Csapágy (mechanikus)

Néhány csapágy rendszeres karbantartást igényel az idő előtti meghibásodás megelőzése érdekében, de sok más csapágy kevés karbantartást igényel. Ez utóbbiak közé tartoznak a különféle polimer-, folyadék- és mágneses csapágyak, valamint a gördülőelemes csapágyak, amelyeket olyan kifejezésekkel írnak le, mint a tömített csapágy és az élethosszig tartó tömítés. Ezek tömítéseket tartalmaznak, amelyek távol tartják a szennyeződést és bent tartják a zsírt. Számos alkalmazásban sikeresen működnek, karbantartásmentes működést biztosítva. Egyes alkalmazásokban nem használhatók hatékonyan.

A nem tömített csapágyak gyakran rendelkeznek zsírzószerelvénnyel, az időszakos kenéshez zsírzópisztollyal, vagy olajcsészével az időszakos olajjal való feltöltéshez. Az 1970-es évek előtt a legtöbb gépen nem találkozhattunk tömített csapágyakkal, és az olajozás és zsírozás sokkal gyakoribb tevékenység volt, mint manapság. Például az autóipari futóműveknél régebben majdnem olyan gyakran volt szükség “kenésre”, mint a motorolaj cseréjére, de a mai autó futóművek többnyire élethosszig tartó tömítésűek. Az 1700-as évek végétől az 1900-as évek közepéig az ipar sok olajozónak nevezett munkásra támaszkodott, akik gyakran olajkannákkal kenegették a gépeket.

A mai gyári gépek általában kenőrendszerrel rendelkeznek, amelyben egy központi szivattyú egy tartályból időszakosan olajat vagy zsírt juttat kenővezetéken keresztül a gép különböző kenési pontjaihoz a gép csapágyfelületein, csapágycsapágyain, párnatömbjein stb. keresztül. Az ilyen kenési ciklusok időzítését és számát a gép számítógépes vezérlése (pl. PLC vagy CNC), valamint esetenként kézi felülbírálási funkciók vezérlik. Ez az automatizált folyamat az összes modern CNC-szerszámgép és sok más modern gyári gép kenése. Hasonló kenőrendszereket használnak a nem automatizált gépeken is, ilyenkor egy kézi szivattyú van, amelyet a gépkezelőnek naponta egyszer (állandó használatban lévő gépeknél) vagy hetente egyszer kell pumpálnia. Ezeket a rendszereket a legfőbb értékesítési szempontjukról egylövetű rendszereknek nevezik: egyetlen fogantyú meghúzásával az egész gépet meg lehet kenni, ahelyett, hogy a gép körül tucatnyi különböző helyen lévő alemitpisztollyal vagy olajkannával tucatnyi pumpálást végeznének.

A modern személygépkocsi vagy teherautó motorjában lévő olajozási rendszer koncepciója hasonló a fent említett kenőrendszerekhez, azzal a különbséggel, hogy az olajat folyamatosan szivattyúzzák. Ennek az olajnak a nagy része a motorblokkba és a hengerfejekbe fúrt vagy öntött járatokon keresztül áramlik, nyílásokon keresztül közvetlenül a csapágyakra távozik, és máshol spriccel, hogy olajfürdőt biztosítson. Az olajszivattyú egyszerűen folyamatosan pumpál, és a feleslegesen kiszivattyúzott olaj folyamatosan távozik egy nyomáscsökkentő szelepen keresztül vissza az olajteknőbe.

A nagy ciklusú ipari műveletekben sok csapágynak szüksége van időszakos kenésre és tisztításra, és soknak szüksége van időnkénti beállításra, például előfeszítés beállítására, a kopás hatásainak minimalizálása érdekében.

A csapágyak élettartama gyakran sokkal jobb, ha a csapágyat tisztán és jól kenve tartják. Számos alkalmazás azonban megnehezíti a jó karbantartást. Egy példa erre a kőzetdaráló szállítószalagjában lévő csapágyak, amelyek folyamatosan ki vannak téve kemény koptató részecskéknek. A tisztítás kevéssé hasznos, mert a tisztítás drága, ugyanakkor a csapágy ismét szennyeződik, amint a szállítószalag újra üzembe áll. Ezért egy jó karbantartási program a csapágyakat gyakran kenhetné, de nem tartalmazhatna szétszerelést tisztítás céljából. A gyakori kenés természeténél fogva korlátozott tisztító hatást fejt ki azáltal, hogy a régebbi (szemcsékkel teli) olajat vagy zsírt friss töltettel váltja ki, amely maga is összegyűjti a szemcséket, mielőtt a következő ciklusban kiszorulna. Egy másik példa a szélturbinák csapágyai, ami megnehezíti a karbantartást, mivel a gondola magasan a levegőben, erős szélben helyezkedik el. Ráadásul a turbina nem mindig üzemel, és a különböző időjárási körülmények között eltérő üzemi viselkedésnek van kitéve, ami a megfelelő kenést kihívássá teszi.

Gördülőelemes csapágy külső futófelületének hibajelzéseSzerkesztés

A gördülőelemes csapágyakat manapság széles körben használják az iparágakban, ezért e csapágyak karbantartása fontos feladatot jelent a karbantartási szakemberek számára. A gördülőelemes csapágyak a fém-fém érintkezés miatt könnyen elkopnak, ami hibákat okoz a külső futófelületen, a belső futófelületen és a golyóban. Ez a gép legérzékenyebb alkatrésze is, mivel gyakran nagy terhelésnek és nagy fordulatszámnak van kitéve. A gördülőelemes csapágyak hibáinak rendszeres diagnosztikája kritikus fontosságú a gépek ipari biztonsága és működése szempontjából, valamint a karbantartási költségek csökkentése vagy a leállási idő elkerülése érdekében. A külső futófelület, a belső futófelület és a golyó közül a külső futófelület általában sérülékenyebb a hibákra és a meghibásodásokra.

Az még vita tárgyát képezi, hogy a gördülőelem gerjeszti-e a csapágykomponens sajátfrekvenciáit, amikor a külső futófelületen áthalad a hiba. Ezért azonosítani kell a csapágy külső futófelületének sajátfrekvenciáját és annak felharmonikusait. A csapágyhibák impulzusokat hoznak létre, és a rezgésjelek spektrumában a hibafrekvenciák erős harmonikusait eredményezik. Ezeket a hibafrekvenciákat kis energiájuk miatt néha elfedik a szomszédos frekvenciák a spektrumban. Ezért az FFT-elemzés során gyakran nagyon nagy spektrális felbontásra van szükség e frekvenciák azonosításához. Egy gördülőelemes csapágy sajátfrekvenciája szabad peremfeltételek mellett 3 kHz. Ezért ahhoz, hogy a csapágykomponens rezonancia-sávszélesség módszerét a csapágy hibájának kezdeti szakaszban történő felismerésére használni lehessen, nagy frekvenciatartományú gyorsulásmérőt kell alkalmazni, és hosszú időtartamról nyert adatokat kell gyűjteni. A hiba jellegzetes frekvenciája csak akkor azonosítható, ha a hiba kiterjedése súlyos, mint például a külső futófelületen lévő lyuk jelenléte. A hibafrekvencia felharmonikusai érzékenyebben jelzik a csapágy külső futófelületének hibáját. A meghibásodott csapágyhibák komolyabb felismeréséhez a hullámforma, a spektrum és a burkológörbe technikák segítenek feltárni ezeket a hibákat. Ha azonban a burkológörbe-elemzés során nagyfrekvenciás demodulációt használnak a csapágyhiba jellemző frekvenciáinak felderítésére, a karbantartó szakembereknek a rezonancia miatt óvatosabbnak kell lenniük az elemzés során, mivel az tartalmazhat hibafrekvencia-komponenseket, de az is lehet, hogy nem.

A spektrális elemzésnek a csapágyak hibáinak azonosítására szolgáló eszközként való használata olyan problémák miatt áll kihívások előtt, mint az alacsony energia, a jel elkenése, a ciklostacionaritás stb. Gyakran nagy felbontásra van szükség a hiba frekvenciakomponensek megkülönböztetéséhez a többi nagy amplitúdójú szomszédos frekvenciától. Ezért a jel FFT-elemzéshez történő mintavételezésekor a minta hosszának elég nagynak kell lennie ahhoz, hogy megfelelő frekvenciafelbontást biztosítson a spektrumban. A számítási idő és a memória korlátok között tartása, valamint a nem kívánt aliasing elkerülése is igényes lehet. A szükséges minimális frekvenciafelbontás azonban elérhető a csapágyhiba frekvenciáinak és egyéb rezgésfrekvencia-komponensek, valamint a tengelysebesség, a helytelen igazítás, a hálózati frekvencia, a sebességváltó stb. miatti harmonikusok becslésével.

TömítésSzerkesztés

Egyes csapágyak kenésére vastag zsírt használnak, amelyet a csapágyfelületek közötti résekbe, más néven tömítésbe nyomnak. A zsírt egy műanyag, bőr vagy gumitömítés (más néven tömítés) tartja a helyén, amely a csapágyfutó belső és külső peremét fedi, hogy a zsír ne tudjon kiszökni.

A csapágyakat más anyagokkal is lehet tömíteni. Történelmileg a vasúti kocsik kerekein olajjal átitatott pamut- vagy gyapjúrost hulladékkal vagy laza foszlányokkal megtömött hüvelyes csapágyakat, majd később szilárd pamutbetéteket használtak.

GyűrűolajozóSzerkesztés

A csapágyakat egy fémgyűrűvel lehet kenni, amely lazán ül a csapágy központi forgó tengelyén. A gyűrű egy kenőolajat tartalmazó kamrába lóg le. Ahogy a csapágy forog, a viszkózus tapadás felhúzza az olajat a gyűrűre és a tengelyre, ahol az olaj a csapágyba vándorol, hogy kenje azt. A felesleges olaj lecsapódik, és újra összegyűlik a medencében.

Fröccsenő kenésSzerkesztés

A kenés kezdetleges formája a fröccsenő kenés. Egyes gépek alján egy kenőanyag-medencét tartalmaznak, amelynek fogaskerekei részben a folyadékba merülnek, vagy olyan forgórudakat, amelyek a készülék működése közben a medencébe lenghetnek. A forgó kerekek olajat löknek a körülöttük lévő levegőbe, miközben a forgattyúrudak az olaj felszínére csapkodnak, és azt véletlenszerűen a motor belső felületeire fröcskölik. Egyes kis belsőégésű motorok kifejezetten tartalmaznak speciális műanyag pergetőkerekeket, amelyek véletlenszerűen szórják szét az olajat a szerkezet belsejében.

Nyomásos kenésSzerkesztés

A nagy sebességű és nagy teljesítményű gépeknél a kenőanyag elvesztése a csapágyak gyors felmelegedéséhez és a súrlódás miatti károsodáshoz vezethet. Szintén piszkos környezetben az olaj porral vagy törmelékkel szennyeződhet, ami növeli a súrlódást. Ezekben az alkalmazásokban folyamatosan friss kenőanyaggal lehet ellátni a csapágyat és az összes többi érintkező felületet, a felesleget pedig szűrés, hűtés és esetleges újrafelhasználás céljából fel lehet gyűjteni. A nyomás alatti olajozást általában nagy és összetett belsőégésű motorokban alkalmazzák a motor olyan részein, ahová a közvetlenül fröccsenő olaj nem jut el, például a felülről felfelé elhelyezkedő szelepekbe. A nagysebességű turbófeltöltők szintén jellemzően igénylik a nyomás alatti olajrendszert a csapágyak hűtéséhez és ahhoz, hogy a turbina hője miatt ne égjenek el.

Kompozit csapágyakSzerkesztés

A kompozit csapágyakat önkenő politefluroetilén (PTFE) béléssel és laminált fém hátlappal tervezték. A PTFE-bélés egyenletes, ellenőrzött súrlódást és tartósságot biztosít, míg a fém hátlap biztosítja, hogy a kompozit csapágy robusztus legyen, és hosszú élettartama alatt képes ellenállni a nagy terheléseknek és feszültségeknek. Kialakításának köszönhetően könnyű is – tizedannyi súlya van, mint egy hagyományos gördülőelemes csapágynak.