Csapágyak, a mozgás lehetőségének megteremtői

Ritkán gondolunk arra, hogy egy olyan, látszólag elhanyagolható jelentőségű alkatrész, mint a csapágy létezésé nélkül szinte elképzelhetetlen lenne az autózás – és gyakorlatilag minden más olyan közlekedési eszköz vagy gép létezése, amelyen vagy amelyben valamilyen forgómozgás történik.

Ebben a cikkben egy általánosabb és egy személygépkocsikra fókuszáló résszel mutatjuk be a csapágyak felépítését, működését.

Definíció

A csapágy olyan gépelem, amely a relatív mozgást csak a kívánt mozgásra korlátozza, és csökkenti a mozgó alkatrészek közötti súrlódást. A csapágy kialakítása biztosíthatja például a mozgó rész szabad lineáris mozgását vagy szabad forgását egy rögzített tengely körül; vagy megakadályozhatja a mozgást a mozgó alkatrészekre ható normálerők vektorainak szabályozásával.

A legtöbb csapágy megkönnyíti a kívánt mozgást a súrlódás minimalizálásával. A csapágyakat széles körben osztályozzák a működés típusa, a megengedett mozgások vagy az alkatrészekre kifejtett terhelések (erők) iránya szerint.

A forgócsapágyak forgó alkatrészeket, például tengelyeket vagy tengelyeket tartanak a mechanikai rendszerekben, és a tengelyirányú és radiális terheléseket a terhelés forrásától az azt tartó szerkezetre továbbítják. A csapágy legegyszerűbb formája, a siklócsapágy egy furatban forgó tengelyből áll.

A kenést a súrlódás csökkentésére használják. A golyóscsapágyban és görgőscsapágyban a csúszósúrlódás csökkentése érdekében gördülőelemek, például görgők vagy kör keresztmetszetű golyók helyezkednek el a csapágyszerelvény futamai vagy csapjai között. A csapágykialakítások széles választéka létezik, amelyek lehetővé teszik az alkalmazás igényeinek megfelelő kielégítését a maximális hatékonyság, megbízhatóság, tartósság és teljesítmény érdekében.

Főbb típusok az autókban

Siklócsapágy

Rengeteg különböző csapágytípus létezik, ezért mi most azokra a változatokra szorítkozunk, amelyek a leggyakoribban a közúti járműveknél.

A csapágyakat elsőként a működési elvük szerint kell megkülönböztetni egymástól. Az egyik ilyen elv, hogy az egymáshoz képest forgó mozgást végző alkatrészek közé van beépítve a csapágy és a forgó és álló részek között található kenőanyag rétegen, úgy nevezett filmen fut le a mozgó alkatrész.

Ez gyakorlatilag azt jelenti, hogy a két fém megfelelő kenési állapot mellett egymással nem érintkezik, hanem köztük van a finom olajréteg.

Ennek a lényege a kopás minimalizálása. Ha nincs súrlódás, akkor nincsen kopás sem, ezért az így egymáshoz illesztett elemek érdemben nem kopnak.

Ha megszűnik a kenőanyag jelenléte, akkor a súrlódás mértéke ugrásszerűen megnő, vele együtt a jelentős mértékű kopás és hőfejlődés is. A keletkező hő nagyságára jellemző, hogy a csapágyanyag megolvadhat, és az illesztés megszorul.

A siklócsapágyaknál az alkatrész anyagok illesztése is nagyon fontos. A csapágy anyagának mindig puhábbnak kell lennie, mint a csatlakozó alkatrészek anyaga – ezek az úgynevezett kenőfémek – így nem csak az azonos felületi keménység miatti magas hő okozta berágódás, de egy esetleges szorulás esetén az olcsón cserélhető csapágy megy tönkre, nem pedig a drágán cserélhető alkatrész.

Siklócsapágyazást találunk a motor főtengelyén, ahol a támasztó csapágyazás, és a hajtórudak csapágyai is ezen az elven működnek.

Görgős csapágy

Az elv lényege, hogy a csapágy két gyűrűből áll össze, ezek képesek egymáson elfordulni úgy, hogy köztük gördülő elemek vannak. A gördülő elemek lehetnek golyók, vagy görgők.

A golyóscsapágyakban a gyűrűk belsejében kialakított pályában futnak a golyók. Ez a legegyszerűbb kialakítású, leggyakoribb és egyúttal a legolcsóbb görgős csapágy.

A személyautókban, de jellemzően minden közúti járműben legszélesebb körben a görgőscsapágyakat találjuk meg. A görgő elemek fajtái szerint megkülönböztetünk hengergörgős, tűgörgős és hordógörgős csapágyakat is.

Fentieken kívül léteznek még mágneses elven működő csapágyak, illetve drágakő csapágyak is, ezek azonban autónkban nem vagy csak rendkívüli esetekben fordulnak elő, így ezek részletezésétől eltekintünk.

Viszont mindenképp meg kell említeni a terhelés irányát, mint jellemzőt, ugyanis ebből a szempontból is megkülönböztethetjük a csapágyakat. Ha csak tengelyirányú erőket vesz fel egy csapágy, akkor az axiális csapágy. Ha a csapágyunk sugárirányú erőket kell, hogy elviseljen, akkor radiális csapágyakról beszélünk. A leggyakrabban azonban az a jellemző, hogy a csapágyaknak mind axiális, mind pedig radiális irányban el kell viselniük a terhelést – ezt hívjuk radiax csapágynak. Ezek közé tartozik például a kúpgörgős csapágy.

Szintén megemlítendő az önbeállás jelensége. A probléma, ami ezt életre hívta, az az, hogy nem minden esetben megoldható, hogy a két egymáshoz képest elforduló alkatrész egy elméleti tengelyen forogjon. A kisebb szögeltérések azonban az önbeálló csapágyakkal megoldhatók. Ezeknek a csapágyaknak a kialakítása lehetővé teszi, hogy a tengelyek valamelyest elmozdulhassanak egymáshoz képest.

Karbantartás

Sok csapágy rendszeres karbantartást igényel az idő előtti meghibásodás elkerülése érdekében, ugyanakkor léteznek olyanok is, amelyek minimális törődéssel is beérik. Ez utóbbiak közé tartoznak a különféle polimer-, folyadék- és mágneses csapágyak, valamint a gördülőcsapágyak, amelyek leírása a tömített csapágyat és az élettartamra tömített csapágyat tartalmazza. Ezek tömítéseket tartalmaznak, hogy távol tartsák a szennyeződést és a zsírt. Számos alkalmazásban sikeresen működnek, karbantartásmentes működést biztosítva.

A nem tömített csapágyak gyakran rendelkeznek egy zsírzócsavarral, a zsírzópisztollyal történő időszakos kenéshez, vagy egy olajpohár az időszakos olajjal való feltöltéshez. Az 1970-es évek előtt a legtöbb gépen nem találkoztak tömített csapágyakkal, és az olajozás és zsírozás gyakoribb tevékenység volt, mint manapság.

Például az autók alvázai korábban majdnem olyan gyakran igényeltek “kenési munkákat”, mint a motorolaj cseréje, de manapság az autók alvázai többnyire egész életre tömítettek.

A modern autó- vagy teherautómotorok olajozórendszere hasonló a gyártógépek kenőrendszeréhez, 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, a nyílásokon keresztül közvetlenül a csapágyakra kerül, és máshová spriccelve olajfürdőt biztosít. Az olajszivattyú egyszerűen folyamatosan pumpál, és a felesleges szivattyúzott olaj folyamatosan egy nyomáscsökkentő szelepen keresztül távozik vissza az olajteknőbe.