Siklócsapágyak

A fokozott pontosságú szerszámgépek orsóit a tervezők sok esetben a siklócsapágyakban ve-zetik, mert úgy vélik, hogy a siklócsapágyas főorsó jobb megmunkálási felületi minőséget biztosít. Ez a vélemény nem általánosítható. A siklócsapágyaknál ugyanis forgácsoló meg-munkálás alatt a kenésnek olyan határesete is beállhat, amikor a kenés megszűnik és a ágyban fém-fémmel érintkezik. Ebben az esetben az orsó is a forgásiránnyal szemben a csap-ágypersely falán felfelé gördül. Mihelyt a tengely önsúlya és sugárirányú terhelése a súrlódási erőt legyőzi, az orsó ismét visszacsúszik eredeti helyzetébe.

Indításkor ezzel a jelenséggel mindig számíthatunk. Forgácsolás közben azonban az orsó leírt helyzetváltozása a megmunkálási pontosság és a felületi minőség érdekében megengedhetet-len. Az orsó a csapágyfurathoz képest még folyadéksúrlódásos helyzetben is központon kívü-li helyzetbe kerülhet. Az excentricitás a csapágyfurat és az orsó közötti játék, az orsó terhelé-sének növekedésével fokozódik.

Azonos fordulatszámmal és állandó terheléssel dolgozó szerszámgépek esetében egy állandó értékű kis excentricitás a megmunkálási pontosságot csak kis mértékben befolyásolja (pl.

nehéz köszörűgépek pontosságát). A különböző fordulatszámmal és változó terheléssel dol-gozó eszterga pontosságát az orsó helyzetváltozása már érezhetően módosítja. Az excentrici-tás csökkentése és az orsó nyugodt járása érdekében kis csapágyjáték látszik célszerűnek.

Ezáltal, a fokozottabb súrlódás miatt, a súrlódási hő növekszik. Miután a csap hőtágulása a csapágyénál rendszerint nagyobb, a lefékeződéssel és berágódás lehetőségével kell ilyenkor számolnunk.

A siklócsapágyak hátrányos excentricitásával szemben előnyként jelentkezik az olajfilm rez-géscsillapító hatása. Megfelelő szerkezeti kialakításokkal a sikló csapágyak okozta megmun-kálási pontatlanság szűk határok közé szorítható. A finom megmunkáló gépek főorsóinak siklócsapágyakban való csapágyazásának az előzőkben vázolt pontossági előnyökben találjuk magyarázatát.

Az orsó-csap és a csapágypersely közötti fémes súrlódás csak akkor kerülhető el, ha az olaj-nyomás a csapot a perselytől távol tartja. Az ún. hidrodinamikus kenés szempontjából a csap excentrikus helyzetéből a persely és a csap között adódó ék alakú résnek, a hordfelületnek, van jelentősége (4.48. ábra).

4.48. ábra: Siklócsapágy több hordfelülettel (Forrás: Kazinczy [6])

Az ék kiterített metszete a 4.49. ábrán, míg a nyomáseloszlás a kiterített csapágyrésben a 4.50. ábrán látható.

4.49. ábra: Kiterített csapágyrés

4.50. ábra: Nyomáseloszlás a kiterített csapágyrésben (Forrás: Kazinczy [6])

Ha az ék két hordozó felülete egymással szemben halad, az olaj áramlásnak indul, amelynek nyomáseloszlása a hidrodinamika törvényei szerint számítható.

A hidrosztatikus kenésű csapágyak esetében a terheléssel az egy vagy több szivattyúval

dulása ebben az esetben sem kerülhető el. Azonban ennél a megoldásnál is a megmunkálási pontosságra hátrányos csapelmozdulás, valamint a súrlódási meleg korlátozására kell töre-kednünk.

A hidrosztatikus csapágy elvi elrendezése az 4.51. ábrából könnyen megérthető.

4.51. ábra: A hidrosztatikus csapágy elvi elrendezése (Forrás: Kazinczy [6])

A kenőolajat a szivattyú a csap alatti tartályszerűen kialakított térbe nyomja. A p olaj-nyomás az olajat a csap melletti résen át továbbítja, ill. a csapágyból kiszorítja. A résben la-mináris áramlást feltételezve, az átfolyó V folyadékmennyiség:

ahol p az átfolyó olaj fajlagos nyomása; η az olaj viszkozitása; h az olajrés radiális mérete (résmagasság); e annak a résnek a hossza, amelyen át a p nyomású olaj eltávozik; b az olajrés szélességi mérete:

A p nyomású olaj a csapágyban, a csapra közelítő számítással:

terhelést fejt ki. E számítás szerint a p olajnyomás a csapágy teljes hosszában állandó, jólle-het, hogy az a csapágy szélei felé erősen csökken.

A gyakorlatban használatos megoldásoknál az olaj egyszerre több oldalról áramlik a csap felé (4.52. és 4.53. ábra).

4.52. ábra: Hidrosztatikus csapágy tangenciális és axiális olajelfolyással

4.53. ábra: Hidrosztatikus csapágy axiális olajelfolyással (Forrás: Kazinczy [6])

Az olajelfolyás lehet:

1. egyidejűleg sugár- és tengelyirányú, (4.52. ábra)

2. csak tengelyirányú. (4.53. ábra) ,

ahol p az átfolyó olaj fajlagos nyomása; η az olaj viszkozitása; h az olajrés radiális mérete (résmagasság); e annak a résnek a hossza, amelyen át a p nyomású olaj eltávozik; b az olajrés szélességi mérete

A p nyomású olaj a csapágyban, a csapra közelítő számítással

Adott méretű csap és meghatározott olajnyomás esetében a szükséges tárolt olajmennyiségről a 4.54. ábra tájékoztat a h olajrés magasság-függvényében.

4.54. ábra: Adott méretű csapágy tárolt olajmennyisége (Forrás: Kazinczy [6])

Ez az olajmennyiség egyben nagymértékben az olaj viszkozitásától is függ:

Ahol a Q a csapágyban fejlődő hőmennyiséget a h résmagasság, az η olaj viszkozitás és az orsó „v‖ kerületi sebessége befolyásolja. Ha a h résmagasság a csap teljes kerületén állan-dó, akkor a keletkező hőmennyiség:

ahol Q a melegmennyiség; v az orsó kerületi sebessége; h a rés magassága; V az átfolyó olaj mennyisége; A az olajtároló felületével csökkentett csapágypersely felülete; η a kenőolaj viszkozitása.

A képlet szerint, a melegedés csökkentésének szempontjából kis viszkozitású olajat aján-latos használni.

A hidrosztatikus kenésű csapágyak merevségét az olaj mennyisége és nyomása nagymér-tékben befolyásolja. A továbbiakban ezért a hidrosztatikus csapágyak különböző megoldásait ismertetjük, amelynek háromféle változatát alkalmazzák. Ezek a következők:

185 N/cm² η=34 cP

1. hidrosztatikus csapágyak kiegészítő szabályozás nélkül;

2. valamennyi tárolót egyetlen szivattyúval tápláló és közbeiktatott állandó fojtással mű-ködő hidrosztatikus csapágyak;

3. szabályozással kiegészített hidraulikus csapágyak.

Az 1. kivitel melynél minden olajtárolónak saját töltőszivattyúja van. E célra rendszerint fo-gaskerekes vagy csavarorsós szivattyút használnak, amelyeknél üzemeltetéskor a szállított olaj mennyisége az ellennyomástól rendszerint független. Amikor az üzemi terhelés következ-tében a csap valamelyik tároló irányába helyezkedik, akkor ott az olajrés leszűkül, és a nyo-más megnő. Ugyanakkor a szemben fekvő olajtároló oldalán az olajrés megnövekedésével a nyomás csökken. A különböző nagyságú erők az orsót új egyensúlyi helyzetbe hozzák.

Az olyan kivitel, amelynél minden tárolót külön szivattyú táplál, elvileg bár megfelelő, de gazdasági szempontból költséges megoldást jelent.

A 2. megoldásnál az orsó elmozdulásakor jelentkező folyadék nyomásváltozása közvetle-nül az olajhozzáfolyást szabályzó szerkezetre hat. Ennél, miként az a 4.55. ábrából is kitűnik, minden két-két olajtárolóhoz egy-egy szivattyú tartozik, egy tolattyús vezérlőszerkezettel.

4.55. ábra: Hidrosztatikus csapágy szabályozható előfojtással. A folyadék nyomásváltozása az E tolattyús előfoj-tás-szabályozóra közvetlenül hat (Forrás: Kazinczy [6])

A P túlerő hatására az orsó a nyíl irányában új helyzetbe kerül. Ugyanakkor a h rés fent szűkül és a D, fojtás fokozódik, a hozzátartozó tartályban pedig az olajnyomás megnő. Erre a vezérlőmű dugattyúi lefelé mozdulnak el, mire a felső dugattyúnál a fojtás csökken, az alsónál pedig fokozódik. Ezáltal a túlterhelés alatt álló tartály nagyobb nyomású olajat kap. Az ilyen rendszerű hidrosztatikus csapágyak a mérések alapján jó csapágymerevséget igazoltak.

Ilyen és a 3. csoportba tartozó megoldásokkal oldották meg az ultraprecíziós forgácsoló gépek főtengely csapágyazásait, amelyek vázlatát mutatja az 4.56. ábra. A baloldali ábrán az axiális erőket egy tárcsa két oldalán lévő hidrosztatikus kamrák veszik fel, míg külön kamrák

veszik fel a radiális erőket. A jobb oldalon a gömbfelülethez illesztett hidrokamrák az axiális és radiális erőket is felveszik.

Szabályzó Szabályzó

4.56. ábra: Ultra precíziós főorsó csapágyazási vázlatai

A hidrosztatikus csapágyak kenőanyagát a pontos működést biztosító állandó hőmérséklet érdekében hűtő- hő stabilizáló közegként is felhasználják, külső hőcserélőkkel.