terhelésre is, ha s 0= 1,5!
Kúpgörgős csapágy (33108)
Kúpgörgős csapágy (32205)
Az axiális és radiális erő viszonyát megvizsgáljuk:
F a I F r I = 3600 6000 =0,6 >e=0,57 ezért X I=0,4 és Y I=1,05 F aII=0
Az egyenértékű terhelés számítása a I és II csapágynál:
F I = f ü ( X I ⋅V⋅ F r I + Y I ⋅ F a I )=1,25(0,4⋅1,2⋅6000+1,05⋅3600)=8325 N
F I I = f ü ( X I I ⋅V⋅ F r I I )=1,25(1⋅1,2⋅9000)=13500 N
Az élettartam millió fordulatokban az I és II csapágynál:
L I = ( C I F I ) 10 3 = ( 35800 8325 ) 10 3 =129,319 millió fordulat
L I I = ( C I I F I I ) 10 3 = ( 79200 13500 ) 10 3 =364,170 millió fordulat
Az élettartam üzemórákban az I és II csapágynál:
L I h = L I ⋅ 10 6 3600⋅n = 129,319⋅ 10 6 3600⋅11 =3265,63 üzemóra
L I I h = L I I ⋅ 10 6 3600⋅n = 364,170⋅ 10 6 3600⋅11 =9196,22 üzemóra
Az élettartam megtett kilométerekben:
L k m I = L⋅D⋅π 1000 = 129,319⋅0,6⋅π 1000 =0,243760 millió kilométer, 243760 km
L k m I I = L⋅D⋅π 1000 = 364,170⋅0,6⋅π 1000 =0,686444 millió kilométer, 686444 km
Az elvárt élettartam kilométerben általában 200-300 ezer km. Tehát a fenti két csapágy megfelel ennek az elvárásnak.
Az I jelű csapágy ellenőrzése statikus terhelésre:
F 0 I = X 0 ⋅ F r I + Y 0 I ⋅ F a I =0,5⋅6000+0,6⋅3600=5160 N
F 0I=5160 N < F rI=6000 N ezért F 0I= F rI=6000 N
C 0 = s 0 ⋅ F 0 =1,5⋅6000=9000 N <C0=44000 N tehát a csapágy megfelelő.
2. Mélyhornyú golyóscsapágyak ellenőrzése élettartamra
Egy fogaskerekes hajtómű tengelyét 2 darab mélyhornyú golyóscsapággyal csapágyazzuk. A tengely közepén a fogaskerekek kapcsolódásánál fellépő radiális erő F r= 7000 N. A tengely fordulatszáma 600 1/perc. A megkívánt élettartam üzemórákban 20000 üzemóra. Egyéb adatok: X= 1, X 0= 0,5, s 0= 1,8 és az üzemi tényező 1,4. A csapágy katalógusban az adott ∅ 60 belső átmérőre a következő adatokat találtuk:
16012: C= 20,8 kN, C 0= 15 kN 6012: C= 30,7 kN, C 0= 23,2 kN 6212: C= 55,3 kN, C 0= 36 kN 6312: C= 85,2 kN, C0= 52 kN
Válassza ki a legmegfelelőbb csapágyat, ha statikus terhelésre is ellenőrizzük! (Indokolják!)
Mélyhornyú golyóscsapágy 3D (6212)
Az élettartam millió fordulatban:
L= 3600⋅n⋅ L h 10 6 = 3600⋅10⋅20000 10 6 =720 millió fordulat
Egy darab csapágy terhelése: F r 1 = F r 2 = 7000 2 =3500 N
Az egyenértékű terhelés:
F= f ü ⋅X⋅ F r 1 =1,4⋅1⋅3500=4900 N
A szükséges dinamikai tényező számítása:
L= ( C F ) p ⇒C=F⋅ L 3 =4900⋅ 720 3 =43917,7 N=43,9 k N
Ellenőrzés statikus terhelésre:
F 0 = X 0 ⋅ F r 1 =0,5⋅3500=1750 N=1,75 k N
C 0 = s 0 ⋅ F 0 =1,8⋅1750=3150 N=3,15 k N
Megállapítható, hogy statikus terhelésre mind a négy csapágy megfelelő lenne. Dinamikus terhelés alapján viszont a 6212 számú csapágyat kell választani (55,3 kN>43,9 kN)!
Minimum rajzos kérdések
A csapágygyűrű és a tengely helyes kialakítása
Gördülőcsapágyak kifáradási görbéje
Szemléltető ábrák
Gyűrűs csapágy
egysoros, mélyhornyú golyóscsapágy
Tárcsás csapágy
axiális golyóscsapágy egyirányú terhelésre

| Ellenőrző kérdések
A leckék végén található feladatoknál választásos feladatoknál, párosításos feladatoknál, igaz-hamis eldöntésénél és számítási feladatoknál is csak a teljesen jó megoldást fogadjuk el! (Modulzáró feladatoknál adunk meg pontszámokat a feladatokhoz, amiből már lehet látni a feladatok erősségét! Egyedül a számítási feladatoknál használunk részpontozást!) Felhívjuk figyelmét, hogy a számítási feladatoknál a részeredményeket ne kerekítse, hanem a további számításokhoz a pontos értéket (a számológépen megjelenő összes tizedest) vegye figyelembe! Az eredményeket mindig csak két tizedesjegy pontossággal írja be! (Egész szám és tizedes esetén sem kell kiírni a szám végén található nullákat!)
1. Válassza ki az alábbiak közül azt a meghatározást, amely a legpontosabban írja le a gördülőcsapágyak feladatát!
| forgómozgást, vagy lengő mozgást végző alkatrészek megtámasztása
| forgómozgást, vagy lengő mozgást végző, erőátvitelt biztosító alkatrészek megtámasztása, vezetése
| forgómozgású tengelyek megtámasztása, vezetése
2. Válassza ki az alábbiak közül a gördülőcsapágyakra vonatkozó tulajdonságokat!
| Osztott kivitelben is készülnek
| Karbantartási igényük kicsi
| Forgásértelmük tetszőleges
| Dinamikus hatásokra nem érzékenyek
| Szabványosított, kereskedelmi áruk
| Szilárd szennyeződésre érzéketlenek
| Belső súrlódásuk kicsi
3. Döntse el az alábbi állítások közül, hogy igazak, vagy hamisak! Jelölje az igaz állításokat!
| A gördülőcsapágyak zajosabbak, mint a siklócsapágyak.
| Karbantartási igényük a gördülőcsapágyaknak kisebb, mint a siklócsapágyaké.
| Kenésigényük a gördülőcsapágyaknak nagyobb, mint a siklócsapágyaknak.
| A csapágyazott tengelyek üzemelése a gördülőcsapágy forgásértelmétől nagyon függ.
| A gördülőcsapágyak a dinamikus erőhatásokra érzékenyek.
4. Tanulmányozza az ábrát, majd válaszoljon a kérdésre! Milyen csapágy látható az ábrán?
| Y csapágy
| Kúpgörgős
| Tűgörgős
| Hengergörgős
| Golyóscsapágy (mélyhornyú)
| Beálló golyóscsapágy
5. Milyen irányú terhelés felvételére alkalmas az előbbi képen látható csapágy?
| Csak sugárirányú terhelés felvételére alkalmas
| Csak tengelyirányú terhelés felvételére alkalmas
| Sugárirányú és egyirányba mutató tengelyirányú terhelés felvételére alkalmas
| Sugárirányú és kétirányba mutató tengelyirányú terhelés felvételére alkalmas
6. Milyen csapágy látható az ábrán (képen)?
| Kúpgörgős csapágy
| Hengergörgős csapágy
| Golyóscsapágy
| Tűgörgős csapágy
7. Milyen irányú terhelés felvételére alkalmas az előbbi képen látható kialakítású csapágy?
| Csak sugárirányú (radiális) terhelés felvételére alkalmas
| Csak tengelyirányú (axiális) terhelés felvételére alkalmas
| Sugárirányú és balra mutató tengelyirányú terhelés felvételére alkalmas
| Sugárirányú és jobbra mutató tengelyirányú terhelés felvételére alkalmas
8. Tanulmányozza az alábbi ábrát, majd válaszoljon a kérdésekre! Döntse el az alábbi állításokról, hogy igazak, vagy hamisak! Jelölje az igaz állítást!
| A képen látható csapágy tárcsás csapágy.
| A képen látható csapágy főként sugárirányú terhelés felvételére alkalmas.
| A képen látható csapágy gördülőtestjei pontszerűen érintkeznek a futófelülettel, ezért teherbíró képessége korlátozott.
9. Döntse el az alábbi állításokból, hogy melyek igazak, vagy hamisak! Jelölje az igaz állításokat!
| A tengelycsap és a csapágyfurat illesztése laza.
| A csapágyak mérettűrését szabvány rögzíti.
| A csapágyterhelés és hőmérséklet nem befolyásolja az illesztés megválasztását.
| A csapágyak többségében normál pontosságúak. (IT6-osak)
10. Párosítsa az alábbi fogalmakat a betűjelek sorszámaival! 1. L; 2. F; 3. p; 4. n; 5. C; Egyenértékű terhelés Dinamikus alapterhelés Élettartam Kifáradási görbe kitevő Fordulatszám
11. Válassza ki mely esetekben kell a gördülőcsapágyat határterhelésre ellenőrizni!
| Változó terhelésű üzemelésnél
| Álló helyzetben is terhelt üzemnél
| Üzemi fordulatszám > 0,17 m/s
| Lengő mozgást végző üzemvitelnél
| Lökésszerű csúcsterhelésmentes üzemelésnél
12. Párosítsa a fogalmakhoz a mértékegységekkel megadott betűjelzések sorszámát! 1. F 0 [-] 2. F r [N] 3. F 0 [N] 4. S 0 [-] 5. X 0 [-] 6. Y 0 [N] 7. C 0 [N] 8. F a [N] Statikus egyenértékű terhelés Radiális terhelés Axiális terhelés Határterhelés Statikus tényező Statikus terhelési tényező
13. Számítsa ki egy gyűrűs (radiális) golyóscsapágy "F" egyenértékű terhelését és élettartamát (L) millió fordulatban! Adatok: csapágyterhelés 10000N radiális terhelési tényező X=1 üzemi tényező 1,2 dinamikus terhelhetőség 48000N. F= N L= millió fordulat
14. Határozza meg egy egysorú mélyhornyú golyóscsapágy egyenértékű terhelését, millió fordulatban megadott élettartamát és üzemórákban kifejezett élettartamát, ha F a=1500 N, F r= 3500 N, n=660 1/perc, f ü=1,2 (üzemi dinamikus tényező) X=0,56, Y=1,6, C=50000 N F= N L= millió fordulat L h= üzemóra
15. Rakodóhíd futókerekét 2 db NU sorozatú hengergörgős csapággyal kívánjuk ágyazni. A radiális terhelés F r= 60000 N. Csapágy katalógusban az NU 310 jelű csapágyra a következő adatokat találtuk: C 0= 49000 N, d= 50 mm, D= 110 mm, B=27 mm. A rakodóhíd üzeméből adódik, hogy a másodpercenkénti fordulatok száma nagyon kicsi, ezért statikus határterhelésre ellenőrizzük. A statikus biztonsági tényező s 0=1,5.
15/a. Határozza meg a statikus egyenértékű terhelést és a szükséges határterhelést! F 0= N C 0= N
15/b. Megfelelő-e a kiválasztott csapágy statikus terhelés szempontjából?
| igen
| nem
16. Melyik élettartam összefüggés mértékegysége futáskilométer?
| L 1 = ( C F ) p
| L 2 = L⋅D⋅π 1000
| L 3 = ( C F ) p ⋅ 10 6 3600⋅n
17. Válassza ki a gördülőcsapágyak élettartamát üzemórákban meghatározó helyes számítási összefüggést!
| L h = L⋅ 10 6 60⋅n
| L h = L⋅ 10 3 3600⋅p
| L h = L⋅ 10 6 3600⋅p
| L h = L⋅ 10 6 3600⋅n
| L h = L⋅ 10 6 3600+n
18. Válassza ki a gördülőcsapágyaknál a statikus egyenértékű terhelést meghatározó helyes számítási összefüggést!
| F 0 = X ⋅ F r + Y ⋅ F a
| F 0 = X 0 ⋅ F r + Y 0 ⋅ F a
| F 0 = X 0 ⋅ F r − Y 0 ⋅ F a
| F 0 = X ⋅ F r − Y ⋅ F a
| F 0 =2⋅ X 0 ⋅ F r +2⋅ Y 0 ⋅ F a