Rulment (mecanic)

Animația unui rulment cu 8 bile. Rețineți viteza diferită de rotație a coroanei mingii

Rulmentul este un mecanism utilizat pentru a reduce frecarea dintre două obiecte în mișcare rotativă sau liniară între ele.

Istorie

Desen de Leonardo da Vinci ( 1452 - 1519 ). Studiul rulmentului cu bile .

Deja Leonardo da Vinci ( 1452 - 1519 ) în timpul studiilor sale privind fricțiunea a simțit posibilitatea creării unui fel de rulment primitiv (vezi figura), dar primul brevet de rulment cu bile a fost propus de Philip Vaughan de Carmarthen ( Țara Galilor ) în 1794 . Un alt brevet a fost depus la 3 august 1869 de Jules Suriray , mecanic de biciclete parizian, care a folosit acești rulmenți pe bicicleta care a câștigat prima ediție a cursei Paris-Rouen în noiembrie 1869.

Dezvoltarea rulmenților actuali se datorează lui Friedrich Fischer în 1883 . Evoluția și producția industrială la scară largă se datorează lui Henry Timken , în ceea ce privește rulmenții cu role, care a fondat Compania Timken în 1899 și Sven Gustaf Wingqvist, unul dintre fondatorii SKF în 1907, precum și RIV din Villar Perosa (Roberto Incerti & c Villar Perosa) care în parteneriat cu familia Agnelli a început să fabrice rulmenți cu bile pentru biciclete în 1906. RIV a fost încorporat ulterior în SKF.

Introducere

Vedere explodată a unui rulment cu bile

Se compune din două inele cu diametre diferite: unul exterior, unul interior; în cadrul căreia sunt poziționate principalele elemente cărora li se încredințează funcția de:

• Susțineți elementul rotativ
• Reduceți frecarea prin rotație
• Păstrați scaunul de rotație
• Reduceți pericolul de praf și resturi care intră în zonele de lucru cu mingea

Tipologie

În funcție de aplicație, rulmenții pot fi de diferite tipuri. O primă subdiviziune le distinge în funcție de tipul de funcționare la rulmenții liniști și rulmenți.

Rulmenți simpli

Același subiect în detaliu: Bucșă .

Rulmenții glisanți, cunoscuți și sub denumirea de rulmenți simpli, sau bucșe, trebuie să funcționeze la pelicula de lubrifiere care este interpusă între suportul fix și știftul rotativ, susținându-l.

Rulmenți rulanți

La rulmenții rulanți sau cu role, mișcarea este facilitată de interpunerea dintre partea fixă ​​și elementele de rulare a știfturilor (bile sau role). Rulmenții rulanți pot fi la rândul lor:

Schema de funcționare a unui rulment al angrenajului

• Cu angrenaje , o configurație specială în care menținerea poziției între elementele de rulare este caracterizată prin rețeaua dintre ele și inele.

• Minge
  • Radial , unde forța de încărcare care trebuie susținută este perpendiculară pe axa de rotație
    • un rând de bile , în cele mai frecvente tipuri, în general de șapte până la zece bile, sunt potrivite pentru majoritatea aplicațiilor și pot rezista atât la sarcini radiale, cât și axiale.
    • două coroane de sfere , ca și cele anterioare, dar alcătuite din două inele cu caneluri alăturate care adăpostesc coroanele relative ale sferelor. Sunt potrivite pentru a rezista la sarcini radiale mari.
  • reglabil cu două coroane de bile , potrivit oriunde există posibilitatea unei înclinări a axei de rotație. La acest tip, inelul interior are două caneluri unul lângă altul, în timp ce inelul exterior are o singură canelură emisferică, un sistem care permite funcționarea atunci când axele celor două inele sunt înclinate între ele. Nu sunt potrivite pentru a rezista la forțe axiale puternice.
  • oblică cu unul sau două rânduri de bile , caracterizată prin poziția oblică a liniei de sarcină care trece prin punctele de contact dintre bile și inele în raport cu axa de rotație, într-un mod care este complet similar cu rulmenții cu role conice. Comparativ cu rulmenții radiali, aceștia au avantajul de a conține un număr mai mare de bile și de a rezista la sarcini radiale mai mari și la împingeri axiale. Cei cu o coroană de bile trebuie întotdeauna folosiți în perechi.

Rulment cu role conice: inel exterior (stânga) și împreună inel interior și cușcă cu role (dreapta).

• La role , ca și la cele cu bile, acestea pot avea unul sau două rânduri de role și pot fi rigide sau orientabile. Rolele sunt utilizate în cazurile în care este necesară o precizie maximă de lucru și pot avea următoarea formă:
  • cilindric
    • ac sau role , variantă de rulmenți cu role cilindrice, constând din două inele detașabile și role cu diametru mai mic. Se folosește atunci când spațiul este limitat și adecvat doar pentru a suporta sarcini radiale.
  • conic , utilizat atunci când se aplică o forță axială puternică pe arborele pe care este montat. În această variantă, rulmenții sunt folosiți în general în perechi cu conicitatea opusă.
  • Butoi sau cilindru orientabil , unde ruloul are forma unui butoi și permite înclinarea axei de rotație

Rulmenți magnetici

Rulment magnetic.

Rulmenții magnetici funcționează prin inducție magnetică : sunt lipsiți de frecare la rulare și, prin urmare, sunt eficienți chiar și în condiții de temperatură extremă (întotdeauna la temperatura Curie a sistemului magnetic) și nu necesită lubrifiere. Rulmenții magnetici îmbunătățesc performanța, fiabilitatea și respectarea mediului înconjurător a mașinilor rotative prin creșterea eficienței acestora.

Forma lor de frecare este 0

Structura

Rulmentul constă din:

• Inel exterior : element circular mai mare și exterior
• Inel interior : element circular mai mic și interior
• Componente de rulare : în cazul rulmenților mecanici, acestea sunt diferitele tipuri de role și cuști relative, în timp ce în cazul rulmenților magnetici este câmpul magnetic generat de inele

Constructie

Rulmenții pot fi construiți astfel:

• Element unic : rulmentul nu poate fi modificat în structura sa fără a fi deteriorat, deoarece nu este creat pentru a fi împărțit în diferitele sale părți
• Demontabil : exemplu clasic de rulmenți cu butuc pentru biciclete și motociclete, unde inelul exterior este ținut închis de furcă și piuliță (element exterior)
• Separabile : acești rulmenți sunt împărțiți în două jumătăți de lună, astfel încât să poată fi folosiți în cele mai înguste puncte ale unor arbori cotiți care nu permit inserția normală

Cuşcă

Îmbinare cu cușcă de bronz și bile de oțel

Cusca cu role

Dacă bilele și rolele nu sunt aranjate pe întregul volum (prin urmare, pe lângă faptul că se rotesc între cele două suporturi ale lagărelor, ele se ating și ele), ele sunt păstrate echidistante una de cealaltă prin intermediul unei structuri numite cușcă , care poate fi simplă sau masiv și din oțel, bronz, alamă, ceramică sau material plastic. În cazul lagărelor magnetice această structură nu este prezentă. ^{[1] [2]}

În unele cazuri, cușca este singurul element care ține rolele rulmentului, deoarece lipsesc cele două inele, în acest caz se numește „cușcă cu role cu ac”, care se rotesc direct pe scaunele interne și externe ale rulmentului. au un tratament pentru a face suprafețele dure și netede într-un mod comparabil cu cele ale inelelor utilizate în mod normal pentru rulmenți. Această soluție este utilizată acolo unde este necesar să se reducă masele cât mai mult posibil, deoarece acestea sunt supuse unor forțe și accelerații foarte mari.

Scutire

Ecranul lagărului poate varia în funcție de necesitatea, aplicarea și ungerea lagărului.

Sunt comercializate în versiunea:

• Închis , unde părțile rulante ale lagărului sunt protejate de agenții externi. Pot fi de două tipuri:
  • Scut : în acești rulmenți bilele sau rolele sunt protejate în interiorul celor două inele de o pereche de flanșe subțiri din metal. Acest tip de protecție este eficient împotriva prafului;
  • Etanșe la apă : în acești rulmenți bilele sau rolele sunt protejate în interiorul celor două inele de o pereche de flanșe subțiri de cauciuc etanșe. În acest caz, lubrifiantul necesar, suficient pentru întreaga durată de viață a rulmentului, este introdus de producător în timpul fazei de asamblare. Acest tip de protecție este eficient atât împotriva prafului, cât și a fluidelor;
• Deschis , în cazul în care piesele rulante sunt expuse mediului extern și, prin urmare, nu este recomandabil să le utilizați în medii dure (prezența prafului sau a fluidelor corozive)

Ungerea lagărului

Cutii cu role cu sistem de lubrifiere diferit

Ungerea unui rulment cu bile sau role este esențială, deoarece este dovedit că, în absența lubrifiantului, este deteriorat iremediabil într-un timp scurt.

Ungerea îndeplinește anumite funcții și anume:

• Facilitează alunecarea bilelor sau rolelor, reducând semnificativ fricțiunea și uzura pieselor în mișcare.
• Protejează rulmentul de coroziune de către agenți externi și impurități.
• Disipează căldura care este inevitabil creată din cauza alunecării și fricțiunii.

Ungerea poate fi fie cu grăsime, fie cu ulei. Lubrifierea cu grăsime este de obicei utilizată, dar în anumite condiții este preferabilă lubrifierea cu ulei, în special în mecanismele lubrifiate cu ulei în care este dificil, dacă nu imposibil, separarea lubrifierii lagărelor de cea a celorlalte părți.

Ungerea cu grăsime

Lubrifierea cu grăsime este de preferat lubrifierii cu ulei ori de câte ori este posibil, deoarece are mai multe avantaje:

• Grăsimea este ușor reținută de pe scaun.
• Sunt suficiente dispozitive de lubrifiere simple și ieftine.
• Grăsimea protejează rulmentul mai bine de murdărie și coroziune.

Pe de altă parte, grăsimea poate fi utilizată doar la viteze mici, nu ajunge la suporturi greu accesibile și datorită vâscozității sale nu este potrivită pentru lubrifierea rulmenților mici, în special a rulmenților cu role.

Carcasa trebuie umplută doar cu 30-50% cu grăsime, în timp ce este complet umplută atunci când protecția împotriva coroziunii este predominantă și apar viteze de rotație foarte mici.

La rulmenții mici, lubrifierea cu grăsime este adesea efectuată odată pentru totdeauna în timpul asamblării, în timp ce la cele medii și mari trebuie efectuată în mod regulat.

Dacă relubricarea trebuie efectuată la intervale regulate, este pur și simplu necesar să se prevadă un capac detașabil prin care se extrage grăsimea veche pentru a o introduce pe cea nouă. Pe de altă parte, dacă trebuie efectuată mai frecvent, trebuie prevăzută o mamelă de grăsime care să facă grăsimea să curgă direct pe elementele de rulare și o cameră pentru cea veche.

O aplicație pe scară largă a rulmenților lubrifiați cu grăsime este în butucii roților vehiculului.

Ungerea cu ulei

Acest tip de lubrifiere, pe de altă parte, este preferat atunci când condițiile de utilizare nu recomandă utilizarea grăsimii, adică atunci când:

• Viteza de rotație a rulmentului este foarte mare și nu se recomandă utilizarea grăsimilor.
• Căldura generată de rulment sau din exterior trebuie îndepărtată eficient.
• Suporturile sunt greu accesibile și este necesar să verificați frecvent prezența lubrifiantului.
• Elementele de rulare sunt mici și dificil de accesat cu grăsimi, cum ar fi rulmenții cu role cu ace.

În mod natural, lubrifierea cu ulei are mai multe dezavantaje, de fapt necesită elemente de etanșare mai bune și mai scumpe.

Fundamental este etanșarea ermetică perfectă a suporturilor și posibilitatea de a verifica prezența lubrifiantului.

Există în principal 4 tipuri diferite de lubrifiere:

• Lubrifierea băii de ulei.
• Lubrifierea circulației.
• Lubrifiere prin injecție sub presiune.
• Ungere cu ceață.

Lubrifierea băii de ulei

Este o soluție simplă și economică, potrivită în special atunci când viteza de rotație este mică. În timpul rotației, elementele rulante trag uleiul și îl distribuie pe lagăr.

Elementele rulante sunt scufundate în uleiul conținut în interiorul carcasei. Nivelul uleiului, cu rulmentul staționar, este ușor mai mic decât centrul elementului de rulare inferior. Acest nivel poate fi redus și mai mult atunci când viteza de rotație este deosebit de mare, pentru a limita clătirea și, prin urmare, îmbătrânirea uleiului. Tocmai din cauza acestui flutter, uleiul din acest sistem trebuie înlocuit frecvent.

Lubrifierea circulației

Este un sistem eficient care permite să aibă în mod constant cantități mici de ulei în rulment. Lubrifiantul poate fi circulat atât în ​​interior cât și în exteriorul lagărului.

În circulația internă, uleiul este făcut să curgă la rulment prin intermediul unor bucșe conice speciale care, rotind cu viteză mare, aruncă uleiul asupra elementelor de rulare.

În cazul turațiilor deosebit de mari, este preferabilă circulația externă, care permite întotdeauna cantități mici de ulei în lagăr, în timp ce lubrifiantul este răcit și filtrat, pentru a avea temperaturi de funcționare scăzute.

Uleiurile cu picurare pot fi clasificate și ca circulație: în aceste sisteme uleiul este picurat pe elementele rulante și apoi colectat într-o tavă subiacentă, care are o gaură de aerisire pentru a transporta excesul de ulei.

Lubrifiere prin injecție

În acest sistem uleiul este pompat la o presiune ridicată prin intermediul unei pompe și este eliberat cu viteză mare pe elementele de rulare prin duze speciale. Această viteză trebuie să fie mare, aproximativ 15 m / s și cel puțin o parte din ulei trebuie să treacă prin vartejul creat de elementele de rulare la viteză mare.

Ungere cu ceață

În acest sistem, uleiul este atomizat fin cu un jet de aer dintr-o duză specială pentru nebulizator.

Se folosește aer comprimat, care trebuie uscat și filtrat, la o presiune puțin mai mare decât presiunea atmosferică. Cu acest sistem se obține o răcire excelentă a rulmentului și se obține un suport având o presiune puțin mai mare decât cea atmosferică, ceea ce împiedică intrarea substanțelor străine.

Deteriora

Două inele interioare a două rulmenți cu bile, în stânga este posibil să se vadă o supraîncărcare termică, în dreapta o uzură semnificativă

Rulmenții pot fi deteriorați de diferite tipuri, în funcție de diferiți factori direcți sau indirecți. Pentru a analiza daunele, apare tipul de urmă de trecere, care în timp apare și în condiții normale și, din acest motiv, nu este întotdeauna o indicație a deteriorării: ^[3]

• Exfolierea sau crăpare (exfolierea), are loc desprinderea de fragmente metalice de pante și corpurile de rulare, daune care se propagă de la suprafața interioară a corpului deteriorat, are loc la final de viață datorită deteriorării din cauza oboselii sau în caz de suprasarcină geometrie dinamică sau greșită.
• Zgâriere sau ciobire (spalling), are loc desprinderea fragmentelor metalice de pe piste și elementele de rulare, daune care se propagă de la suprafața exterioară a corpului deteriorat
• Stripping (decojire), sunt un set de zgârieturi sau cioburi, care în timp pot deveni o descuamare.
• Măcinarea și pătarea, cauzate de frecarea sub sarcină a două suprafețe nelubrifiate (ruperea filmului), care duce în multe cazuri la transferul materialului de sudură
• Îndepărtarea abrazivă uzură (uzura) a materialului din părțile mai puțin rezistente, care par a fi șlefuită și pașii pot forma în ceea ce privește zonele non șlefuite.

Uzura prin frecare, rulmentul stâng rotind pe scaun, arborele drept rotindu-se pe rulment

• Prin frecare uzură ( uzură de frecare ), uzura între două materiale comprimate între ele, care prezintă microscorrimenti, apare în general între scaunul lagărului și lagărul sau între arborele și lagărul
• Perforarea sau indentarea (dentare sau indentare) apar pe suprafața crestăturilor de pe pante sau elemente rulante
• Pete (pete) cauzate de micro-urechi și reacții cu lubrifianți
• Schimbarea culorii (decolorarea), apare în aproape toate cazurile din cauza supraîncălzirii, care aduce culoarea la galben-auriu, apoi la maro și în cele din urmă la albastru (albastru)
• Sechestrarea este, în general, extremizarea tipică a altor forme de deteriorare și duce la sudarea extinsă, astfel încât să blocheze funcționarea acesteia
• Coroziune cauzată de agresiuni chimice de mediu sau de fluide corozive
• Fisurile sunt fisuri sau fisuri din material fără detașarea acestora
• Ruperea când fisura se extinde excesiv, are loc desprinderea unei părți a materialului
• Deteriorări electrice Trecerea curentului electric duce la deteriorarea filmului de lubrifiere și poate suda elementele de rulare pe căile de rulare
• Deteriorarea cuștii poate fi dată de
  • Zdrobire sau deformare la impact
  • Uzura cauzată de alunecarea normală cu elementele de rulare și accentuată de ungerea slabă
  • Spargerea niturilor care țin cușca sau a coloanelor acesteia

Jocul lagărului

Pentru a funcționa, rulmenții trebuie să aibă un anumit joc, astfel încât atunci când ating temperatura de funcționare expansiunea lor termică să nu conducă la o strângere a rulmentului, compromitând atât netezimea, cât și durata și rezistența rulmentului.

Jocul în cauză este de două tipuri:

• Radial , degajare care determină deplasarea radială (nealiniere) a inelului interior al lagărului, caracterizată prin spațiul gol dintre bile / role și cele două inele, unde jocul radial standard nu este denumit / transcris pe lagăr, în timp ce jocurile mai mari o pe acesta sunt imprimate minori, abrevierile variind de la C3 în sus indică goluri mai mari, în timp ce abrevierile de la C2 în jos indică goluri minore;
  Există, de asemenea, execuții speciale pentru aceste jocuri, unde codul jocului este marcat cu prefixul "SP" și, în general, există un joc intermediar între două clase de jocuri ^[4] .
• Axial , Clearance care determină deplasarea axială (de-a lungul axei) inelului interior al rulmentului ^[5] .

În ceea ce privește cuplarea rulmentului, aceasta poate fi interferență, slabă sau incertă, în funcție de tipul de aplicare și de precizia ansamblului dorit.

Aplicații

Rulmenții în funcție de versiunea lor (role, bile cu un singur rând, orientabile, sigilate sau deschise) au o aplicație specifică și diferite probleme; utilizarea unui rulment în detrimentul altuia necesită o analiză atentă a caracteristicilor constructive și de performanță ale lagărului, adică o analiză a tipului de performanță care trebuie respectat și o analiză a mediului în care sunt alocate. ^{[6] [7]}

Notă

Bibliografie

• Luigi Caligaris, Stefano Fava, Carlo Tomasello, Manual de mecanică , Milano, Ulrico Hoepli Editore SpA, 2006. ISBN 88-203-2901-8

Elemente conexe

• Frecare
• Lubrifiant
• Bucșă
• Bucșă
• Contactul hertzian

Alte proiecte

• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe rulment

linkuri externe

• (RO) , care poartă pe Encyclopedia Britannica , Encyclopaedia Britannica, Inc.
• Explicația funcționării unui rulment englezesc
• SKF Bearing Dictionary , pe skf.com (arhivat din original la 26 decembrie 2008) .
• Explicație tehnică a rulmenților magnetici de la Magnetal - un furnizor de rulmenți magnetici , la magnetal.se .
• modurile și cauzele defecțiunii rulmenților rulanți , pe slideshare.net .

Portal de inginerie

Portal mecanic