A kiegyensúlyozatlanság a csapágyak és egyéb gépelemek gyors károsodásához, elhasználódásához vezethet.Tíz grammnyi csapágyélettartam – számolja ki mennyit jelent!

A kiegyensúlyozatlanság hatása az ipari gyakorlatban általában nem eléggé ismert, illetve kevésbé becsült és érzékelt tényező, így aztán feltárására, kijavítására sem kerül sor időben. Pedig viszonylag kis mértékű tömeg eltérésből származó kiegyensúlyozatlansági erők is lényegesen csökkenthetik a forgórész csapágyainak élettartamát. Alábbi példában a csapágyélettartamra vonatkozó számítással könnyen leellenőrizhető, milyen élettartam-csökkenést okozhat a kiegyensúlyozatlanság. 
 

A kiegyensúlyozatlanság

A gyakorlatban minden forgó gép rendelkezik bizonyos mértékű kiegyensúlyozatlansággal. A kiegyensúlyozatlanság többlet terhelést jelent a forgórész csapágyazására, esetleg egyéb kapcsolódó gépelemekre, műszerekre, csővezetékekre. Ez a nagyobb igénybevétel felgyorsítja a gép, a csapágyazás elhasználódását, eztáltal növeli az üzemeltetési, karbantartási költségeket.
A kiegyensúlyozatlan állapot a fogórész forgástengelyének és - némi egyszerűsítéssel egyik - tehetetlenségi főtengelyének eltérése jelenti. A két tengely egymáshoz képesti helyzetéhez képest beszélhetünk statikus, nyomaték és dinamikus kiegyensúlyozatlanságról, mely esetekben a két tengely egymással párhuzamos, metszi egymást, illetve egymástól kitérő helyzetű. A gyakorlatban szinte kizárólag utóbbi eset fordul elő még a legegyszerűbb forgógép esetén is.
A kiegyensúlyozatlanságot létre hozhatja például az anyagminőség egyenetlensége, szerelési hiba, termikus elmozdulás vagy éppen olyan dinamikus erőhatás miatt, mint a villamos gép egyenetlen másneses mezeje.

A kiegyensúlyozatlanság és a centrifugális erő

A kiegyensúlyozatlanság javítására felsorolt okoknál fogva is több lehetőség kínálkozik. Példánkban feltételezzük a tömegeloszlásból adódó centrifugális erő létrejöttét, illetve ennek változásából eredő hatásokat. A kiegyensúlyozatlanság mértékét a centrifugális erő adja, amely az alábbi képlet szerint számolható:

Fc = m * r * (2 * PI * n / 60)2

Fc - centrifugális erő [N]
m - kiegyensúlyozatlanságot okozó tömeg [kg]
r - a tömeg elhelyezkedési sugara [m]
n - forgórész fordulatszáma [min-1]
 
Példaként vegyünk egy egyszerű elszívó ventilátort, melynek 800 mm átmérőjű, 2980 min-1 fordulatú járókerekén - például szennyeződés miatt - 40 grammos tömegeloszlási eltérést feltételezünk az átmérőre értelmezve. Ez esetben a létre jövő centrifugális erő mértéke:

Fc = 0,04 * 0,4 (2 * PI * 2980 / 60)2 = 1558 N

Tételezzük fel, hogy ez a többlet terhelésként jelentkező erő csak radiális összetevőként jelentkezik (azaz: P=Fc) és ez két, 61808-2RZ típusú, egysorú, mélyhornyú csapágyon fut, melynek dinamikus alapterhelése C=4,94 kN. Feltételezzük továbbá, hogy a csapágy üzemét egyéb tényezők nem befolyásolják, ez esetben az a üzemórára számított élettartam a módosított élettartam tényezők figyelembe vételével az alábbi összefüggéssel számolható:

L10h = [C * / (P / Ncs)]3 * (106 / n / 60)

L10h - élettartam [h]
L10 - alap élettartam
Ncs - csapágyak száma
C - dinamikus alapterhelés [N]
P - dinamikus egyenértékű terhelés [N]
n - fordulatszám [min-1]
p - élettartam kitevő, értéke golyós csapágyra 3
 
A fenti összefüggésbe megadott értékeket behelyettesítve:

L10h = [4940 * / (1558 / 2)]3 * (106 / 2980 / 60) = 1425 h  59 nap

azaz a csapágyak alig két hónap alatt elérik névleges élettartamukat. Az alábbi ábrán könnyedén átlátható, milyen gyorsan csökken a csapágyak várható névleges élettartama a kiegyensúlyozalanságot okozó tömegeloszlási hiba kie mértékű változása esetén is. Míg egy kisebb M8-as csavar súlyával megegyező 10 gramm kiegyensúlyozatlan tömeg mellett elvi névleges élettartama 10 év, 20 gramm esetén már csak alig egy év a várható élettartam. Ha a fenti példánál is durvább hibát - például erős lerakódást - feltételezünk, akár egy hónap alá is csökkenhet a csapágy élettartama, mellesleg ekkora rezgés már a teljes szerkezetet is károsíthatja.
 
Az élettartam rohamosan csökken a kiegyensúlyozatlanság mértékének növekedésével.
1. ábra A csapágyak várható élettartama rohamosan csökken a kiegyensúlyozatlanság mértékének növekedésével.
 
Általánosan elterjedt karbantartási stratégia, hogy a géprezgés egy kritikusnak kinevezett szintjéig a gépet nem egyensúlyozzák ki, feltételezve, hogy kis rezgésekkel nem lesz probléma. Az ábra alapján viszont kitűnik, hogy az ideális, kiegyensúlyozottnak tekintett állapothoz képest  a tömegeloszlás kezdeti megváltozása, annak alig 5-20 grammnyi mértéke okozza a legnagyobb változást. Érdemes tehát a kiegyensúlyozatlanság erőhatásait a lehető legalacsonyabb szinten tartani, ezzel lehet igazán meghosszabbítani a csapágyak élettartamát.
A csapágyak valós élettartamát a kiegyensúlyozatlanság mellett számos más tényező befolyásolja, melyektől függően az élettartam mértéke kisebb vagy akár nagyobb is lehet. A kiegyensúlyozatlanság mind emellett legtöbb esetben könnyen és gyorsan, a forgógép valamint tartószerkezetének kialakításától függően akár helyszínen elfogadható mértékűre csökkenthető.
 

Irodalom

1. SKF Főkatalógus, 2006, Budapest.
 

Kiegészítő információk