Hidrosztatikus csapágy

A hidrosztatikus csapágy a siklócsapágyak egy fajtája, ahol a tengelycsap és a csapágy futófelülete közti kenőolajfilmet nem hidrodinamikai folyamat alakítja ki, hanem szivattyú segítségével előállított folyadéknyomás.

Működése

Hidrosztatikus ágyazású kőgolyó egy szökőkútban

Az ábra szerinti hidrosztatikus vezeték zsebébe felülről egy szűkítőnyíláson (fojtáson) keresztül folyadékot táplálnak. A szűkítőnyílás előtt a folyadék nyomását egy szivattyú (és legtöbbször nyomásszabályozó) közel állandó nyomáson tartja. A fojtás után a folyadék nyomása valamennyivel lecsökken, attól függően, hogy milyen nagy fojtást okoznak a rések a vezeték (alul) és a csúszólap (felül) között, melyen keresztül a folyadék távozik. Ha a rés csökken, a zsebben a nyomás megnő, ha a rés nő, a zseb nyomás csökken. Zseb nyomása az elfolyás nyomása és a szivattyú nyomása közé esik. Ha igen nagy a rés, a zseb nyomása az elfolyáséval lesz egyenlő, ha a rés eltűnik (a két felület egymáshoz tapad), a zsebben a nyomás a szivattyú utáni nyomással lesz egyenlő, hiszen leáll az áramlás.

Ha a csúszólapra lefelé erő hat, akkor olyan méretű rés áll be önműködően, hogy a zsebben kialakult nyomásból származó erő éppen megegyezzen a terhelő erővel. Ha a terhelés nő, a rés szűkül, míg a kamranyomás növekedésével újra be nem áll az egyensúly és viszont. A csúszólap terhelhetősége a kamra területétől, és a szivattyú által előállított nyomástól függ.

Nyilvánvaló, hogy ellentétben a hidrodinamikus csapággyal, a hidrosztatikus csúszólap működéséhez közömbös, hogy a folyadék viszkozitása milyen nagy, sőt a szerkezet akkor is működik, ha a közeg nem folyadék, hanem gáz, akár levegő is. Ezen az elven ipari sűrített levegővel működtetett köszörűgépet is használtak Magyarországon az 1960-as években (Pál-féle légköszörű).

A hidrosztatikus csapágy működése hasonló, azonban ennél a zsebek a tengelyt veszik körbe. A zsebeket egymástól elválasztó résekbe hornyokat képeznek ki, hogy a működtető folyadék érintőirányban is szabadon elfolyhasson, az egyik kamrában kialakuló nyomás ne befolyásolja a szomszédos kamrák nyomását. Amennyiben viszkózus folyadékot használnak munkaközegként, a tengely gyors forgásakor hidrodinamikai erők is fellépnek és a zsebekben kialakuló nyomás is módosul.

Előnyök és hátrányok

A hidrosztatikus és aerosztatikus csapágyak és vezetékek egyik előnye, hogy nyugalmi helyzetben is működnek, vagyis ilyenkor sincs fémes érintkezés a csapágy és a csap között. Ebből következik, hogy az ilyen ágyazásokon gyakorlatilag nem lép fel kopás, az tengely vagy a csúszka elmozdítása akármilyen kis erővel illetve nyomatékkal lehetséges. Egyik hátrányuk, hogy a működtetésük előtt indítani kell a szivattyút vagy kompresszort, és várakozni kell, míg a csapágy előtt a szükséges nyomás kialakul. Előny, hogy gyakorlatilag bármilyen folyadékkal vagy gázzal működtethetők, szélsőségesen alacsony és magas hőmérséklet esetén is üzembiztosak, szemben a hidrodinamikus siklócsapágyakkal, melyek kényesek a kenőfolyadék viszkozitására. Hátrányuk, hogy veszteségeik a szivattyú energiaigénye miatt nagyobbak a hidrodinamikus csapágyakénál és kényesek a kenőolaj vagy levegő tisztaságára, pormentességére. Előnyük, hogy a méretek és a nyomásviszonyok megválasztásával gyakorlatilag akármilyen merevségű ágyazás megvalósítható. Gördülőcsapágyakkal szemben előnyük, hogy osztott perselyekkel is készíthetők.

Alkalmazása

A hidrosztatikus és aerosztatikus csapágyakat és vezetékeket szerszámgépekbe építik be. Nagy tömegű, pontos beállítást igénylő szerkezetek (radarantenna, távcső) ágyazására kiválóan alkalmas. Nagyteljesítményű gőz- gáz- és vízturbinákban is használják. A gőzturbinák forgórészét indítás előtt és leállás után lassan forgatni kell, hogy tengelyszimmetrikusan melegedjen át illetve hűljön le, egyébként a hőmérsékletkülönbségek elgörbíthetik a tengelyt és a lapátok és a ház közötti kis hézagok miatt nem lehet újraindítani a gépet. Az általánosan alkalmazott hidrodinamikus csapágyakban a forgatás kis szögsebességénél még nem alakul ki az olajfilm, ezért gyakran ideiglenes jelleggel ezeknél is hidrosztatikus rásegítést használnak ilyenkor. Magasabb hőmérsékleten dolgozó gépeknél (energetikai, kohászati gépeknél) a kőolajszármazékok használata tűzveszélyt okozhat, hidrosztatikus ágyazás esetén nem tűzveszélyes folyadék választható. Hidraulikus munkahengerek dugattyúrúdjának megvezetésére is gyakran használnak hidrosztatikus ágyazást. Ebben az esetben a csap nem forog az ágyban, hanem hosszanti mozgást végez.

Irodalom

Külső hivatkozások