Veerelaager

Veerelaager on laager, mida iseloomustab veerekehade – kuulide või rullide – olemasolu ja seetõttu veerehõõrdumine. Veerelaager koosneb veereteid omavast välis- ja sisevõrust, veerekehadest ning veerekehasid üksteisest eraldavast separaatorist. On ka laagreid, kus üks nendest- sise-, välisrõngas, separaator või ka kõik puuduvad. Sel juhul veerekehad veerevad mõõda võlli või rummu vastavaid pindasid. Laagrite mass ulatub 1,5 grammist 7 tonnini. Veerelaagrid on rahvusvaheliselt üks enim standardiseeritud masinaelement.
Veerelaagrite klassifikatsioon.
Veerelaagrite klassifikatsioon täpsuse järgi.
Veerelaagrid jaotatakse täpsuse järgi 5 täpsusklassi.
Kõige täpsemad on 2. klassi laagrid. Täpsusklass märgitakse laagri tingtähise ette, näiteks 5–305. 0 täpsusklassi, kui enamkasutatavat ei märgita. 0 klassi laagreid kasutatakse enamikus üldkasutatavates mehhanismides, nt keskmise koormuse ja kiirusega reduktorites. Suurema pöörlemistäpsuse vajadusel valitakse samadesse sõlmedesse 6. täpsusklassi laagrid. Suure pöörlemiskiiruse ja täpsuse korral valitakse 5. või 4. täpsusklass (lihvpingi spindli, lennukimootori laagrid). 2. täpsusklassi laagreid kasutatakse güroskoopides, mõõteriistades ja teistes pretsessioonmehhanismides. Täpsusklassi valikul tuleb arvestada laagri maksumust. 2. klassi laager on kümme korda kallim kui 0 klassi laager. Asi on selles, et veerelaagreid valmistatakse spetsiaalsetes tehastes, kus on hästi organiseeritud masstootmine. Laagrite võrud ja veerekehad valmistatakse valikkoostamise meetodil, mis seisneb selles, et valmisdetailid sorteeritakse tegelike mõõtmete järgi gruppideks ja samanimeliste gruppide detailid ühendatakse omavahel. See võimaldab valmistada laagreid täpsusega IT2...IT5, mis on palju täpsemad kui nendega kokkukäivad võllid või laagripesad.
Veerelaagrite istamine.
Veerelaagri istamiseks masinasse ei töödelda laagri võrusid. Vajalike istude saamiseks tuleb töödelda kas laagri istamiskohta masina keres või võllil. Sellest tingituna tuleb välisvõru istata võllisüsteemis ja sisevõru avasüsteemis, ehk teisiti öeldes: laagripesa tolerantsitsoonid võllisüsteemis ja võlli tolerantsitsoonid avasüsteemis. Istude valik veerelaagrile sõltub koormusolukorrast. Veerelaager töötab tavaliselt nii, et üks võru pöörleb ja teine seisab paigal. Reduktorites, kiirus- või käigukastides ehk üldistes mehhanismides, kus võll toetub laagrite kaudu korpusele, pöörleb koos võlliga sisevõru ja välisvõru on masina keres paigal. Auto mittevedava ratta laagris pöörleb aga välisvõru koos rattaga ja sisevõru on telje peal paigal.
Kuna laager on valmistatud suhteliselt kõvast materjalist (kuullaagriteras), laagriga liidetavad detailid aga pehmemast materjalist (võllid süsinikkonstruktsiooniterasest, masina kered hallmalmist või alumiiniumsulamist), siis peab pöörlev võru olema võllil või masina keres kõvasti kinni, liikumatult. Kui pöörlev võru oleks vaba siis kulutaks ta masina keresse süvise või võllile kaela, laager hakkaks loksuma ja puruneks kiiresti.
Veerelaagri paigalseisev võru võtab koormust vastu veeretee piiratud ulatusega. Sellest kohast kulub veeretee kõige kiiremini ja moodustub süvis, mille veerekehad ületavad hüppega. Laagris tekib vibratsioon ja tõukeline koormus ning laagri tööiga väheneb tunduvalt. Selle ärahoidmiseks peab paigalseisev võru olema istatud vabamalt, et ta saaks aeg ajalt pöörleva võruga kaasa liikuda. Kui pöörlev võru teeb näiteks 1000 pööret minutis, siis paigalseisev võru võiks teha mõne pöörde ööpäevas või masina käivitamise tõukest alati pisut nihkuda. Nii jaotatakse koormus ühtlaselt kogu veeretee ulatuses. Kokkuvõttes peab pöörlev võru olema kõvasti kinni (pinguga), paigalseisev võru peab olema aga vabamalt, kas lõtkuga või siirdeistuga. See on ka põhjus, miks tuleb võll masina kerest koos laagritega nii lihtsalt välja, kuid laagrite võllilt mahavõtmine ei õnnestu ka mitte vasaralöökidega, vaid selleks tuleb kasutada spetsiaalset tõmmitsat.
Pressistusid pöörleva võru istamiseks kasutada ei saa, sest need annavad liiga suure pingu, mis deformeeriks täpse laagrivõru vähem täpsema võlli või laagripesa järgi ja veerekehad võivad kinni kiiluda. Siirdeistud on alati ka teatava lõtku võimalusega, mis eelnevat arvesse võttes pöörlevale võrule ei sobi. Olukorrast on väljapääs leitud huvitava lahendusega: laagri sisevõru tolerantsitsoon võetakse hälvetega 0 ja – (nagu võll võllisüsteemis), võlli tolerantsitsoonid jäetakse aga avasüsteemi, nagu sellest varem juttu oli. Nii saadakse siirdeistuga väikesed pingud, mis just sobivad pöörleva võru istamiseks, kuna need on tunduvalt väiksemad, kui pressistude pingud.
Veerelaagri istamismõõtmed on välis- ja siseläbimõõt D ja d ning laagrivõrude laius B. Et vältida laagrivõrude arvutusel kujuhälvete võimalikku mõju, normitakse võrude keskmised läbimõõdud Dm ja dm. Võru keskläbimõõt on selle kahes äärmises lõikes mõõdetud suurima ja vähima läbimõõdu aritmeetiline keskmine. Keskmiste läbimõõtude tolerantsitsoone tähistatakse sisevõrul, kui aval, L-ga ja välisvõrul, kui võllil, l-ga. Sellele lisatakse täpsusklassi number (L6,l3 jne). Nii näiteks võib 0 täpsusklassi laagri sisevõru ist olla Ø50L0/m6 ja välisvõru oma Ø80H7/10.
Laagriistude täpsemal valikul lähtutakse võrudele mõjuva koormuse iseloomust. See võib olla:
Kohalik koormus.
Kohaliku koormuse korral mõjub võrule püsiv radiaaljõud Fr, mis ei liigu võru suhtes. Koormuse võtab vastu veeretee teatav osa, ülejäänud osa jääb koormamata. Kui sisevõru pöörleb ja välisvõru seisab paigal, siis om kohalik koormus välisvõrul. Vastupidisel juhul on kohalik koormus sisevõrul. Kohalik koormus põhjustab veeretee koormatud osa intensiivse kulumise.
Pöörlev koormus.
Pöörlev koormus tekib siis kui, radiaaljõud pöörleb võru suhtes või kui võru pöörleb jõu suhtes.
Võnkuv koormus.
Võnkuv koormus tekib siis, kui koormata laagrivõru üheaegselt püsiva suuna ja väärtusega jõuga Fr ja pöörleva jõuga Fc. Nende jõudude resultant võngub ümber suurema jõu sihi teatud kaare ulatuses. Võnkuv koormus mõjub suurema jõu suhtes seisvale või sellega koos pöörlevale võrule. Võnkuv koormus jaotub veeretee pikemale osale kui kohalik koormus.
Istu valikul liidetakse kohalikult koormatud võru võlli või masina kerega väikese lõtkuga. See võimaldab võrul aeg ajalt või aeglaselt pöörelda, veeretee kulub ühtlasemalt ja laagri kasutusiga pikeneb. Sellist olukorda analüüsisime istude valiku kirjelduses paigalseisvale võrule. Pöörleva koormusega võru tuleb istata alati pinguga (see on identne olukord istude valikul pöörlevale võrule). Kuna võnkuv koormus on kohaliku ja pöörleva vahepealne, siis nii koormatud võrule sobib siirdeist. Niisiis olenevad radiaallaagrite istud koormuse liigist.
Laagrialuste istamispindade kuju tolerants.
Laagrialuste istamispindade kujutolerants 0. ja 6. täpsusklassi laagritele võetakse 1/4, 5. ja 4 klassi laagritele 1/6 ja 2. täpsusklassi laagritele 1/8 istamispinna läbimõõdu tolerantsist. Veerelaagri tööd mõjutab oluliselt välis- ja sisevõru mittesamatelgsus. Selle põhjuseks võivad olla võrude asendihälbed ja võlli läbipaindumine. Laagrivõrude viidakust (kiivsust) iseloomustatakse telgedevahelise nurgaga, mis 0. ja 6. täpsusklassi radiaallaagritel võib olla 8´...16´, teistel mitteseaduvatel laagritel 1`...6`. Seaduvatel laagritel võib see olla kuni 2–4°.
Laagris olev lõtk näitab, kui palju võib üks võru nihkuda teise suhtes. Esineb radiaal- ja telglõtk, mis sageli on teineteisega seotud. Laagri töölõtk erineb koostamiseelsest lõtkust, sest pressimisel sisevõru veeretee läbimõõt suureneb ja välisvõru oma väheneb. On normaalse, väiksema ja suurema siselõtkuga laagrid ning vastavalt sellele soovitatakse ka nendele istusid.
SKF laagrid.
Tähelepanu väärivad Rootsi SKF laagrid, mis on eriti laialt levinud. Nende normaaltäpsusega laagritele tuleb võll töödelda vähemalt IT6 ja laagripesa IT7 järgi. Silindrilisuse tolerants peab olema sama pinna läbimõõdu tolerantsist kuni kahe IT võrra rangem. Kui näiteks võlli tapp töödeldakse m6 järgi siis peab selle kujuhälbe täpsusnõue olema IT5 või IT4 järgi. Laagrivõrude tugiõlgmike ristseisu tolerantsid peavad olema vähemalt ühe IT võrra rangemad selle juurde kuuluva silinderpinna läbimõõdutolerantsist. Tugilaagrite võrude toetamiseks ei tohi ristseisu tolerants olla suurem kui IT5.
Veerelaagri istude märkimine koostejoonisele.
Koostejoonisele märgitakse veerelaagri istud järgmiselt, Näiteks:
4-3n5-10H6, kus
Laagri ressurss.
Veerelaagri arvutuslik ressurss on defineeritud kui pöörete arv (või töötundide arv teataval konstantsel kiirusel), mida laager on võimeline taluma kuni esmaste väsimustunnuste (helvesväsimus või pindkihi väsimusmurenemine) ilmumiseni laagri ühel veerevõrul voi veerekehadel.
Laborikatsed ja praktilised kogemused on näidanud, et pealtnäha identsetel laagritel, mis töötavad identsetel töötingimustel, on ressurss ikkagi erinev. Seepärast on kasutusele võetud nimiressurssi mõiste.
Nimiressurss.
Nimiressurss on küllalt suure partii näiliselt identsete laagrite ressurss miljonites pööretes, mille 90% partiisse kuuluvatest laagritest võrdsetel töötingimustel eeldatavasti saavutavad või ületavad. Kusjuures keskmine ressurss on nimiressurssist umbes viis korda suurem.
On kasutusel ka teistsuguseid laagriressursse, sealhulgas:
Tööressurss.
Tööressurss on konkreetse laagri tööta,isel saavutatav tegelik ressurss töökõlbmatuks muutumiseni. Üldjuhul ei ole tõrgete algpõhjuseks väsimus, vaid kulumine, korrosioon, saastumine, tihendi vigastus vms.
Laagri tööressurss sõltub suurel määral töötingimustest, kusjuures laagri montaaži- ja hooldusviisid on samavõrra tähtsad. Hoolimata kõikvõimalikest ettevaatusabinõudest pole laagri enneaegne tõrge ometi välistatud. Sel juhul on väga oluline laagri põhjalik uurimine tõrke põhjuste selgitamiseks, et saaks rakendada ennetavaid meetmeid.
Projektressurss.
Projektressursi määrab seadme ehitaja, lähtudes enda valitud hüpoteetilistest koormus- ja kiirusandmetest.
Laagri tõrge.
Vaid vähestel kõigist kasutusel olevatest laagritest esineb tõrkeid. Enamasti säilitavad laagrid töövõime kauem kui masin või seade. Laagri tõrke võivad esile kutsuda väga mitmesugused põhjused: ettenähtust suurem koormus, nõuetele mittevastavad tihendid, liiga suure pinguga istud, mistõttu lõtk laagris on liiga väike jne. Iga nimetatud põhjus kutsub esile sellele vastava spetsiifilise vigastumisliigi ja jätab laagrile oma jälje. Järelikult on vigastatud laagri uurimisel enamikul juhtudel võimalik leida vigastumise põhjus ja rakendada vastumeetmeid, et nähtus ei korduks. Tõrkeid andvatest laagritest ligikaudu 1/3 muutub kõlbmatuks vanuse tõttu, s.o laagri tööpindade kontaktväsimuse tagajärjel. Teine kolmandik halva määrimise tõttu ja ülejäänute tõrked on enamasti tingitud laagrisse pääsenud saasteainete toimest, hooletul kohtlemisel saadud vigastustest või ebakorrektsest montaažist.
Laagri tõrgete peapõhjused:
Kuidas laagri tõrge algab.
Ajavahemik laagri käikulaskmisest materjali esmaste väsimustunnuste ilmnemiseni on funktsioon, mis sõltub läbitehtud pöörete arvust, koormuse suurusest, määrimisest ja määrdeaine puhtusest. Väsimuse kutsuvad esile nihkepinged, mis tsükliliselt tekivad vahetult veeretee koormatud pinna all. Mõne aja pärast tekivad nende pingete toimest praod, mis pikapeale jõuavad pinnale välja. Kui veerekeha rullub üle prao, murdub pindkihist välja materjalikillukesi. Seda nähtust tuntakse helvesväsimuse või väsimusmurenemise nime all. Väsimusmurenemine laieneb progresseeruvalt üha suuremale pinnale ja lõpuks muutub laager töökõlbmatuks. Ülaltoodud kirjeldus kehtib kontaktväsimuse kohta, mis saab alguse vahetult pinnaaluses kihis.
Tavaliselt on murenemine algul kergekujuline. Vigastuste servas suurenenud pingete ja õliga laialikanduvate metalliosakeste toimel aga laieneb murenenud pind. Seda liiki laagri vigastumine on pikaajaline protsess, mille toimest annab märku müra ja vibratsiooni suurenemine. See asjaolu annab laagri kasutajale piisavalt aega laagri asendamiseks enne, kui see muutub töökõlbmatuks.
Kui praod tekivad pinnal ja tungivad materjali sisse, on tegemist pinnavigastusega. Kõikidel pindadel on olemas mikrokonarused harjade ja nõgudega. Võib arvata, et pinnavigastused tekivad siis, kui vastaspindade konaruste harjad astuvad omavahel kontakti. Seejuures toimub nende harjade suur plastne deformatsioon, mille tulemusena moodustubki esmane pragu.
Kui pindadel olev õlikelme on konarate kõrgusega võrreldes küllalt paks, on pinna vigastumise oht tühiselt väike. Kui aga koormus laagrile on suurem kui väsimuspiiri koormus, tekib ikkagi materjali väsimus.
Laagri asendamine.
Laagrite arvutamisel eeldatakse, et laagrit kasutatakse väga täpselt etteantud töötingimustel. Praktikas muudetakse neid tingimusi aga liigagi tihti asendades ühe õli teisega, suurendades masina kiirust või laagri koormusi, muutes määrimissüsteemi jne, oskamata seejuures karta võimalikke negatiivseid tagajärgi. Seepärast ei tohi laagri asendamisel teha mingeid muid muudatusi, mis võiksid avaldada kahjulikku mõju laagri tööle.