Laakeroinnit. 1. Liukulaakerit voitelemattomat muovilaakerit öljyvoidellut liukulaakerit sintratut laakerit

Transkriptio

1 Laakeroinnit 1. Liukulaakerit voitelemattomat muovilaakerit öljyvoidellut liukulaakerit sintratut laakerit 2. Vierintälaakerit laakerirakenteet laakerien valintaperusteet kestoikälaskelmat voitelun vaikutus kestoikään laakerien tiivistäminen toleranssien valinta Ulkorengas Sisärengas Kuulanpidin

2 Liukulaakerit Voitelemattomat laakerit materiaalina tavallisesti polyamidi (nailon), polytetrafluorieteeni (PTFE) tai grafiitti (holkkeja voidaan myös voidella) p Hydrodynaamiset laakerit kuormaa kantava paine syntyy voitelukalvoon liikkeen vaikutuksesta u F voiteluaineella (öljyllä) kyllästettyjä huokoisia metallilaakereita painejakauma Hydrostaattiset laakerit liukupinnat pidetään erillään voitelukalvolla, joka syötetään laakeriin ulkopuolisen ylipaineen avulla p T h Itsevoitelevat laakerit p P

3 Voitelumekanismit Rajavoitelu Sekavoitelu Nestevoitelu Kitkakerroin Hydrodynaaminen Hydrostaattinen Nopeus

4 Hydrodynaaminen laakeri nivelöidyt liukukengät aksiaalilaakeri säteislaakeri

5 Glycodur-liukulaakerit C C

6 p 2 (N/mm ) 10 0,05 = 0,05-0,12 Glycodur F laakerin kitkakerroin 1 = 0,12-0,18 = 0,18-0,25 0,1 0,002 0,005 0,01 0,05 0,1 0,5 1,0 2,0 v (m/s)

7 Sintratut laakerit tilavuudesta % huokosia täytetään öljyllä grafiitilla molybdeenidisulfidilla muoveilla erinomaiset kitkaominaisuudet ilman ulkopuolista voitelua öljyllä kyllästetyt toimivat hydrodynaamisten laakerien tapaan huono työstettävyys lämpötila enintään 70 C synteettisellä öljyllä C grafiittipronssit korkeisiin lämpötiloihin (jopa 300 C)

8 Muovilaakerit (nailon, asetaali, PTFE) Etuja halpa, kevyt voi toimia ilman voitelua huolto epävarmaa tuotteen likaaminen ei ole sallittua (elintarvike/tekstiiliteollisuus) vedessä ei korroosiota kuluttavat hiukkaset painuvat laakeriin (pölyiset olosuhteet) tärinää vaimentava joillakin lepokitka sama kuin liikekitka

9 Haittoja suuri lämpöpitenemiskerroin, suht. välys (=välys/halkaisija): nailon 0,5 % asetaali 1 % metallit 0,1 % nesteiden absorbtio -> mittojen kasvu esim. nailon 8,5 % vettä, jolloin koko kasvaa 1,5 % öljyn haihtuessa holkki kutistuu huono lämmönjohtavuus Ominaisuuksia voidaan parantaa täyteaineilla tai imeyttämällä muovia huokoiseen metalliin.

10 Nimellinen maksimikuorma (N) mm Voitelemattomien laakerien maksiminopeus Vierintälaakerin maksiminopeus Teräsakselin käyttöalueen yläraja Pyörimisnopeus (r/min) Säteislaakerin valintaohje Kestoikä h Voitelemattomat laakerit Öljyllä kyllästetyt huokoiset laakerit Vierintälaakerit Hydrodynaamiset laakerit - liukulaakereissa BD / = 1

11 Vierintälaakerit Urakuulalaakeri Ulkorengas Sisärengas Kuulanpidin 2-rivinen urakuulal. Pallomainen kuulalaakeri Viisto kuulalaakeri Lieriörullalaakeri Neulalaakeri Pallomainen rullalaakeri Kartiorullalaakeri

12 Painelaakerit Painekuulalaakeri Painerullalaakeri Paineneulalaakeri Pallomainen painerullalaakeri

13 Rullalaakerin kehitys L 10 -kestoikä

14 Vierintälaakerit Urakuulalaakeri 2-rivinen urakuulal. laaja kokovalikoima edullinen soveltuu suurillekin nopeuksille

15 Pallomainen Viistokuulalaakeri kuulalaakeri kaksi kuulariviä ulkorenkaassa pallomainen vierintärata sallii akselin kulmapoikkeaman max n. 4, tiivistetyt 1,5 aksiaali- ja säteiskuorma vain vähäinen yhdensuuntaisuusvirhe sallittu

16 Lieriörullalaakeri Neulalaakeri suurille säteiskuormille myös täysrullalaakereita säteensuuntainen tilantarve vähäinen hyvä kuormankantokyky

17 Pallomainen rullalaakeri sallii akselin kulmapoikkeaman 0,5, pienillä kuormilla 2 soveltuu suurille kuormituksille kantaa myös aksiaalikuormituksia

18 Kartiorullalaakeri vierintäradat ja rullat kartiomaisia säteiskuormituksesta syntyy aksiaalivoima hyvät vierintäolosuhteet soveltuu yhdistetylle säteis- ja aksiaalikuormitukselle

19 Painekuulalaakerit aksiaalikuormituksille pallomainen aluslaatta sallii kulmapoikkeamia Painerulla- ja neulalaakerit Pallomainen painerullalaakeri

20 Vierintälaakerien valinta Tila Akselin halkaisija pieni d urakuulalaakeri (1) 2,5 mm suuri d urakuulalaakeri (2) mm lieriörullalaakeri (3) mm pallomainen rullalaakeri (4)

21 Säteensuuntainen tila neulakehä 2 sisärenkaaton neulalaakeri 3 neulalaakeri 4 urakuulalaakeri 5 pallomainen rullalaakeri Aksiaalisuuntainen tila - säteiskuorma - aksiaalikuorma rullalaakeri 2 urakuulalaakeri 3 paineneulakehä 4 paineneulalaakeri 5 painekuulalaakeri

22 Säteislaakerien dimensiosarjat Halkaisijasarja Mittasarja Leveyssarja d Pallomaisten kuulalaakerien tietoja (SKF) Mitat Kantavuusluvut Väsymisraja Merkintä d (mm) D (mm) B (mm) C (N) C 0 (N) P u (N) K 2216EK 1316K 2316K

23 Kuormitus Kuormituksen suuruus rullalaakereita voidaan kuormittaa enemmän Kuormitussuunta Säteiskuormitus Aksiaalikuormitus lieriörullalaakeri neulalaakeri (toinen rengas laipaton) kuulalaakerit rulla- ja neulalaakerit

24 Pyörimisnopeus sallittu käyttölämpötila rajoittaa pyörimisnopeuden pienikitkaiset mallit edullisia Säteiskuormitukselle urakuulalaakeri lieriörullalaakeri Yhdistetylle kuormitukselle viistokuulalaakeri

25 Yhdistetty kuormitus säteis- ja aksiaalikuorma samanaikaisesti viistokuulalaakerit kartiorullalaakerit urakuulalaakerit pallomaiset rulla- ja kuulalaakerit

26 laipalliset lieriörullalaakerit Pääasiassa aksiaalikuorma nelipiste-viistokuulalaakerit pallomaiset painerullalaakerit

27 Tarkkuus työstökoneet suuri pyörimisnopeus laakerit, joiden tarkkuus on normaalia suurempi viistokuula- urakuula- kaksiriviset lieriölaakerit laakerit rullalaakerit Jäykkyys jousto yleensä vähäinen jäykkyyttä lisätään esijännittämällä rullalaakerit jäykempiä

28 Akselin laakerointi ohjaava laakeri pitää akselin paikoillaan kiinnitys olakkeiden, varmistusrenkaiden, mutterien tai kiristysholkin avulla vapaa laakeri sallii aksiaaliliikkeen (esim. lämpenemisen takia) sopiva laakeri tai löysä sovite Ohjaava Vapaa Ohjaava Vapaa

29 Laakeripesät harmaa valurauta tai pallografiittirauta rasva- tai öljyvoitelu Kiristysholkki

30 Vierintälaakeri kartioholkkikiinnitys

31 Vierintälaakerien hintoja Laakerireikä d (mm) Pallom. rullalaakeri Lieriörullalaakeri Urakuulalaakeri Hinta (Euro)

32 Kantavuuslukujen vertailu, d = 25 mm, D = 52 mm Urakuulalaakeri 6205 Lieriörullalaakeri NU205E Kartiorullalaakeri Pallomainen rullalaakeri 22205E Dynaaminen kantavuusluku C (kn)

33 Vierintälaakerin kestoikä Nimelliskestoikä (90 % laakereista saavuttaa) L L P C 10 10h C P 6 p 10 60n L 10 laakerin dyn. ekvivalenttikuormitus ottaa huomioon säteis- ja aksiaalikuorman milj. kierrosta - p = 3 kuulalaakerit - p = 10/3 rullalaakerit käyttötunteina (n r/min) laakerin dynaaminen kantavuusluku vakiokuormitus, jolla saavutetaan nimelliskestoikä = 1 milj. kierrosta

34 L L L 10 nimelliskestoikä Vaurioituneet laakerit (%)

35 Laakerien nimelliskestoiän L 10h ohjearvoja (SKF) Konelaji L 10h (käyttötuntia) Kotitalous- ja maatalouskoneet, kojeet, lääketieteelliset laitteet Lyhytaikaisesti tai ajoittain käyvät koneet, sähkökäyttöiset käsityökalut, nostolaitteet, rakennuskoneet Lyhytaikaisesti tai ajoittain käyvät koneet, joilta vaaditaan suuri käyttövarmuus: hissit, kappaletavaranosturit 8 h:n käytön koneet, joita ei aina käytetä täydellä teholla: tavalliset hammasvaihteet, kiinteät sähkömoottorit, murskaimet 8 h:n käytön koneet, joita käytetään täydellä teholla: työstökoneet, puuntyöstökoneet, ilmanvaihtopuhaltimet, hihnakuljettimet, kirjapainokoneet, separaattorit, lingot, kappaletavaranosturit 24 h:n jatkuvan käytön koneet: valssaimien vaihteet, keskikokoiset sähkökoneet, kompressorit, kaivoshissit, pumput, tekstiilikoneet Vesilaitosten koneet, pyörivät uunit, kaapelinkelauskoneet, valtamerialusten käyttökoneet 24 h:n käytön koneet, joilta vaaditaan suuri käyttövarmuus: selluloosa- ja paperikoneet, isot sähkökoneet, voimaloiden koneet, kaivosten pumput, ilmanvaihtopumput, valtamerialusten potkurien laakerit >

36 Staattinen kuorma paikallaan oleva laakeri edestakainen liike hidas pyörimisnopeus C 0 staattinen kantavuusluku kuorma, joka aiheuttaa eniten kuormitettuun vierintäpintaan pysyvän muodonmuutoksen, jonka suuruus on 0,0001xd v d v on vierintäosan halkaisija

37 Ekvivalenttikuormitus P P = XF r + YF a missä F r on kuormituksen säteiskomponentti F a kuormituksen aksiaalikomponentti X laakerin säteiskerroin Y laakerin aksiaalikerroin Urakuulalaakerin kertoimet (normaalivälys) F a /F r e F a /F r > e f 0 F a /C 0 e X Y X Y 0,172 0, ,56 2,30 0,345 0, ,56 1,99 0,689 0, ,56 1,71 1,03 0, ,56 1,55 1,38 0, ,56 1,45 2,07 0, ,56 1,31 3,45 0, ,56 1,15 5,17 0, ,56 1,04 6,89 0, ,56 1,00 Kerroin f 0 saadaan laakeritaulukoista. C 0 on laakerin staattinen kantavuusluku.

38 Kartiorullalaakerointi Ehdot (FAG) Aksiaalivoima Laakeri A Laakeri B F Y ra A F Y rb B F aa K a F rb 2Y B F Y K ra A a F Y rb B F 05, Y ra A F Y rb B F aa K a F rb 2Y B F a /F r > e F Y K ra A a F Y rb B F 05, Y ra A F Y rb B F ab F ra 2Y A K a P = XF r + YF a X, Y ja e saadaan kullekin laakerille laakeritaulukoista

39 Muuttuva kuormitus F F 1 F m F 2 F 3 q 1 q 2 q 3 q F 1, F 2, F 3... ovat vakiovoimat osuuksien q 1, q 2, q 3... aikana q = q 1 + q 2 + q 3...= 1 L 10m q L 1 10m1 1 q2 L 10m2 q L 3 10m3...

40 Muuttuva kuormitus F m 3 FU 1 3 1FU FU U missä F1, F2, F3... ovat vakiovoimat kierrosten U 1, U 2, U 3... aikana U = U1 + U2 + U3... on kierrosten kokonaismäärä

41 Suoraviivaisesti muuttuva kuormitus Keskikuormitus missä F m F min 2F 3 max Fmin on minimiarvo ja Fmax maksimiarvo Pyörimisnopeus on vakio.

42 Muunnettu kestoikä Lna (ISO 281, 2007) L na a 1 a ISO C P p missä a 1 on luotettavuuskerroin a ISO ottaa huomioon voitelun ja puhtauden vaikutuksen indeksi n tarkoittaa tarvittavan luotettavuuden ja 100 %:n välistä eroa. Luotettavuuskerroin a 1 Luotettavuus % ,2 99,4 99,6 99,8 99,9 99,95 a 1 1 0,64 0,55 0,47 0,37 0,25 0,22 0,19 0,16 0,12 0,093 0,077

43 Muunnettu kestoikä Lna (vanha menetelmä) L na a a 1 23 C P p missä a 1 on luotettavuuskerroin a 23 ottaa huomioon laakeriaineen ja voitelun vaikutuksen indeksi n tarkoittaa tarvittavan luotettavuuden ja 100 %:n välistä eroa. Luotettavuuskerroin a 1 Luotettavuus % a 1 1 0,62 0,53 0,44 0,33 0,21

44 Vierintälaakerien voitelu vähentää kitkaa ja kulumista suojaa korroosiolta ja ulkoa tulevilta epäpuhtauksilta useimmiten rasvavoitelu n. 90 % voitelukalvon tulee olla riittävän paksu pintojen karheuksiin nähden h h

45 Tyydyttävään voiteluun tarvittava viskositeetti n 0,83 d 0,5 m kun n 1000 r/min 0, n d kun n 1000 r/min ISO 281 0,5 m

46 Kinemaattinen viskositeetti 2 (mm /s) VG 680 VG 460 VG 320 VG 220 VG 150 VG 100 VG 68 VG 46 VG 32 VG Lämpötila ( C)

47 Kerroin c erilaisille likaisuusasteille (SKF 2005) Olosuhteet Erittäin hyvä puhtaus Kulumiskappaleen koko voitelukalvon paksuuden luokkaa, laboratorio-olosuhteet Hyvä puhtaus Kestovoidellut ja tiivistetyt laakerit Normaali puhtaus Kestovoidellut ja suojalevylliset laakerit Lievä likaantuminen Voiteluaine vähän likaantunut Tyypillinen likaantuminen Tiivistämättömät laakerit, karkeat voiteluaineen suodattimet, ympäristöstä tulee partikkeleita Voimakas likaantuminen Likainen ympäristö ja tiivistämätön laakerointi c d m < 100 d m ,8 0,6 0,6 0,5 0,5 0,3 0,9 0,8 0,8 0,6 0,6 0,4 0,3...0,1 0,4...0,2 0,1..0 0,1..0 Erittäin voimakas likaantuminen 0 0

48 50 a SKF = Kerroin a SKF säteiskuulalaakereille 0, ,8 0,5 0,4 0,3 1 0,5 0,2 0,2 0,15 0,1 a 23 0,1 0,05 0,005 0,01 0,02 0,05 0,1 0,2 0, Pu c P

49 Kerroin a23

50 Voitelukertoimen a 23 laskentakaavat Viskositeettisuhde Voiteluaineessa ei lisäaineita 0,05 0,4 0,5405ln( )-1,1142 a 23 e a 23 Voiteluaineessa EP-lisäaineita *) e 0,2335ln( )-0,2168 0,4 < 1 1,7565ln( ) a 23 e 1 < 4 0,6610ln( ) a 23 e a a e e 0,4701ln( ) 0,6610ln( ) > 4 a 23 2,5 a 23 2,5 *) laskentakaava vastaa alueen ylärajaa

51 Laakerien käyntilämpötiloja (FAG) Ympäristön lämpötila 20 C paperikoneen kalanteritela 55 C rautatievaunujen pyörälaakerit 60 C vasaramylly 60 C laivan potkurin painelaakeri 80 C tärytela 90 C Ulkopuolinen lämmönlähde kulkuneuvojen sähkömoottori (ajomoottori) C paperikoneen kuivaussylinteri C auton moottorin vesipumppu 120 C turbokompressori 120 C polttomoottorin kampiakseli 120 C polttouunin vaunun pyörän laak C

52 Voitelu voitelukalvon tulee olla riittävän paksu pintojen karheuksiin nähden voitelutilannetta parantaa nopeuden kasvattaminen voiteluaineen viskositeetin kasvattaminen pinnan laadun parantaminen lisäaineistetun voiteluaineen käyttö kalvon paksuuden ollessa riittämätön Elastohydrodynaaminen (EHD) voitelu suurten kuormitusten takia otetaan huomioon paineen vaikutus voiteluaineen viskositeettiin sekä pintojen kimmoinen muodonmuutos

53 Rasvavoitelu pesä täytetään vain osaksi

54 Voitelurasvat perusöljy + saennin

55 Öljyvoitelu pyörimisnopeus tai käyttölämpötila liian korkea rasvalle öljyvoitelu järjestetty muille lähellä oleville osille öljykylpyvoitelu kiertovoitelu

56 Laakerien tiivistys Hankaamattomat tiivistimet Kapea rako Sokkelo Tiivistyslamellit Öljyrengas

57 Hankaavat tiivistimet Huoparengas Säteishuulitiivistin (rasvavoitelu) (öljyvoitelu) V-rengas Joustava tiivistyslevy (rasva- ja (rasvavoitelu) öljyvoitelu)

58 Kuormitustilanteet Vaikutusolosuhteet Sisärengas pyörii Esimerkki Kaavio Kuormitustilanne Sovite Ulkorengas paikallaan Kuormitussuunta muuttumaton Akselilla painokuormitus paino Kiertävä kuorma sisärenkaalla ja Sisärengas: tiukka sovite välttämätön Sisärengas paikallaan Ulkorengas pyörii Kuormitussuunta pyörii ulkorenkaan mukana Napalaakerointi, jossa suuri epäkeskopaino epäkeskovoima pistekuorma ulkorenkaalla Ulkorengas: löysä sovite mahdollinen

59 Kuormitustilanteet (jatkoa) Vaikutusolosuhteet Sisärengas paikallaan Ulkorengas pyörii Kuormitussuunta muuttumaton Sisärengas pyörii Esimerkki Kaavio Kuormitustilanne Kuorma-auton etupyörä, kulkurulla (napalaakerointi) paino Pistekuorma sisärenkaalla ja Sovite Sisärengas: löysä sovite mahdollinen Ulkorengas paikallaan Kuormitussuunta pyörii sisärenkaan mukana Linko, täryseula epäkeskovoima kiertävä kuorma ulkorenkaalla Ulkorengas: tiukka sovite välttämätön

60 Lieriöreikäisten säteislaakerien akselitoleranssit Kuormitustaptyyppkaisija Laakeri- Akselin hal- Siirtyvyys, kuormitus Toleranssi Sisärenkaalla pistekuorma Kuulalaakerit Rullalaakerit Kaikki koot Vapaa laakeri, siirtyvä sisärengas g6 (g5) Neulalaakerit Viistokuula- ja kartiorullalaakerit, h6 (j6) joissa säädettävät sisärenkaat Sisärenkaalla Kuulalaakerit 40 mm Tavallinen kuormitus j6 (j5) kiertävä kuorma tai 100 mm Pieni kuormitus tavallinen tai suuri kuormitus j6 (j5) k6 (k5) määrittelemätön kuormitus 200 mm Pieni kuormitus tavallinen tai suuri kuormitus k6 (k5) m6 (m5) > 200 mm Tavallinen kuormitus suuri kuormitus, iskuja m6 (m5) n6 (n5) Rullaja 60 mm Pieni kuormitus tavallinen tai suuri kuormitus j6 (j5) k6 (k5) neulalaakerit 200 mm Pieni kuormitus tavallinen kuormitus suuri kuormitus k6 (k5) m6 (m5) n6 (n5) 500 mm Tavallinen kuormitus m6 (n6) suuri kuormitus, iskuja > 500 mm Tavallinen kuormitus suuri kuormitus p6 n6 (p6) p6

61 Säteislaakerien pesätoleranssit Kuormitustapa Pistekuorma ulkorenkaalla Siirtyvyys, kuormitus Käyttöolosuhteet Toleranssi Vapaa laakeri, jonka ulkorenkaan on liikuttava helposti Ulkorengas useimmiten siirtyvä, viistokuula- ja kartiorullalaakerit, Toleranssin laatu määräytyy tarvittavan vierintätarkuuden perusteella Korkea vierintätarkkuus välttämätön H7 (H6) H6 (J6) joissa säädettävä Tavallinen vierintätarkkuus H7 (J7) ulkorengas Akselille tulee lämpöä G7 Kiertävä kuorma Pieni kuormitus Jos vaaditaan korkeaa vierintätarkkuutta, K7 (K6) ulkorenkaalla Tavallinen kuormitus, iskuja niin silloin M7 (M6) tai Suuri kuormitus, iskuja K6, M6, N6 ja P6 N7 (N6) määrittämätön kuormitus Suuri kuormitus, voimakkaita iskuja, ohutseinäinen pesä P7 (P6)

62

63

64

65