Mik azok az önkenő csapágyak? Típusok, felhasználások és kiválasztás

Mik azok az önkenő csapágyak és hogyan működnek

Az önkenő csapágyak meghatározó jellemzője, hogy képes egy folyamatos kenőréteget létrehozni magából a csapágy anyagából, külső táplálás nélkül. Ez a három elsődleges mechanizmus egyikén keresztül történik:

A hüvelyes csapágyak önkenőek?

A karmantyús csapágyak (más néven siklócsapágyak vagy csapágycsapágyak) lehetnek hagyományos kenésűek vagy önkenőek, építési anyaguktól függően. A megkülönböztetés fontos a karbantartásmentes alkalmazások kiválasztásakor.

Szinterezett bronz hüvelyes csapágyak a legszélesebb körben használt önkenő hüvelyes csapágytípus. Az ISO 2795 és az MPIF 35 szabvány meghatározza az olajtartalomra vonatkozó követelményeket ezekre az összetevőkre – a szabványos minőség legalább 19 térfogat% olaj . Elektromos motorokban, háztartási készülékekben, irodai berendezésekben és autóipari segédhajtásokban találhatók meg, ahol a csapágyak hozzáférése tömített vagy nehézkes.

Tömör polimer hüvelyes csapágyak Az acetálból (POM), nejlonból (PA6/PA66) vagy PEEK-ből készült belső kenőanyag-adalékokkal egy másik önkenő hüvely formátum. Ezek olaj nélkül működnek, így alkalmasak élelmiszer-feldolgozásra, orvosi eszközökre és víz alatti alkalmazásokra, ahol az olajszennyezés tilos.

Hidrodinamikus acél hátlapú hüvelyes csapágyak - mint például a nagy főtengelyeknél és turbinacsapokban használtak - nem önkenőek. A tengelyt a csapágytól elválasztó hidrodinamikus ék fenntartásához folyamatosan nyomás alatti olajellátásra van szükség. Az olajellátás meghibásodása ezeknél a kiviteleknél azonnali csapágyhibát okoz.

A kerámia csapágyak önkenőek?

A kerámia csapágyakat gyakran a "száraz fut" kifejezéssel forgalmazzák, ami zavart kelt azzal kapcsolatban, hogy valóban önkenő-e. A pontos válasz: nem, a kerámia csapágyak nem önkenőek , de anyagtulajdonságaik jelentősen csökkentik a kenési igényeket az acélhoz képest.

A szilícium-nitrid (Si3N4), a leggyakoribb kerámia csapágyanyag, számos tulajdonsággal rendelkezik, amelyek csökkentik a kenőanyag-függőséget:

• Felületi keménység 1400–1600 HV 700–800 HV csapágyacélhoz képest – csökkenti a ragasztókopást marginális kenési körülmények között
• Sűrűsége 3,2 g/cm³ szemben az acél 7,8 g/cm³ értékével – kisebb centrifugális erők generálása a versenypályán nagy sebességnél, lehetővé téve a vékonyabb kenőanyag filmek elválasztását
• Alacsony hőtágulási együttható ( 3,2 × 10-6/°C ) – a belső hézag változásának csökkentése hőmérséklet-ingadozásokkal, amelyek kinyomják a kenőanyagot az acél csapágyból
• Nem mágneses és elektromosan nem vezető – megakadályozza az elektrosztatikus kisülésű kenőanyag lebomlását, amely a frekvenciaváltós hajtásokban használt acél csapágyakban fordul elő

A gyakorlatban a teljes kerámia csapágyak rövid ideig túlélnek kenés nélkül tiszta, alacsony terhelésű körülmények között – különösen nagyon nagy fordulatszámon, ahol a fordulatonkénti érintkezési idő rendkívül rövid. A tartós működéshez azonban szükség van egy kenőanyagra – még egy minimális száraz rétegre is –, hogy megakadályozza a progresszív felületfáradást. A hibrid kerámia csapágyak (kerámia golyók, acélgyűrűk) szinte mindig hagyományos kenést igényelnek.

A hagyományos csapágyakat kenni kell?

Igen – minden hagyományos gördülőcsapágyat (golyóscsapágyak, hengergörgős csapágyak, kúpgörgős csapágyak, tűcsapágyak) teljes élettartama alatt kenni kell. A kenőanyag négy olyan funkciót lát el, amelyeket egyetlen csapágygeometria sem képes megismételni:

• Elasztohidrodinamikus filmképződés: Nyomás alatti film 0,1-1,0 mikron terhelés alatt elválasztja a gördülő elemeket a futópályától, megakadályozva a fém-fém érintkezést
• Hőleadás: A nagy csapágyakban keringő olaj eltávolítja a gördülési érintkezés és a kosárellenállás által termelt hőt – ez kritikus, ha a csapágy névleges dinamikus terhelésének 50%-a felett működik
• Korrózióvédelem: A zsír és az olaj kiszorítja a nedvességet az érintkező felületekről; kenés nélkül, párás környezetben órákon belül korrodálódik a csapágyacél
• Szennyezőanyag kizárása: A csapágyüregbe csomagolt zsír fizikai akadályt képez a por és a koptató részecskék ellen, amelyek egyébként három test kopását okoznák

A nem megfelelő kenés súlyos következményekkel jár: az SKF és az NSK tanulmányai ezt mutatják az idő előtti gördülőcsapágy meghibásodások több mint 36%-a kenési problémákra vezethetők vissza – beleértve az elégtelen mennyiséget, a nem megfelelő típusú kenőanyagot, a szennyezett kenőanyagot vagy a helytelen utánkenési időközöket. Összehasonlításképpen: a megfelelő kenés melletti fáradási hibák a helyszíni hibáknak csak 14%-át teszik ki.

Önkenő csapágytípusok összehasonlítása

A megfelelő önkenő csapágytípus kiválasztásához az üzemi feltételeknek az anyag adottságaihoz kell igazodnia. Az alábbi táblázat összefoglalja a legfontosabb teljesítményparamétereket:

Ahol az önkenő csapágyak jobban teljesítenek, mint a zsírozott alternatívák

Vannak speciális működési környezetek, amelyekre váltani kell önkenő csapágyak mérhető előnyöket biztosít a hagyományosan zsírozott csapágyakkal szemben:

• Oszcilláló és lassú forgású alkalmazások: A zsírral megkent csapágyak lassú oszcilláló mozgásnál (kevesebb, mint 1 ford./perc) soha nem hoznak létre hidrodinamikus filmet – a legjobb esetben határkenéssel futnak. A szilárd kenőanyagú csapágyak ezeket a feltételeket 0,05 és 0,15 közötti súrlódási együttható mellett kezelik, a kopási mechanizmus alacsony fordulatszámon történő változása nélkül.
• Lemosó és víz alatti környezetek: Az élelmiszer-feldolgozó gépsorok, az autómosó berendezések és a hajó vasalatai víz behatolásának teszik ki a csapágyakat, ami hígítja a zsírt. A szinterezett polimer csapágyak és a grafitdugós bronz teljesen kiküszöböli ezt a meghibásodási módot.
• Magas hőmérsékletű zónák: A hagyományos zsírok 180°C felett lebomlanak; a szintetikus zsírok ezt körülbelül 260°C-ra növelik. A grafitdugós bronz csapágyak folyamatosan működnek a 400°C-ig kemencében autókerekek, szállítószalag görgők és üveghevítő kemence berendezések.
• Vákuumos és tisztatéri környezetek: Vákuumban zsírozza ki a kilépő gázokat, amelyek szennyezik az optikai műszereket és a félvezető berendezéseket. A PTFE-alapú szárazfilmes csapágyak alapfelszereltségnek számítanak a műholdszerkezetekben és az elektronmikroszkóp-fokozatokban, ahol a gőznyomás alacsonyabb 10⁻⁸ Pa szükséges.
• Életciklus költségcsökkentés: A települési víztisztító telepek csapágycsere programjairól készült tanulmány megállapította, hogy a tolózár-perselyek zsírozott bronzról grafittal impregnált csapágyakra való átállítása csökkentette a karbantartási munkaerőköltségeket. 62% 10 éves időszak alatt a negyedéves utánkenési körök kiiktatásával.

Kulcskiválasztási paraméterek és gyakori méretezési hibák

A PV érték – a csapágynyomás (P, MPa) és a csúszási sebesség (V, m/s) szorzata – az önkenő siklócsapágyak elsődleges kiválasztási paramétere. Minden csapágyanyagnak van egy maximális PV-értéke, amely felett a kenőanyagfilm nem tartható fenn, és a csapágyfelület hőmérséklete roncsoló szintre emelkedik.

Három méretezési hiba okozza a legtöbb idő előtti önkenő csapágy meghibásodást a területen:

• A PV határérték figyelmen kívül hagyása csúcsterhelési körülmények között: A PV = 0,10 MPa·m/s névleges csapágyak megfelelő méretűek lehetnek a normál működéshez, de meghibásodnak indításkor vagy lökésterheléskor, ha az adott pillanatban nem ellenőrzik a pillanatnyi PV-t. A PV csúcsértékek 3-5-szöröse lehetnek a dugattyús gépek állandósult állapotának értékének.
• A tengely felületének hibás specifikációja: Önkenő csapágyak require a shaft roughness of Ra 0,4-0,8 mikron az optimális transzfer filmképződés érdekében. Az Ra 0,2 mikron alá polírozott tengelyek nem biztosítanak elegendő asperitásos textúrát a PTFE vagy grafit rögzítéséhez, ami késlelteti a filmképződést és növeli a korai kopást. Az Ra 1,6 mikronnál durvább tengelyek koptatják a csapágyfelületet, mielőtt a film megépülhetne.
• A hézagra gyakorolt hőtágulási hatások alábecsülése: A polimer csapágyak hőtágulási együtthatója 5-10-szer nagyobb, mint az acélházaké. A 0,05 mm átmérőjű hézagú PEEK csapágy 20°C-on nulla hézaggal rendelkezhet – vagy interferencia – 150°C-on, ha a ház és a csapágy átmérőjének aránya és az anyagkombináció a tervezési szakaszban nincs megfelelően kiszámítva.