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, Lh - üzemóra, Lkm - 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, Frad) és egy tengelyirányú (axiális, Fax) erő eredőjeként (Feredő) 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 = 3600n L h 10 6
A gördülőcsapágyak
élettartama üzemórákban
L h = L 10 6 3600n
A gördülőcsapágyak
élettartama millió
kilométerben
L km = LDπ 1000
Radiális csapágyak
egyenértékű terhelése
F= f ü (XV F r +Y F a )
X és Y-t
F a F r eés F a F r e
alapján adja meg a katalógus
Axiális csapágyak egyenértékű
terhelése
F= F ax
Beálló axiális csapágyak
egyenértékű terhelése
F= F ax +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 0a
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:

III
32205 BJ2/Q33108/Q
CI= 35,8 kNCII= 79,2 kN
C0I= 44 kNC0II= 104 kN
e= 0,57e= 0,35
YI= 1,05YII= 1,7
Y0I= 0,6Y0II= 0,9
XI= 0,4XII= 1
X0I= 0,5

Egyéb adatok: V= 1,2, fü= 1,25, n= 660 1/perc.
Előzetes számítások alapján: FrI= 6000 N, FrII= 9000 N, FaI= 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 s0= 1,5!

Kúpgörgős csapágy (33108)
Kúpgörgős csapágy (32205)

Az axiális és radiális erő viszonyát megvizsgáljuk:

F aI F rI = 3600 6000 =0,6 >e=0,57 ezért XI=0,4 és YI=1,05 FaII=0

Az egyenértékű terhelés számítása a I és II csapágynál:

F I = f ü ( X I V F rI + Y I F aI )=1,25(0,41,26000+1,053600)=8325N

F II = f ü ( X II V F rII )=1,25(11,29000)=13500N

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 II = ( C II F II ) 10 3 = ( 79200 13500 ) 10 3 =364,170 millió fordulat

Az élettartam üzemórákban az I és II csapágynál:

L Ih = L I 10 6 3600n = 129,319 10 6 360011 =3265,63 üzemóra

L IIh = L II 10 6 3600n = 364,170 10 6 360011 =9196,22 üzemóra

Az élettartam megtett kilométerekben:

L kmI = LDπ 1000 = 129,3190,6π 1000 =0,243760 millió kilométer, 243760 km

L kmII = LDπ 1000 = 364,1700,6π 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 0I = X 0 F rI + Y 0I F aI =0,56000+0,63600=5160N

F0I=5160 N < FrI=6000 N ezért F0I= FrI=6000 N

C 0 = s 0 F 0 =1,56000=9000N <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 Fr= 7000 N. A tengely fordulatszáma 600 1/perc. A megkívánt élettartam üzemórákban 20000 üzemóra. Egyéb adatok: X= 1, X0= 0,5, s0= 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, C0= 15 kN
6012: C= 30,7 kN, C0= 23,2 kN
6212: C= 55,3 kN, C0= 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= 3600n L h 10 6 = 36001020000 10 6 =720 millió fordulat

Egy darab csapágy terhelése: F r1 = F r 2 = 7000 2 =3500N

Az egyenértékű terhelés:

F= f ü X F r1 =1,413500=4900N

A szükséges dinamikai tényező számítása:

L= ( C F ) p C=F L 3 =4900 720 3 =43917,7N=43,9kN

Ellenőrzés statikus terhelésre:

F 0 = X 0 F r1 =0,53500=1750N=1,75kN

C 0 = s 0 F 0 =1,81750=3150N=3,15kN

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. F0 [-]
2. Fr [N]
3. F0 [N]
4. S0 [-]
5. X0 [-]
6. Y0 [N]
7. C0 [N]
8. Fa [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
Fa=1500 N, Fr= 3500 N, n=660 1/perc, fü=1,2 (üzemi dinamikus tényező)
X=0,56, Y=1,6, C=50000 N

F= N
L= millió fordulat
Lh= üzemóra

15. Rakodóhíd futókerekét 2 db NU sorozatú hengergörgős csapággyal kívánjuk ágyazni. A radiális terhelés Fr= 60000 N. Csapágy katalógusban az NU 310 jelű csapágyra a következő adatokat találtuk: C0= 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 s0=1,5.

15/a. Határozza meg a statikus egyenértékű terhelést és a szükséges határterhelést!

F0= N
C0= 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 = LDπ 1000
L 3 = ( C F ) p 10 6 3600n
17. Válassza ki a gördülőcsapágyak élettartamát üzemórákban meghatározó helyes számítási összefüggést!
L h = L 10 6 60n
L h = L 10 3 3600p
L h = L 10 6 3600p
L h = L 10 6 3600n
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