rulmenti montaje curs

26
6. RULMENŢI. MONTAJE CU RULMENŢI 6.1. DEFINIRE. CARACTERIZARE. DOMENII DE UTILIZARE. CLASIFICARE Lagărele sunt definite ca organe de maşini utilizate pentru susţinerea arborilor sau a altor piese cu mişcare de rotaţie, servind pentru preluarea sarcinilor care acţionează asupra acestora. Dacă frecarea din interiorul lagărului este frecare cu rostogolire, lagărele se numesc lagăre cu rostogolire. Rulmentul este elementul principal al lagărului cu rostogolire. Alături de rulment, în componenţa lagărului cu rostogolire intră fusul arborelui, carcasa, elementele de fixare axială, sistemele de ungere şi de etanşare. Rulmenţii (fig. 6.1) sunt ansambluri independente, formate din: inel exterior (1), cu cale de rulare la interior; inel interior (2), cu cale de rulare la exterior; corpuri de rostogolire (3) şi colivie (4), care împiedică contactul dintre corpurile de rostogolire prin dispunerea echiunghiulară a acestora. La unele lagăre, pentru reducerea gabaritului radial, se utilizează rulmenţi fără inelul interior sau fără ambele inele, caz în care se execută căi de rulare pe fusul arborelui şi, eventual, pe carcasă. Principalele avantaje ale lagărelor cu rostogolire sunt: randament ridicat; capacitate mare de încărcare pe unitatea de lungime, deci gabarit axial redus; consum redus de lubrifiant; întreţinere uşoară; interschimbabilitate, datorită standardizării internaţionale. Dezavantajele lagărelor cu rostogolire sunt: gabarit radial relativ ridicat; durabilitate scăzută la funcţionarea cu turaţii foarte mari sau în prezenţa şocurilor şi vibraţiilor. Fig. 6.1 Elementele componente ale unui rulment

Upload: tesce

Post on 31-Jul-2015

166 views

Category:

Documents


8 download

TRANSCRIPT

Page 1: Rulmenti Montaje Curs

6. RULMENŢI. MONTAJE CU RULMENŢI

6.1. DEFINIRE. CARACTERIZARE. DOMENII DE UTILIZARE.

CLASIFICARE Lagărele sunt definite ca organe de maşini utilizate pentru susţinerea arborilor sau a altor piese cu mişcare de rotaţie, servind pentru preluarea sarcinilor care acţionează asupra acestora. Dacă frecarea din interiorul lagărului este frecare cu rostogolire, lagărele se numesc lagăre cu rostogolire. Rulmentul este elementul principal al lagărului cu rostogolire. Alături de rulment, în componenţa lagărului cu rostogolire intră fusul arborelui, carcasa, elementele de fixare axială, sistemele de ungere şi de etanşare. Rulmenţii (fig. 6.1) sunt ansambluri independente, formate din: inel exterior (1), cu cale de rulare la interior; inel interior (2), cu cale de rulare la exterior; corpuri de rostogolire (3) şi colivie (4), care împiedică contactul dintre corpurile de rostogolire prin dispunerea echiunghiulară a acestora. La unele lagăre, pentru reducerea gabaritului radial, se utilizează rulmenţi fără inelul interior sau fără ambele inele, caz în care se execută căi de rulare pe fusul arborelui şi, eventual, pe carcasă. Principalele avantaje ale lagărelor cu rostogolire sunt:

randament ridicat; capacitate mare de încărcare pe unitatea de lungime, deci gabarit axial redus; consum redus de lubrifiant; întreţinere uşoară; interschimbabilitate, datorită standardizării internaţionale.

Dezavantajele lagărelor cu rostogolire sunt: gabarit radial relativ ridicat; durabilitate scăzută la funcţionarea cu turaţii foarte mari sau în prezenţa şocurilor şi

vibraţiilor.

Fig. 6.1 Elementele componente ale unui rulment

Page 2: Rulmenti Montaje Curs

În prezent, lagărele cu rostogolire constituie principalul tip de lagăr utilizat în construcţia de maşini, domeniile de folosire fiind limitate doar de necesitatea realizării unor turaţii foarte mari sau de prezenţa şocurilor şi vibraţiilor. Clasificarea rulmenţilor se face după o serie de criterii.

• După forma corpurilor de rostogolire (fig. 6.2), se deosebesc: rulmenţi cu bile, rulmenţi cu role cilindrice, rulmenţi cu ace, rulmenţi cu role conice, rulmenţi cu role butoi simetrice sau asimetrice.

Fig. 6.2 Corpuri de rostogolire

• Numărul de rânduri de dispunere a corpurilor de rostogolire împarte rulmenţii în rulmenţi cu corpurile de rostogolire dispuse pe un rând, pe două rânduri sau pe mai multe rânduri.

• După capacitatea de preluare a deformaţiilor unghiulare se deosebesc rulmenţii obişnuiţi (care pot prelua abateri unghiulare foarte mici) şi rulmenţi oscilanţi (cu capacitate ridicată de preluare a abaterilor unghiulare).

• Direcţia sarcinii principale preluate împarte rulmenţii în: rulmenţi radiali (preiau sarcini radiale şi, eventual, sarcini axiale mici), rulmenţi axiali (preiau sarcini axiale), rulmenţi radial-axiali (preiau, în principal, sarcini radiale, dar şi sarcini axiale), rulmenţi axial-radiali (preiau, în principal, sarcini axiale, dar şi sarcini radiale).

• După construcţia şi materialul coliviei, se deosebesc rulmenţi cu colivie ştanţată (din tablă de oţel) sau cu colivie masivă (din textolit, alamă, duraluminiu etc.).

• După elementele de etanşare cuprinse în construcţia rulmentului, rulmenţii pot fi: neetanşaţi (fără sisteme de etanşare proprii), etanşaţi (umpluţi cu unsoare consistentă şi prevăzuţi, între inele, pe ambele feţe, cu discuri din materiale nemetalice), protejaţi (umpluţi cu unsoare consistentă şi prevăzuţi, între inele, pe ambele feţe, cu discuri din materiale metalice).

• După valoarea jocului radial se deosebesc rulmenţi cu joc radial normal, mărit sau micşorat, joc determinat de precizia de execuţie care poate fi normală sau ridicată.

• După dimensiunile de gabarit, conform standardelor, se deosebesc serii de diametre (cu diferenţe pe direcţie radială) şi serii de lăţimi (cu diferenţe pe direcţie axială – numai la rulmenţii cu role), acestea influenţând capacitatea de încărcare a rulmenţilor.

Standardizarea rulmenţilor, pe plan mondial, cuprinde o mare diversitate constructivă şi tipodimensională. Recunoaşterea rulmenţilor se face pe baza unei simbolizări, de asemenea, standardizate. Simbolizarea se face printr-un şir de litere sau cifre care semnifică, în ordine {Tipul rulmentului}{Seria de lăţimi}{Seria de diametre}{Diametrul interior}.

• Tipul rulmentului poate fi o cifră (3 – pentru rulment radial-axial cu role conice, 6 – pentru rulment radial cu bile, 7 – pentru rulment radial-axial cu bile etc.) sau un grup de litere, pentru rulmenţii radiali cu role cilindrice (N – pentru rulment radial cu role cilindrice cu doi umeri la inelul interior, NU – pentru rulment radial cu role cilindrice cu doi umeri la inelul exterior etc.).

Page 3: Rulmenti Montaje Curs

• Seria de lăţimi este o cifră, cu atât mai mare cu cât lăţimea rulmentului este mai mare. Apare doar la anumite tipuri de rulmenţi (în general, la cei cu role).

• Seria de diametre este o cifră, cu atât mai mare cu cât diametrul exterior este mai mare. • Diametrul interior rezultă prin înmulţirea cu 5 a numărului format din ultimele două cifre

ale simbolului. Pentru exemplificare: simbolul 6 2 05 reprezintă un rulment radial cu bile (6), din seria de

diametre 2, cu diametrul interior de 5 x 05 = 25 mm; 3 0 2 06 reprezintă un rulment radial-axial cu role conice (3), din seria 0 de lăţimi, din seria 2 de diametre şi cu diametrul interior de 5 x 06 = 30 mm.

6.2. PRINCIPALELE TIPURI DE RULMENŢI Rulmenţii radiali cu bile pe un rând [4, 11, 12, 14, 108, 109, 110] (fig. 6.3) sunt utilizaţi

pentru preluarea de sarcini radiale medii şi sarcini axiale mici în ambele sensuri. Aceşti rulmenţi se execută în mai multe variante constructive: normali (fig. 6.3, a); protejaţi, cu capace metalice dispuse pe o parte (-Z, fig. 6.3, b) sau pe ambele părţi (-2Z, fig. 6.3, b); etanşaţi, pe o parte (-RS, fig. 6.3, c) sau pe ambele părţi (-2RS, fig. 6.3, c); cu canal practicat pe inelul exterior, normal (-N, fig. 6.3, d) sau protejat pe o parte (-ZN, fig. 6.3, d). Inelele au prevăzute căi de rulare adânci prin umerii cărora pot fi transmise sarcinile axiale. Razele de curbură ale căilor de rulare asigură contact teoretic liniar în stare încărcată dar punctiform în stare liberă. Jocul din rulmenţi asigură posibilitatea preluării unor abateri unghiulare ale axelor celor două inele de până la 8`. Funcţionarea cu abateri unghiulare între inele conduce la reducerea durabilităţii rulmentului, motiv pentru care utilizarea acestor rulmenţi se limitează la arbori a căror lungime nu depăşeşte de 10 ori diametrul fusului de rulment.

Rulmenţii radiali oscilanţi cu bile pe două rânduri [4, 11, 12, 14, 108, 109, 110] (fig. 6.4) se utilizează pentru preluarea de sarcini radiale medii-mari şi de sarcini axiale mici-medii în ambele sensuri, permiţând abateri unghiulare ale axelor celor două inele de până la 2,5…3º. Inelul interior este prevăzut cu două căi de rulare de forma celor de la rulmenţi radiali cu bile pe un rând. Calea de rulare de pe inelul exterior este sferică, oferind posibilitatea inelului interior şi bilelor să oscileze în jurul centrului rulmentului. Se recomandă utilizarea acestor rulmenţi la arbori cu deformaţii mari de încovoiere (arbori lungi sau elastici) şi la montaje pentru care coaxialitatea alezajelor de

a b c d

Fig. 6.4 Rulmenţi radiali oscilanţi cu bile pe două rânduri

Page 4: Rulmenti Montaje Curs

rulmenţi este greu de realizat. Rulmenţii radial oscilanţi cu bile pe două rânduri se execută în varianta normală (v. fig. 6.4) sau cu alezaj conic pe inelul interior (K, v. fig. 6.4) pentru montaj pe fus conic sau pe fus cilindric prin intermediul unei bucşe speciale de rulment (H).

Rulmenţii radial-axiali cu bile pe un rând [4, 11, 12, 14, 108, 109, 110](fig. 6.5) sunt destinaţi preluării de sarcini radiale medii şi de sarcini axiale mici-medii care acţionează într-un singur sens. Inelele sunt asimetrice, având căi de rulare cu umăr pe o singură parte. Dreapta care uneşte punctele de contact dintre corpurile de rostogolire şi căile de rulare face un unghi β = 12…40º cu planul de dispunere a bilelor. Rulmenţii cu β mare se utilizează atunci când sarcina axială este importantă, iar cei cu β mic, atunci când predomină sarcina radială. Rulmenţii radial-axiali se montează în perechi (în “X” sau în “O”), în acelaşi lagăr sau în lagăre diferite. Reglarea jocului din rulmenţi se face la montaj, prin deplasarea relativă a inelelor. Se recomandă utilizarea acestor rulmenţi în cazul arborilor rigizi, deoarece nu pot prelua abateri unghiulare semnificative între axele inelelor.

Rulmenţii radial-axiali cu bile pe două rânduri [4, 11, 12, 14, 108, 109, 110] (fig. 6.6) preiau sarcini radiale medii-mari şi sarcini axiale mici-medii în ambele sensuri, fiind echivalenţi cu doi rulmenţi radial-axiali cu bile pe un rând, montaţi în “O”. Aceşti rulmenţi sunt foarte sensibili la abateri unghiulare ale axelor inelelor, ceea ce le limitează utilizarea pentru arbori scurţi şi rigizi.

Rulmenţii radiali cu role cilindrice pe un rând [4, 11, 12, 14, 108, 109, 110] (fig. 6.7) se utilizează pentru preluarea de sarcini radiale mari şi uneori de sarcini axiale mici care acţionează într-un sens sau în ambele sensuri (în funcţie de construcţia rulmentului). Spre deosebire de rulmenţii cu bile, căile de rulare ale rulmenţilor cu role cilindrice au formă cilindrică, iar datorită contactului liniar cilindru pe cilindru dintre role şi căile de rulare, capacitatea de preluare a sarcinilor radiale este semnificativ mai mare. Constructiv, se deosebesc

următoarele variante de rulmenţi radiali cu role pe un rând: cu doi umeri pe inelul interior (tip N) sau cu doi umeri pe inelul exterior (tip NU), celălalt inel fiind fără umeri (fig. 6.7, a); cu trei umeri (fig. 6.7, b) dintre care două pe inelul exterior, celălalt umăr fiind prevăzut pe inelul interior (tip NJ) sau realizat dintr-o piesă detaşabilă (tip NU+HJ); cu patru umeri, câte doi pe fiecare inel, dintre care un umăr de pe inelul interior este detaşabil (tip NUP sau NJ+HJ, fig. 6.7, c). Utilizarea rulmenţilor radiali cu role cilindrice pe un rând este limitată la arbori scurţi şi rigizi, fiind foarte sensibili la deformaţii de încovoiere ale arborilor. Orice abatere unghiulară a axelor inelelor determină concentrări puternice de tensiuni la capetele rolelor conducând la reducerea drastică a durabilităţii.

Fig. 6.5 Rulment radial-axiali cu bile pe un rând

Fig. 6.6 Rulment

radial-axial cu bile pe două

rânduri

a b c

Fig. 6.7 Rulmenţi radiali cu role cilindrice pe un rând

Page 5: Rulmenti Montaje Curs

Rulmenţii radiali cu role cilindrice pe două rânduri [4, 11, 12, 14, 108, 109, 110] (fig.6.8) preiau sarcini radiale mai mari decât rulmenţii cu role cilindrice pe un rând şi nu preiau sarcini axiale. Deoarece sunt şi mai sensibili la deformaţia de încovoiere a arborilor se utilizează la arbori foarte rigizi. Se execută cu inel exterior fără umeri (tip NN) sau cu inel interior fără umeri (tip NNU).

Rulmenţii cu ace [4, 11, 12, 14, 108, 109, 110] (fig. 6.9) sunt rulmenţi cu role cilindrice cu diametre mici şi lungimi mari (de până la 10 ori mai mari decât diametrul acelor). Având gabarit radial redus, aceşti rulmenţi preiau sarcini radiale comparative cu rulmenţii cu role cilindrice şi nu preiau sarcini axiale. Se pot executa cu ace dispuse pe un rând (fig. 6.9, a) sau pe două rânduri (fig. 6.9, b). Pentru micşorarea dimensiunilor radiale se poate renunţa la inelul interior (fig. 6.9, a, b şi c) sau chiar la ambele inele (fig. 6.9, d). În aceste cazuri se execută căi de rulare pe fusul arborelui şi, eventual, în carcasă, suprafeţele acestora trebuind să fie durificate şi rectificate. La fel ca şi rulmenţii cu role, rulmenţii cu ace sunt foarte sensibili la deformaţiile de încovoiere ale arborilor, utilizarea lor fiind limitată la arbori scurţi şi rigizi.

Rulmenţii radiali oscilanţi cu role pe două rânduri [4, 11, 12, 14, 108, 109, 110] (fig. 6.10) sunt destinaţi preluării de sarcini radiale mari şi foarte mari şi a unor sarcini axiale medii în ambele sensuri, având capacitatea de a prelua abateri unghiulare întra axele inelelor de până la 3º. Sunt asemănători cu rulmenţii radiali oscilanţi cu bile pe două rânduri, având calea de rulare de pe inelul exterior de formă sferică şi executându-se în varianta normală (v. fig. 6.10, a) sau cu alezaj conic pe inelul interior (K, v. fig. 6.10 a şi b) pentru montaj pe fus conic sau pe fus cilindric prin intermediul unei bucşe speciale de rulment (AH).

Rulmenţii radial-axiali cu role conice [4, 11, 12, 14, 108, 109, 110] (fig. 6.11) preiau sarcini radiale mari şi sarcini axiale medii-mari care acţionează într-un singur sens. Căile de rulare şi rolele sunt conice. Pentru ca în funcţionare să nu apară alunecări, conurile căilor de rulare şi ale rolelor trebuie să aibă vârfurile coincidente. Rolele sunt fixate pe inelul interior care are umeri, în timp ce inelul exterior are căi de rulare lise (fără umeri). Din această cauză, rulmenţii radial-axiali cu role conice sunt demontabili, inelul exterior, respectiv inelul interior cu rolele montându-se separat în lagăr. Unghiul de contact β este unghiul dintre normala la axa rolelor şi planul de dispunere a rolelor, acelaşi cu unghiul dintre axa rolelor şi axa rulmentului (v. fig. 6.11, a). Rulmenţii radial-axiali cu role conice se execută cu

Fig. 6.8 Rulmenţi

radiali cu role cilindrice pe două

rânduri

a b c d

Fig. 6.9 Rulmenţi cu ace

a b

Fig. 6.10 Rulmenţi radiali oscilanţi cu role pe două

rânduri

Page 6: Rulmenti Montaje Curs

unghiuri de contact de 10º sau 28º. Rulmenţii cu β = 10º se utilizează atunci când sarcina radială este predominantă, iar cei cu β = 28º, atunci când predomină sarcina axială. Rulmenţii radial-axiali cu role conice pe un rând se montează în perechi (în “X” sau în “O”), în acelaşi lagăr sau în lagăre diferite. Se execută şi rulmenţi radial-axiali cu role conice pe două rânduri (fig. 6.11, b) sau chiar pe patru rânduri, pentru sarcini radiale foarte mari. Reglarea jocului din rulmenţi se face la montaj, prin deplasarea relativă a inelelor. Se recomandă utilizarea acestor rulmenţi în cazul arborilor rigizi, deoarece sunt foarte sensibili la abateri unghiulare între axele inelelor.

Rulmenţii axiali [4, 11, 12, 14, 108, 109] (fig. 6.12) se execută cu bile (fig. 6.12, a şi b), cu ace (fig. 6.12, c) sau cu role cilindrice – nestandardizaţi (fig. 6.12, d). Aceşti rulmenţi sunt utilizaţi pentru preluarea de sarcini axiale foarte mari într-un singur sens (cei cu simplu efect – fig. 6.12, a, c, d) sau în ambele sensuri (cei cu dublu efect – fig. 6.12, b). Deoarece nu fixează radial arborele, aceşti rulmenţi se utilizează, de regulă, în combinaţie cu rulmenţi radiali. Fiind demontabili, se recomandă ca, în stare montată, asupra lor să acţioneze o forţă axială minimă, prevăzută în cataloagele de rulmenţi. Rulmenţii axiali sunt

sensibili la deformaţiile de încovoiere ale arborilor şi la turaţii ridicate, datorită efectului de centrifugare a corpurilor de rostogolire.

Rulmenţii axial-radiali [4, 12, 14, 108, 109] (fig. 6.13) preiau sarcini axiale mari sau foarte mari şi sarcini radiale mici sau medii. Se întâlnesc construcţii nestandardizate cu bile (fig. 6.13, a), cei cu role (fig. 6.13, b) fiind axial-oscilanţi şi având capacitate de preluare aunor abateri unghiulare între axele inelelor de până la 2…3º. Deoarece rulmenţii sunt demontabili se recomandă acţiunea unei forţe axiale minimă, prevăzută în cataloagele de rulmenţi, chiar în stare de repaus.

6.3. MONTAJE CU RULMENŢI Montajul cu rulmenţi este reprezentat de subansamblul format din arbore (împreună cu

piesele susţinute de acesta), lagăre şi carcasele pe care se sprijină.

a b c d

Fug. 6.12 Rulmenţi axiali

a b

Fig. 6.13 Rulmenţi axial-radiali

a b

Fig. 6.11 Rulmenţi radial-axiali cu role conice

Page 7: Rulmenti Montaje Curs

Montajul cu rulmenţi trebuie să asigure posibilitatea de rotire a arborelui şi a pieselor montate pe acesta şi transmiterea sarcinii de la aceste piese la partea fixă (batiu, carcasă etc.).

Condiţiile care trebuiesc respectate de un montaj cu rulmenţi sunt: să fixeze axial arborele (să permită transmiterea sarcinilor axiale de la arbore la carcasă); să fixeze radial arborele (să permită transmiterea sarcinilor radiale de la arbore la

carcasă); să nu introducă forţe suplimentare în rulmenţi, dacă arborele se dilată şi/sau se încovoaie.

6.3.1. Fixarea axială a inelelor rulmenţilor Elementele constructive care pot fi utilizate pentru fixarea axială a rulmenţilor depind de

mărimea sarcinilor axiale care trebuie preluate şi de inelul pentru care se face fixarea axială. Pentru fixarea axială a rulmenţilor care fac parte din montaje care nu sunt încărcate axial, este suficientă fixarea unui inel prin ajustajul cu strângere dintre inelul respectiv şi piesa conjugată. Fixarea rulmenţilor care preiau forţe axiale se realizează prin elemente constructive suplimentare, care diferă în funcţie de inelul pe care îl fixează.

Cele mai întâlnite elementele constructive utilizate pentru fixarea inelelor interioare (fig. 6.14) sunt:

cu umăr de sprijin executat pe arbore (a); cu bucşă intermediară între inelul rulmentului şi un umăr de pe arbore sau o altă piesă

fixată pe arbore (b); cu inel elastic de rezemare (c); cu piuliţă de rulment (d); cu şaibă de fixare cu şuruburi (e), doar la capete de arbori.

a b c d e

Fig. 6.14 Elemente de fixare axială pentru inelele interioare

Fixarea inelelor exterioare de rulmenţi (fig. 6.15) se poate realiza prin unul dintre următoarele elemente:

capacul lagărului (a, b); piese filetate înşurubate în carcasă (c) sau în alte elemente fixate pe carcasă; umăr de sprijin realizat în carcasă (d) sau în paharul de rulment (e); inel elastic de rezemare fixat în carcasă (f) sau chiar în inelul exterior al rulmentului (g).

Page 8: Rulmenti Montaje Curs

a b c d

e f g

Fig. 6.15 Elemente de fixare axială pentru inelele exterioare

6.3.2. Ajustaje şi toleranţe pentru lagărele cu rulmenţi Fixarea radială a rulmenţilor se realizează prin alegerea ajustajelor dintre inele şi piesele

conjugate (fusul arborelui, respectiv alezajul din carcasă) şi, de asemenea, prin stabilirea jocurilor radiale corespunzătoare în funţionare.

Toleranţele la diametrul alezajului de pe inelul interior şi la diametrul exterior al inelelor exterioare ale rulmenţilor sunt standardizate pe plan internaţional. Din acest motiv toleranţele la diametrele de fusuri se aleg în sistem alezaj unitar, iar toleranţele la diametrele alezajelor din carcase se aleg în sistem arbore unitar. Aceste toleranţe determină tipurile de ajustaje (cu joc sau cu strângere) dintre fusul arborelui şi inelul interior al rulmentului, respectiv dintre inelul exterior şi alezajul din carcasă. Se utilizează câmpuri de toleranţă între g6 şi n6 pentru fusurile de rulmenţi şi între H6, H7 şi P6, P7 pentru alezajul din carcasă.

Page 9: Rulmenti Montaje Curs

Tipurile de ajustaje se aleg în funcţie de: modul de încărcare al inelelor; tipul şi mărimea sarcinilor preluate; tipul şi mărimea rulmentului; condiţiile de temperatură; construcţia carcaselor; condiţiile de montare-demontare; condiţii speciale de mobilitate axială.

Modul de încărcare a inelelor poate fi cu încărcare periferică sau cu încărcare locală. Dacă sarcinile îşi păstreză sensul şi direcţia, inelul rotitor este încărcat periferic şi se recomandă montarea lui cu strângere, iar inelul nerotitor este încărcat local şi se recomandă montarea lui liberă.

Tipul şi mărimea sarcinii influenţează mărimea strângerii la ajustajele presate, în sensul creşterii strângerii necesare cu mărimea sarcinii sau a şocurilor.

Tipul şi mărimea rulmentului determină strângeri mai mari la rulmenţi cu role şi mai mici la rulmenţi cu bile şi de asemenea strângeri cu atât mai mari cu cât rulmentul este mai mare.

Condiţiile de temperatură determină strângeri sau jocuri cu atât mai mari cu cât temperatura de funcţionare este mai mare.

Construcţia carcasei poate fi cu plan de separaţie – caz în care nu este permisă alegerea unui ajustaj cu strângere în carcasă, sau fară plan de separaţie, obligatorii în cazul sarcinilor cu acţiune periferică pe inelul exterior. La carcase subţiri sau din materiale uşoare se recomandă strângeri mai mari.

Condiţiile de montare şi demontare trebuie să fie cât mai simple. Dacă ambele inele se montează cu strângere este recomandată alegerea rulmenţilor demontabili sau a rulmenţilor cu alezaj conic şi bucşă de extracţie.

Condiţiile speciale de mobilitate axială se realizează prin alegerea unui ajustaj liber între inelul cu încărcare locală şi piesa conjugată.

6.3.3. Reglarea jocului din rulmenţi Deplasarea relativă dintre inele, fără aplicarea unei sarcini, pe direcţie radială sau axială, este

cunoscută sub numele de joc radial, respectiv axial. Jocul radial al unui rulment se modifică, prin montare, datorită ajustajelor cu strângere, iar în

funcţionare, datorită dilataţiilor termice. Rulmenţii radiali se execută cu trei mărimi ale jocului radial: normal, micşorat sau mărit. Jocul radial normal, în stare nemontată, este astfel stabilit încât, după montare, în condiţii normale de temperatură, jocul în funcţionare să fie optim. Dacă ajustajele se realizează cu strângeri mărite sau temperaturile de funcţionare sunt mai ridicate, se recomandă alegerea unor rulmenţi cu joc radial mărit (în stare nemontată).

Jocul axial este important de reglat la rulmenţii radial-axiali sau la rulmenţii axiali. Rulmenţii radial-axiali, nu se execută cu un anumit joc radial în stare nemontată, jocul reglându-se, la montaj, împreună cu jocul axial. Pentru ca în funcţionare să se ajungă la un joc normal, jocul reglat la montaj se stabileşte în functie de schema de montaj şi de condiţiile de temperatură.

Dacă dilataţiile termice, în funcţionare, sunt mari, jocul axial, la montaj, se reglează la valori mărite, în cazul montajelor cu rulmenţi radial-axiali în “X”, şi la valori reduse, în cazul montajelor în “O”.

Jocul se reglează prin deplasarea inelului exterior al unui rulment, la montaje în “X”, şi prin deplasarea inelului interior al unui rulment, la montaje în “O”.

Deplasarea inelului exterior se realizează cu ajutorul unor pachete de garnituri de reglaj plasate între capacul de rulment şi carcasă (v. fig. 6.19, fig. 6.20, fig. 6.23 … 6.25) sau prin

Page 10: Rulmenti Montaje Curs

elemente filetate în capac sau în carcasă (v. fig. 6.15, c). Garniturile de reglaj se obţin din tablă de alamă şi au diferite grosimi (cuprinse între 0,1 şi 1 mm), bine stabilite.

Deplasarea inelului interior se realizează, de regulă, cu ajutorul piuliţelor de rulment (v. fig. 6.26) sau a altor piuliţe înşurubate pe arbore.

6.3.4. Scheme caracteristice de montaje cu rulmenţi Cele mai întâlnite montaje cu rulmenţi sunt cele ale arborilor sprijiniţi pe două lagăre.

Sprijinul arborilor pe mai multe lagăre se practică doar în cazul arborilor foarte lungi sau în cazul în care nu se acceptă deformaţii de încovoiere ale arborilor. La astfel de montaje respectarea coaxialităţii fusurilor este foarte importantă.

Schemele care stau la baza montajelor cu rulmenţi ale arborilor sprijiniţi pe două lagăre se diferenţiază după modul de realizare a fixării axiale. Se deosebesc trei scheme de principiu (fig. 6.16). Schema de montaj cu fixare axială la un singur capăt (fig. 6.16, a). Unul dintre lagăre (lagărul A în fig. 6.16, a) preia forţe axiale în ambele sensuri. Lagărul celălalt (lagărul B în fig. 6.16, a) este mobil pe direcţie axială, realizând numai fixarea radială. Acest tip de schemă este recomandat pentru arbori lungi, cu modificări relativ mari ale lungimii în timpul funcţionării, fie datorită dilataţiei termice (la funcţionare cu variaţii mari de temperatură), fie datorită deformaţiei elastice (sub acţiunea forţelor axiale foarte mari). Faptul că rulmenţii radiali oscilanţi pot fixa arborii în ambele sensuri şi sunt utilizaţi, de regulă, în astfel de scheme, face ca această schemă să fie recomandată în cazul arborilor cu deformaţii mari de încovoiere. De asemenea, schema de montaj cu fixare axială la un singur capăt se utilizează la arbori sprijiniţi pe mai multe lagăre, un singur lagăr realizând fixarea axială, ceilalţi fiind mobili axial. Mobilitatea axială a lagărului nefixat axial este realizată prin deplasarea rulmentului (în alezajul din carcasă sau, mai rar, faţă de fusul arborelui) sau prin deplasare axială relativă în interiorul rulmentului (între corpurile de rostogolire şi unul dintre inele). Pentru uniformizarea încărcarilor, se recomandă o încărcare radială redusă a rulmentului care realizează fixarea axială. Schema de montaj cu fixare axială la ambele capete, dinspre exterior pe inelele exteriore – montaj în “X” pentru rulmenţi radial-axiali (fig. 6.16, b). Cele două lagăre preiau fiecare forţe axiale orientate spre ele. Se utilizează, de regulă, pentru fixarea arborilor relativ scurţi, cu deformaţii axiale (termice sau elastice) reduse. Deformaţiile de încovoiere ale arborilor pot fi preluate în limitele admise de rulmenţii utilizaţi. Dacă rulmenţii folosiţi sunt radial-axiali, punctele de aplicaţie ale reacţiunilor din lagăre se deplasează spre centrul arborelui, distanţa dintre ele micşorându-se. Jocul din rulmenţi, reglat la montaj, poate fi puţin mărit, pentru a ţine seama de eventualele dilataţii termice ale arborelui, în funcţionare, care tind să îl micşoreze.

Fig. 6.16 Scheme de principiu pentru montaje cu rulmenţi

Page 11: Rulmenti Montaje Curs

Schema de montaj cu fixare axială la ambele capete, dinspre interior pe inelele exterioare – montaj în “O” pentru rulmenţi radial-axiali (fig. 6.16, c). Cele două lagăre preiau fiecare forţe axiale în câte un sens. Fiecare lagăr preia forţele axiale orientate spre celălalt lagăr. Se utilizează, de regulă, pentru fixarea arborilor relativ scurţi, cu deformaţii axiale (termice sau elastice) sau de încovoiere reduse. Dacă rulmenţii folosiţi sunt radial-axiali, punctele de aplicaţie ale reacţiunilor din lagăre se deplasează spre exteriorul arborelui, distanţa dintre ele mărindu-se. Dilataţiile termice în funcţionare măresc jocul din rulmenţi, motiv pentru care aceşti rulmenţi se montează cu o anumită pretensionare. În fig. 6.17 …6.27 sunt prezentate câteva scheme constructive de montaje cu rulmenţi, pentru arbori sprijiniţi pe două lagăre. Schemele prezentate în fig. 6.17...6.20 corespund montajelor cu fixare axială la un singur capăt. La astfel de montaje, pentru lagărul care fixează axial arborele se pot utiliza (în funcţie de mărimea sarcinilor radiale şi axiale): rulmenţi radiali cu bile pe un rând, rulmenţi radiai cu role cilindrice de tip NUP sau NJ+HJ (rulmenţi cu patru umeri), rulmenţi radiali oscilanţi sau combinaţii de rulmenţi (rulment axial cu dublu efect şi rulment radial, doi rulmenţi radial-axiali montaţi în “X” sau în “O” etc.). Pentru lagărul liber axial se pot utiliza rulmenţi radiali cu bile, cu role cilindrice (cu doi umeri), cu ace, oscilanţi cu bile sau cu role pe două rânduri. Montajul prezentat în fig. 6.17 este realizat cu rulmenţi radiali cu bile pe un rând şi poate prelua sarcini radiale mici-medii şi sarcini axiale mici. Compensarea eventualelor dilatări ale arborelui se face prin deplasarea relativă, în lagărul mobil axial, dintre inelul exterior al rulmentului şi carcasă. În figură este prezentat şi fluxul forţelor axiale în ambele sensuri, de la arbore la carcasă. În fig. 6.18 este prezentat montajul arborelui de intrare într-un reductor cilindric cu o treaptă. Montajul este realizat cu rulmenţi radiali cu role cilindrice. Fixarea axială se face prin rulmentul de tip NUP (cu patru umeri), iar lagărul mobil foloseşte un rulment de tip N (cu doi umeri) în care pot avea loc deplasări axiale relative între inelul exterior şi role, în cazul deformaţiei axiale a arborelui. Montajul este recomandat

6.17 Montaj cu fixare axială la un singur capăt, cu rulmenţi radiali cu bile

6.18 Montaj cu fixare axială la un singur capăt, cu rulmenţi

radiali cu role cilindrice

Page 12: Rulmenti Montaje Curs

pentru sarcini radiale mari şi sarcini axiale neînsemnate. Montajul prezentat în fig. 6.19 este al unui arbore de intrare într-un reductor cilindric. Sunt utilizaţi doi rulmenţi radial-axiali cu bile, montaţi în “X”, pentru lagărul care fixează axial arborele şi un rulment radial cu bile pentru lagărul mobil. Montajul este recomandat pentru sarcini radiale medii şi axiale mici-medii.

În cazul unor sarcini radiale şi axiale mari, care pot apărea la montajele arborilor cu pinioane conice în consolă (fig. 6.20), rulmenţii radial-axiali cu bile se înlocuiesc cu rulmenţi radial-axiali cu role conice, iar rulmentul radial cu bile se înlocuieşte cu un rulment radial cu role cilindrice (cu doi umeri). Reglajul rulmenţilor radial-axiali se face prin deplasarea axială a capacului, prin eliminarea sau adăugarea de garnituri de reglaj (de grosimi bine determi-nate) sub capac. Montajele prezenta-te în fig. 6.21…6.26 corespund schemelor cu fixare axială la ambele capete. La astfel de montaje se utilizează, de regulă, rulmenţi identici pentru cele două lagăre. Rulmenţii pot fi radiali (cu bile pe un rând, cu role cilindrice cu trei umeri, de tip NJ) sau radial-axiali cu bile sau

cu role conice. În fig. 6.21 este prezentat montajul arborelui de ieşire dintr-un reductor cilindric. Montajul este realizat cu rulmenţi radiali cu bile şi este destinat preluării de sarcini radiale medii şi sarcini

6.19 Montaj cu fixare axială la un singur capăt, cu doi rulmenţi radial-axiali cu bile şi un rulment radial cu bile

6.20 Montaj cu fixare axială la un singur capăt, cu doi rulmenţi radial-axiali cu role conice şi un rulment radial cu role

Page 13: Rulmenti Montaje Curs

Fig. 6.22 Montaj cu fixare axială la ambele capete, cu rulmenţi

radiali cu role cilindrice

axiale mici. Este prezentat şi fluxul eventualelor forţe axiale, în ambele sensuri, de la roata dinţată la carcasă. Pentru preluarea de forţe radiale mari şi forţe axiale neînsemnate, se recomandă utilizarea rulmenţilor radiali cu role cilindrice de tip NJ (cu trei umeri). Un astfel de montaj, pentru arborele de intrare într-un reductor cilindric, este prezentat în fig. 6.22. Dacă în funcţionare apar dilataţii ale arborelui, la montaj trebuie prevăzut un joc mărit în rulmenţi.

Montajul din fig. 6.23 este al unui arbore de intrare într-un reductor cilindric coaxial, unul dintre lagăre fiind realizat în interiorul reductorului. Utilizarea rulmenţilor radial-axiali cu bile este recomandată pentru preluarea de sarcini radiale medii şi axiale mici-medii. Se pot observa punctele de aplicaţie ale reacţiunilor din lagăre, obţinute ca intersecţii ale normalelor în punctele de contact dintre bile şi inele cu axa arborelui. Poziţia acestor normale determină denumirea de montaj în “X”. Reglarea jocului din rulmenţi se efectuează cu ajutorul pachetelor de garnituri de reglaj dintre capac şi carcasă.

6.21 Montaj cu fixare axială la ambele capete, cu rulmenţi radiali cu bile

Page 14: Rulmenti Montaje Curs

În fig. 6.24 este prezentat montajul în “X” al arborelui intermediar al unui reductor cilindric cu două trepte. Spre deosebire de montajul anterior, utilizarea rulmenţilor radial-axiali cu role conice permite preluarea de sarcini radiale şi axiale mari. Acelaşi tip de montaj are o construcţie deosebită dacă este utilizat pentru arbori de intrare în reductoare conice (fig. 6.25). La acestea, montajul este realizat ca subansamblu separat într-o piesă în formă de pahar. Reglajul jocului din rulmenţi este realizat cu ajutorul garniturilor de reglaj dintre capacul montajului şi pahar. Reglajul jocului din

angrenajul conic se efectuează, prin deplasarea axială a întregului subansamblu al pinionului, cu ajutorul garniturilor de reglaj dintre pahar şi carcasă.

Fig. 6.23 Montaj cu fixare axială la ambele capete, în “X”, cu rulmenţi radial-axiali cu bile, pentru arborele de intrare într-un

reductor cilindric coaxial

Fig. 6.24 Montaj cu fixare axială la ambele capete, în “X”, cu rulmenţi radial-axiali cu role

conice, pentru arborele intermediar al unui reductor cilindric

Page 15: Rulmenti Montaje Curs

În fig. 6.26 este prezentat un montaj cu fixare axială la ambele capete, dinspre interior pe inelele exterioare (montaj în “O”), pentru arborele de intrare într-un reductor conic. Acest montaj, cu rulmenţi radial-axiali cu role conice, preia sarcini radiale şi axiale mari. Reglajul jocului din rulmenţi este efectuat prin deplasarea inelului interior al rulmentului dinspre capătul de intrare al arborelui, cu ajutorul piuliţei de rulment. Reglajul jocului din angrenaj se efectuează prin deplasarea axială a paharului, cu ajutorul garniturilor de reglaj dintre flanşa paharului şi carcasă. Este prezentat şi fluxul forţelor axiale, în ambele sensuri, de la pinion la carcasă sau de la capătul de arbore la carcasă. Se pot observa punctele de aplicaţie ale reacţiunilor din lagăre, obţinute ca intersecţii ale normalelor la axele rolelor cu axa arborelui. Poziţia acestor normale determină denumirea de montaj în “O”.

Fig. 6.25 Montaj cu fixare axială la ambele capete, în “X”, cu rulmenţi radial-axiali cu role conice, pentru arborele de intrare într-un reductor conic

Fig. 6.26 Montaj cu fixare axială la ambele capete, în “O”, cu rulmenţi radial-axiali cu role conice, pentru

arborele de intrare într-un reductor conic

Page 16: Rulmenti Montaje Curs

Un montaj mai deosebit, prezentat în fig. 6.27, este cel al arborelui intermediar al unui reductor cilindric bifurcat în treapta a II-a. La acesta, fixarea axială se realizează prin intermediul angrenajului bifurcat din treapta a II-a. Forţa axială de pe roata condusă a treptei I este transmisă la arborele de ieşire printr-unul din angrenajele treptei bifurcate. Montajul este sprijinit pe lagăre mobile axial, realizate cu rulmenţi radiali cu role cilindrice de tip N (cu doi umeri).

6.4. MATERIALE ŞI ELEMENTE DE TEHNOLOGIE Materialele destinate inelelor şi corpurilor de rostogolire trebuie să îndeplinescă o serie de condiţii: rezistenţă mare la solicitarea de contact; rezistenţă mare la uzură; tenacitate. Oţelurile care îndeplinesc cel mai bine aceste condiţii sunt oţelurile aliate cu crom, care conţin aproximativ 1% carbon şi 1,3…1,65% crom. Alte elemente de aliere sunt manganul şi siliciul. Viteza de călire şi adâncimea de călire sunt direct dependente de conţinutul de mangan. Tratamentul termic de durificare este de călire (încălzire la 800ºC, menţinere 1 oră, răcire în ulei) urmată de revenire joasă (încălzire la 170ºC, menţinere 3 ore, răcire în ulei preîncălzit la 70ºC). După tratamentul termic, duritatea inelelor şi a corpurilor de rostogolire este de 63±3 HRC. Unele firme producătoare de rulmenţi utilizează şi oţeluri de cementare, acestea comportându-se bine la solicitări cu şocuri. Pentru rezistenţă la temperaturi ridicate sau pentru rezistenţă la coroziune, se utilizează oţeluri speciale înalt aliate, respectiv oţeluri anticorozive, aliate cu crom. Inelele rulmenţilor se execută prin strunjire, urmată de rectificare. Semifabricatele utilizate sunt de tip ţeavă laminată, pentru diametre exterioare mai mici de 20 mm şi obţinute prin forjare, pentru diametre exterioare mai mari de 20 mm.

Fig. 6.27 Montaj fără fixare axială, cu rulmenţi radiali cu role cilindrice, pentru

arborele intermediar al unui reductor cilindric bifurcat în treapta II-a

Page 17: Rulmenti Montaje Curs

Forjarea se efectuează pe maşini automate. Ulterior semifabricatele forjate se supun unui tratament termic de recoacere de globulizare (în cuptoare electrice) şi operaţiunii de sablare cu alice din fontă pentru îndepărtarea ţunderului şi a eventualelor bavuri. Strunjirea se face pe maşini automate. Înaintea operaţiei de strunjire a căilor de rulare se rectifică plan bilateral inelele, pentru asigurarea bazelor tehnologice. După strunjire se aplică tratamentul de durificare şi abia apoi se execută, în ordine, rectificarea suprafeţelor laterale, a suprafeţelor cilindrice, a căilor de rulare şi superfinisarea căilor de rulare. În final, rugozitatea suprafeţelor funcţionale este de 0,4 µm. Bilele se obţin prin presare la rece (în prese speciale), urmată de pilire şi eventual rectificare. Se continuă cu tratamentul termic de durificare, urmat de rectificare, lepuire şi sortare. Rectificarea şi lepuirea se execută cu discuri din fontă specială, cu soluţii abrazive de Al2O3, Cr2O3 şi, în final, motorină. Se obţin rugozităţi de 0,04 µm. Rolele se obţin prin debitare din bare, urmată de presare. După tratamentul termic de durificare se continuă cu operaţiile de tobuire şi de rectificare de eboşare a generatoarei rolei. 6.5. FORMELE DE DETERIORARE ALE RULMENŢILOR

Principalele cauze ale ieşirii din funcţionare a rulmenţilor sunt următoarele: formarea de adâncituri pe căile de rulare; formarea de ciupituri pe suprafeţele corpurilor de rostogolire şi pe căile de rulare; uzarea abrazivă a corpurilor de rostogolire şi a căilor de rulare ale inelelor; ruperea coliviei, inelelor şi a corpurilor de rostogolire, griparea etc. Formarea de adâncituri pe căile de rulare este principala formă de deteriorare a rulmenţilor nerotitori. În această categorie intră rulmenţii încărcaţi în repaus, rulmenţii care se rotesc cu turaţii mici (n < 10 rot/min) şi rulmenţii care execută mişcări pendulatorii.

Adânciturile pe căile de rulare sunt deformaţii remanente rezultate ca urmare a unor sarcini locale sub acţiunea cărora se depăşeşte limita de curgere a materialului. Un factor favorizant este ungerea necorespunzătoare. Evitarea acestei forme de deteriorare se face prin calculul după capacitatea de încărcare statică, acesta reprezentând criteriul siguranţei în exploatare a rulmenţilor nerotitori. Formarea de ciupituri pe suprafeţele corpurilor de rostogolire şi pe căile de rulare este principala formă de deteriorare a rulmenţilor rotitori (n > 10 rot/min) bine unşi şi bine etanşaţi. Ca urmare a procesului periodic de rostogolire a bilelor sau rolelor pe căile de rulare ale rulmenţilor, pe suprafeţele funcţionale apar tensiuni de contact variabile în timp. Această formă de deteriorare este rezultatul oboselii stratului superficial al materialului corpurilor de rostogolire şi inelelor, în care, după un anumit număr de cicluri de solicitare, se dezvoltă microfisuri de suprafaţă. În timp, datorită şi lubrifiantului presat în microfisuri, acestea se adâncesc şi în final se produc desprinderi de material care dau aspectul de ciupituri. Primele ciupituri apar, de regulă, pe căile de rulare ale inelului cel mai solicitat. În cazul bilelor, primele ciupituri apar în zona de ieşire a fibrelor la forjare. Formarea de ciupituri este remarcată prin apariţia unui zgomot în funcţionare, conducând şi la mărirea jocului din rulment. Evitarea acestei forme de deteriorare se face prin calculul de durabilitate, după capacitatea de încărcare dinamică, acesta reprezentând criteriul siguranţei în exploatare a rulmenţilor rotitori.

Page 18: Rulmenti Montaje Curs

Uzarea abrazivă a corpurilor de rostogolire şi a căilor de rulare ale inelelor apare, în special, la rulmenţii care funcţionează în condiţii precare de ungere şi etanşare, în medii abrazive. Rezultatele uzării abrazive sunt identice cu cele ale formării de ciupituri: apariţia unui zgomot în funcţionare şi mărirea jocului din rulment. Această formă de deteriorare poate fi limitată prin mărirea eficacităţii sistemelor de ungere şi etanşare. Ruperile coliviei, a inelelor sau a corpurilor de rostogolire sunt forme de deteriorare întâmplătoare, datorate erorilor, impreciziilor de execuţie şi montaj sau exploatării necorespunzătoare a rulmenţilor. Cea mai periculoasă este ruperea coliviei, la rulmenţii care funcţionează la turaţii ridicate şi la cei montaţi cu presţrângere. Ruperea coliviei apare în dreptul corpurilor de rostogolire, după o uzare prealabilă a locaşurior acestora, sau în zona de asamblare prin nituri. La inelele rulmenţilor se poate produce fisurarea gulerelor. Griparea apare la rulmenţii care funcţionează la temperaturi ridicate şi încărcări mari în condiţii de ungere insuficientă. Griparea se caracterizează prin formarea unor microsuduri locale la contactul corpurilor de rostogolire cu inelele sau cu coliviile. Evitarea acestei forme de deteriorare se face prin ungerea şi răcirea corespunzătoare a lagărului. Dacă uzarea abrazivă, ruperea elementelor rulmenţilor sau griparea pot fi evitate sau limitate prin execuţie, montaj şi exploatare corespunzătoare, pentru evitarea celorlalte forme de deteriorare se impun calcule specifice:

• calculul de durabilitate (după capacitatea de încărcare dinamică), la rulmenţii rotitori, pentru evitarea formării de ciupituri;

• calculul după capacitatea de încărcare statică, la rulmenţii nerotitori, pentru evitarea formării de adâncituri pe căile de rulare.

6.6. CALCULUL RULMENŢILOR ROTITORI Durata de funcţionare a rulmenţilor rotitori este limitată de apariţia de ciupituri pe suprafeţele funcţionale. Elementele care intră în calculul acestor rulmenţi au fost stabilite pe baza unui număr foarte mare de încercări experimentale. S-a constatat experimental că, în condiţii de exploatare identice, rulmenţi de aceeaşi tipodimensiune au durate de funcţionare foarte diferite. Acest fapt este explicabil prin diferenţele micro şi macrogeometrice ale elementelor rulmenţilor (inele, corpuri de rostogolire, colivie), precum şi caracteristicilor mecanice diferite ale materialelor utilizate, influenţate, în special, de incluziunile nemetalice din acestea. Ca urmare, calculul de durabilitate al rulmenţilor trebuie să ţină seama de repartiţia statistică a deteriorărilor. Elementele de calcul pornesc de la definirea unor mărimi cu aspect statistic. Fiabilitatea unui rulment este probabilitatea ca acesta să atingă sau să depăşească, în anumite condiţii de funcţionare şi de încărcare, o durată de funcţionare determinată. Durabilitatea unui rulment este dată de numărul de rotaţii efectuate de inelul rotitor până la apariţia primelor semne de oboseală a materialului. La rulmenţii care funcţionează la turaţie constantă, durabilitatea rulmentului se poate exprima în ore de funcţionare. Fiabilitatea unui lot de rulmenţi (cuprinde rulmenţi aparent identici), care funcţionează în aceleaşi condiţii, este definită ca procentul din numărul total de rulmenţi ai lotului care, statistic,

Page 19: Rulmenti Montaje Curs

ating sau depăşesc o durată de funcţionare impusă. Practic, fiabilitatea impusă unui lot de rulmenţi este de 90%, ceea ce înseamnă că 90% din rulmenţii lotului trebuie să atingă sau să depăşească durata de funcţionare impusă. Definită astfel, fiabilitatea lotului de rulmenţi reprezintă probabilitatea ca orice rulment al lotului să atingă sau să depăşească durata de funcţionare impusă. Durabilitatea unui lot de rulmenţi (cuprinde rulmenţi aparent identici), care funcţionează în aceleaşi condiţii, reprezintă numărul de rotaţii efectuate sau depăşite de procentul impus din rulmenţii lotului, fără să apară semne de oboseală a materialului. Durabilitatea de bază (Lb) este durabilitatea unui lot de rulmenţi pentru care fiabilitatea impusă este de 90%. Curba de distribuţie a durabilităţii rulmenţilor unui lot (fig. 6.28) arată că 50% din rulmenţii lotului depăşesc de aproximativ 5 ori durabilitatea de bază, iar 10% din rulmenţii lotului depăşesc de aproximativ 14 ori durabilitatea de bază. Cu alte cuvinte, un rulment are 90% probabilitate de a atinge durata de funcţionare impusă, 50% probabilitate să atingă o durată de funcţionare de 5 ori mai mare şi 10% probabilitate să atingă o durată de funcţionare de 14 ori mai mare. Capacitatea de încărcare dinamică de bază (Cr) este definită ca sarcina pur radială, pentru rulmenţii radiali sau radial-axiali, şi sarcina pur axială, pentru rulmenţii axiali sau axial-radiali, constantă, sub acţiunea căreia un lot de rulmenţi aparent identici, care funcţionează cu inelul interior rotitor, are o durabilitate de bază de un milion de rotaţii (Lb = 106 rotaţii). Capacitatea de încărcare dinamică de bază este o mărime stabilită experimental pentru fiecare tipodimensiune de rulment, valorile acesteia fiind date în cataloagele de rulmenţi ale firmelor producătoare. Modul de desfăşurare a calculului rulmenţilor rotitori este funcţie de dependenţa de timp a sarcinii şi turaţiei (constante sau variabile). În continuare, se va considera cazul rulmenţilor care funcţionează la sarcini şi turaţii constante. În condiţii reale, un rulment poate funcţiona cu inelul interior sau cu inelul exterior rotitor şi, de asemenea, încărcat cu forţe combinate radiale (Ft) şi axiale (Fa). Sarcina dinamică echivalentă (P) este definită ca sarcina pur radială, pentru rulmenţii radiali sau radial-axiali, şi sarcina pur axială, pentru rulmenţii axiali sau axial-radiali, constantă, sub acţiunea căreia un rulment, cu inelul interior rotitor, atinge aceeaşi durabilitate ca în condiţii reale de funcţionare şi încărcare. În fig. 6.29 este prezentată corelaţia, stabilită experimental, dintre forţa radială care încarcă rulmentul şi forţa axială preluată de rulment, pentru sarcină dinamică echivalentă constantă (P = const.) [14]. În diagramă, dreapta înclinată cu unghiul β’ delimitează două domenii. Unghiul β’ este impus de o constantă a fiecărui rulment, e (e = tg β’), a cărei valoare este dată în

Fig. 6.28 Curba de distribuţie a durabilităţii rulmenţilor rotitori

Procentul din rulmenţii lotului încercat

Dur

abili

tate

a, în

mili

oane

de

rotaţii

Page 20: Rulmenti Montaje Curs

cataloagele de rulmenţi, în funcţie de tipodimensiunea rulmentului şi de încărcarea axială Fa. Cele două domenii din diagramă sunt caracterizate de moduri diferite pentru calculul sarcinii dinamice echivalente.

• Zona I se caracterizează prin forţe axiale mici, comparativ cu cele radiale, corespunzător expresiei

eFF

ra =β≤β= 'tgtg .

Sarcina dinamică echivalentă se calculează, prin neglijarea efectului forţei axiale, cu relaţia

rpVFfP = . (6.1)

• Zona II se caracterizează prin forţe axiale mari, comparativ cu cele radiale,

corespunzător expresiei eFF

ra =β>β= 'tgtg . Sarcina dinamică echivalentă se

calculează, ţinând seama de efectul forţei axiale, cu relaţia

( )arp YFVXFfP += . (6.2)

În relaţiile anterioare s-au notat cu: β – unghiul dintre componenta radială a încărcării Fr şi sarcina totală Fn; fp – factorul de corecţie global, care ţine seama de condiţiile concrete de funcţionare a lagărului; X şi Y – factori de echivalare a sarcinii radiale (Fr), respectiv a celei axiale (Fa); V – factor care ţine seama de tipul inelului rotitor. Factorul de corecţie global fp se calculează, în funcţie de o serie de factori specifici, cu relaţia

t

svdzp f

fffff = , (6.3)

în care: fz este un factor luat în considerare doar în cazul montajelor cu rulmenţi pentru transmisii cu roţi dinţate şi depinde de precizia danturii; fd – se alege în funcţie de tipul maşinii din care face parte montajul cu rulmenţi; fv – factor introdus pentru a ţine seama antrenarea prin curea sau lanţ a arborelui montajului cu rulmenţi; fs – factor care ţine seama de acţiunea cu şoc a sarcinii; ft – depinde de temperatura de regim a lagărului. Valorile acestor factori se aleg din literatura de specialitate [7]. Factorul V ia valoarea V=1, pentru rulmenţii care funcţionează cu inelul interior rotitor şi valoarea V=1,2, pentru rulmenţii care funcţionează cu inelul exterior rotitor, ţinând seama de faptul că, durabilitatea este mai mare dacă inelul interior este rotitor. Explicaţia este aceea că încărcarea locală a inelului nerotitor este mai periculoasă decât încărcarea periferică a inelului rotitor, iar inelul interior este mai puţin rezistent la solicitarea de contact decât inelul exterior, datorită căii de rulare de dimensiuni mai mici şi contactului exterior cu corpurile de rostogolire

Fig. 6.29 Corelaţia dintre forţa radială (Fr) care încarcă rulmentul şi forţa axială (Fa) preluată de rulment, pentru

sarcină dinamică echivalentă constantă (P = const.)

Page 21: Rulmenti Montaje Curs

(corpurile de rostogolire au contact interior cu calea de rulare a inelului exterior). La rulmenţii oscilanţi cu bile, V=1 indiferent de tipul inelului rotitor, considerându-se că probabilitatea de distrugere a ambelor inele este aceeaşi [14]. Forţa radială Fr, preluată de rulmenţi, este reacţiunea radială rezultată din echilibrul arborelui montat pe rulmenţi. Forţa axială Fa, preluată de rulmenţi, provine, de regulă, de la roţile dinţate cu dantură cilindrică înclinată, conice sau melcate aflate pe arbori.

Un caz particular este acela al montajelor cu fixare axială la ambele capete, cu rulmenţi radial-axiali (un exemplu de montaj în “X” cu rulmenţi radial-axiali cu role conice este prezentat în fig. 6.30). În determinarea forţei axiale care încarcă rulmenţii radial-axiali, trebuie să se ţină seama de contactul dintre corpurile de rostogolire şi inelele rulmenţilor. Pentru orice rulment radial-axial, reacţiunile normale din lagăre FnA şi FnB (perpendiculare pe suprafeţele de contact dintre corpurile de rostogolire şi inelele rulmenţilor – v. fig. 6.30 ) au componentele radiale FrA, respectiv FrB şi axiale aAF ' , respectiv aBF ' .

Componentele axiale aF ' se numesc forţe axiale suplimentare. Ele depind de mărimea

forţei radiale preluate de rulment şi de tipul rulmentului, calculându-se, pentru cele două lagăre, cu relaţiile:

,5,0'

;5,0'

B

rBaB

A

rAaA

YFF

YFF

=

= (6.4)

în care YA şi YB sunt factorii de echivalare pentru forţa axială, pentru cele două lagăre. Forţele axiale totale, care încarcă cele două lagăre, se determină în funcţie de forţele axiale suplimentare şi de forţa axială exterioară rezultantă Fa, care încarcă arborele. Sub acţiunea forţei axiale exterioare şi a forţelor axiale suplimentare, arborele nu este în echilibru şi tinde să se deplaseze axial, iar în unul din lagăre apare o reacţiune axială care echilibrează arborele şi intră în

Fig. 6.30 Schema de calcul a forţelor axiale suplimentare şi totale pentru rulmenţii radial-axiali

Page 22: Rulmenti Montaje Curs

calculul forţei axiale totale pentru acel lagăr. Prin urmare, determinarea forţelor axiale totale se face în funcţie de tipul montajului (în “X” sau în “O”), de valoarea şi direcţia forţelor axiale suplimentare şi a forţei axiale exterioare Fa.

În cazul particular, prezentat in fig. 6.30, în care forţa exterioară este îndreptată spre lagărul A, iar între forţele axiale există relaţia aBAaA FFF '' +< , arborele tinde să se deplaseze spre

lagărul A şi generează în acesta o reacţiune aAaBA FFF '' −+ , care îi asigură echilibrul axial.

Ţinând seama de apariţia acestei reacţiuni axiale, forţele axiale totale se calculează cu relaţiile:

( ).'

;''''

aBatB

aBAaAaBAaAAta

FF

FFFFFFF

=

+=−++= (6.5)

La montajele cu fixare axială la ambele capete, cu rulmenţi radial-axiali, sarcinile dinamice echivalente, pentru fiecare rulment, se stabilesc cu relaţia (6.1) sau relaţia (6.2), înlocuind forţele axiale Fa cu forţele axiale totale Fat. La rulmentul încărcat numai cu forţa axială suplimentară

aat FF '= , raportul eFF

FF

ra

rat ≤= ' şi deci în calculul sarcinii dinamice echivalente se

neglijează influenţa forţei axiale. În cazul lagărelor cu doi rulmenţi radial-axiali montaţi în “X” sau în “O”, care se utilizează la

montaje cu rulmenţi cu fixare axială la un capăt, forţele axiale suplimentare se anulează reciproc şi nu trebuie determinate forţele axiale totale.

Calculul de durabilitate al rulmenţilor rotitori se efectuează după capacitatea dinamică de încărcare. Corespunzător curbei de oboseală Wöhler [14, 15], pentru rulmenţi, între durabilitatea rulmentului L, respectiv durabilitatea de bază Lb şi sarcina dinamică echivalentă P, respectiv capacitatea de încărcare dinamică de bază C există dependenţa

.const== bp

rp LCLP , (6.6)

în care p reprezintă gradul curbei de oboseală şi depinde de forma corpurilor de rostogolire;

pentru rulmenţii cu bile 3=p , iar pentru rulmenţii cu role 310=p .

Dacă durabilitatea rulmentului L se măsoară în milioane de rotaţii şi se ţine seama de valoarea durabilităţii de bază Lb = 106 rotaţii, relaţia (6.6) devine

.pr

p CLP = (6.7)

Pe baza relaţiei (6.7), calculul rulmenţilor rotitori se poate desfăşura în două moduri. • Se determină capacitatea dinamică necesară, care trebuie să verifice relaţia

CLPC pnecesarr ≤= , (6.8)

în care capacitatea de încărcare dinamică de bază Cr se ia din catalogul de rulmenţi. Durabilitatea impusă rulmentului (în milioane de rotaţii) L se determină în funcţie de turaţia inelului rotitor n şi de durata de funcţionare impusă impushL (în ore), cu relaţia

610

60 impushnLL = . (6.9)

Page 23: Rulmenti Montaje Curs

• Se determină durata de funcţionare a rulmentului Lh (în ore), care, pentru verificare, trebuie să respecte relaţia

,60

106

impushh LnLL ≥= (6.10)

în care p

PCL ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛= . (6.11)

În cazul lagărelor cu doi rulmenţi, se lucrează cu capacitatea de încărcare dinamică de bază a unui rulment mărită Crtotal = fi

.Cr , unde fi este un coeficient supraunitar, care depinde de forma corpurilor de rostogolire [14, 108, 109]. Valoarea lui fi este mai mică de 2, deoarece cei doi rulmenţi nu preiau aceleaşi sarcini. La rulmenţii rotitori, trebuie verificată şi turaţia de funcţionare [108, 109]

limlim nfnn =< , (6.12)

unde: f este factorul de turaţie, dat în catalogul de rulmenţi în funcţie de raportul r

aF

F sau de

dimensiunile rulmentului şi de durata de funcţionare impusă impushL , pentru rulmenţii radiali

oscilanţi cu role pe două rânduri; nlim – turaţia limită, indicată în cataloagul de rulmenţi, în functie de tipodimensiunea rulmentului şi de modul de ungere a rulmentului (cu ulei sau cu unsoare consistentă). Algoritmul de proiectare al unui montaj cu rulmenţi rotitori porneşte de la următoarele date de proiectare: tipul şi mărimea sarcinilor care trebuie preluate de lagăre (FrA, FrB, Fa etc.); turaţia de funcţionare a rulmenţilor (n); durata de funcţionare impusă lagărelor (Lh impus); diametrele fusurilor de arbore; informaţii privind lungimea şi rigiditatea arborelui, elementele susţinute de arbore, abaterea de la coaxialitate a alezajelor carcasei, construcţia carcasei, temperatura de funcţionare, condiţiile de funcţionare etc. şi continuă cu etapele prezentate în continuare.

• Se alege schema de montaj în funcţie de numărul de lagăre, lungimea şi rigiditatea arborelui, mărimea dilataţiilor termice, precizia de execuţie şi montaj etc.

• Se alege tipul de rulmenţi din fiecare lagăr în funcţie de schema de montaj aleasă, de tipul şi mărimea forţelor care trebuie preluate, de rigiditatea arborelui şi de mărimea abaterilor de coaxialitate ale alezajelor din carcasă.

• Se alege mărimea (seria) rulmenţilor şi caracteristicile acestora, din catalogul de rulmenţi, în funcţie de diametrul fusului arborelui.

• Se verifică rulmenţii, cu una din relaţiile (6.8) sau (6.10), după ce, în prealabil s-au determinat sarcinile dinamice echivalente – pentru fiecare rulment. Dacă rulmenţii sunt identici se poate verifica doar rulmentul cel mai încărcat (rulmentul cu cea mai mare sarcină dinamică echivalentă).

• În cazul în care rulmenţii aleşi nu verifică relaţiile (6.8) sau (6.10) sau sunt supradimensionaţi, există următoarele posibilităţi: se alege un rulment de acelaşi tip, cu acelaşi diametru interior, dar din altă serie de

mărimi;

Page 24: Rulmenti Montaje Curs

se alege un alt tip de rulment; se montează doi rulmenţi în acelaşi lagăr sau se alege un rulment pe două rânduri; dacă este posibil constructiv, se măreşte diametrul fusului; se consideră o durată de funcţionare micşorată, urmând ca la intervale bine stabilite să

se înlocuiască rulmenţii. • Se aleg soluţiile de fixare axială, ajustajele pentru montajul rulmenţilor, toleranţele şi

rugozităţile fusului arborelui şi alezajului din carcasă, lubrifiantul şi sistemul de ungere, soluţiile de etanşare, soluţia constructivă care să permită montarea şi demontarea ansamblului.

6.7. CALCULUL RULMENŢILOR NEROTITORI În categoria rulmenţilor nerotitori intră rulmenţii încărcaţi in stare de repaus, cei care efectuează mişcări pendulatorii lente şi cei care funcţionează cu turaţii foarte mici (n < 10 rot/min). Principala formă de deteriorare a acestor rulmenţi este formarea de adâncituri pe căile de rulare. Evitarea acestei forme de deteriorare se face prin limitarea încărcării la o sarcină maximă admisibilă. La rulmenţi radiali, în ipoteza absenţei oricărui joc radial în rulment, sarcina radială de preluat se distribuie pe corpurile de rostogolire dispuse pe un arc de cerc de cel mult 180º (fig. 6.31). Corpul de rostogolire cel mai încărcat este cel situat pe direcţia de acţiune a sarcinii. Sarcina F0 care îi revine acestuia este dependentă de forma corpurilor de rostogolire (bile sau role) şi de mărimea jocului radial, luând valori de 4…5 ori mai mari decât

sarcina zFr care ar reveni fiecăruia din cele z

corpuri de rostogolire, în ipoteza distribuţiei uniforme a sarcinii pe acestea. Pentru calculul acestor rulmenţi se definesc capacitatea de încărcare statică şi sarcina statică echivalentă. Capacitatea de încărcare statică (C0r) este sarcina pur radială – pentru rulmenţii radiali sau radial-axiali, respectiv pur axială – pentru rulmenţii axiali sau axial-radiali, sub acţiunea căreia, la contactul dintre corpul de rostogolire cel mai încărcat şi calea de rulare de pe inelul interior, se produce o deformaţie remanentă de 0,0001 din diametrul corpului de rostogolire. Capacitatea de încărcare statică este indicată în cataloagele de rulmenţi în funcţie de tipodimensiunile rulmenţilor [108, 109, 110]. Pentru a ţine seama de faptul că asupra rulmentului poate acţiona un complex de sarcini (axiale şi radiale), se defineşte sarcina statică echivalentă.

Fig. 6.31 Distribuţia sarcinii pe corpurile de rostogolire ale rulmenţilor radiali

Page 25: Rulmenti Montaje Curs

Sarcina statică echivalentă (P0) este sarcina pur radială – pentru rulmenţii radiali sau radial-axiali, respectiv pur axială – pentru rulmenţii axiali sau axial-radiali, sub acţiunea căreia, la contactul dintre corpul de rostogolire cel mai încărcat şi calea de rulare de pe inelul interior se produce aceeaşi deformaţie ca şi sub acţiunea sarcinilor reale (radială Fr şi axială Fa) care încarcă rulmentul. Se calculează cu relaţia

ar FYFXP 000 += , (6.13)

în care X0, respectiv Y0 sunt factori de echivalenţă pentru încărcarea radială, respectiv axială. În cazul rulmenţilor radial-axiali, în calculul forţei axiale care încarcă rulmentul trebuie să se ţină seama şi de forţa axială suplimentară care apare în fiecare rulment. Forţa axială totală, care întră în calculul sarcinii statice echivalente, se determină la fel ca în cazul rulmentilor rotitori (v. subcap. 6.6). Calculul rulmenţilor nerotitori se face prin compararea capacităţii de încărcare statică necesară C0 nec cu capacitatea de încărcare statică C0

rnecr CPsC 0000 ≤= , (6.14)

unde s0 este factorul de siguranţă, care ţine seama de condiţiile de funcţionare ale lagărului [14]. 6.8. UNGEREA LAGĂRELOR CU RULMENŢI Ungerea lagărelor este absolut necesară, scopurile ei fiind: micşorarea frecărilor dintre elementele în contact, în mişcare relativă; protejarea anticorosivă, uniformizarea şi evacuarea căldurii degajate în lagăr; reducerea zgomotului în functionare. Principalii lubrifianţi utilizaţi pentru ungerea lagărelor cu rostogolire sunt uleiurile minerale şi unsorile consistente. Ungerea cu ulei se recomandă în următoarele cazuri: rulmenţi care funcţionează în spaţii în care există ulei pentru ungerea altor sisteme mecanice; temperatura în lagăr este ridicată şi este necesară evacuarea căldurii din lagăr; la lagăre unde este necesar controlul continuu al ungerii; lagăre cu turaţii ridicate. Principalele sisteme de ungere cu ulei sunt:

ungerea în baie de ulei proprie (fig. 6.32, a) se utilizează în cazul rulmenţilor mari care funcţionează la turaţii reduse, lagărul fiind prevăzut cu sisteme proprii pentru verificarea nivelului de ulei, alimentare şi golire;

ungerea cu circulaţie de ulei (fig. 6.32, b) se bazează pe existenţa unui circuit de ulei antrenat de o pompă, prin care uleiul este adus sub presiune şi pulverizat în zona corpurilor de rostogolire şi apoi readus în circuit; se foloseşte la lagăre pretenţioase, de turaţie ridicată, când este nevoie de o evacuare rapidă a căldurii din lagăr;

ungerea prin stropire se bazează pe formarea de stropi de ulei care să ajungă pe corpurile şi pe căile de rulare; stropii sunt obţinuţi prin trecerea unor piese în mişcare de rotaţie – roţi dinţate, discuri sau inele (fig. 6.32, c) - printr-o baie de ulei;

ungerea prin picurare se utilizează la lagăre de turaţie mare şi se realizează cu ajutorul unui ungător cu fitil;

Page 26: Rulmenti Montaje Curs

ungerea prin ceaţă de ulei este recomandată pentru rulmenţi aflate în spaţii greu accesibile; ceaţa de ulei este obţinută prin antrenarea uleiului cu un jet puternic de aer orientat spre rulment.

a b c

Fig. 6.32 Sisteme de ungere cu ulei

Ungerea cu unsoare consistentă are avantajul că protejează foarte bine rulmentul împotriva umezelii şi impurităţilor, prin aderenţa foarte bună a unsorii pe elementele rulmentului. Se aplică la rulmenţi aflaţi în locuri mai greu accesibile, acolo unde uleiul este dificil de adus.

Spaţiul din rulment se umple complet cu unsoare consistentă, iar spaţiul din carcasă se umple parţial sau total în funcţie de turaţia arborelui (cantitatea de unsoare scade cu creşterea turaţiei). Unsoarea cedează treptat uleiul pe care îl conţine şi îşi pierde proprietăţile de ungere. Procesul este accentuat de temperaturile ridicate. La intervale regulate este necesară completarea sau schimbarea unsorii consistente.

6.9. ETANŞAREA LAGĂRELOR CU RULMENŢI Etanşarea lagărelor are rolul de protecţie a lagărului împotriva pătrunderii din exterior a unor

corpuri străine şi de împiedicare a scurgerii lubrifiantului din corpul lagărului. Calitatea dispozitivului de etanşare influenţează decisiv durabilitatea rulmentului.

Alegerea sistemului de etanşare trebuie să ţină seama de: tipul lubrifiantului utilizat; sistemul de ungere; condiţiile exterioare (mediu curat, uscat, impur sau umed); turaţia lagărului; temperatura de funcţionare.

Etanşarea dintre capacele de rulment si carcase sunt etanşări fixe, de regulă cu elemente intermediare de tip garnitură de etanşare (v. fig. 6.17…6.27) sau inele O [14].

Pentru etanşarea dintre piesele în mişcare de rotaţie şi piesele fixe (capace, carcase etc.) se pot utiliza etanşări mobile, cu sau fără contact. Etanşările cu contact pot fi cu inel de pâslă (v. fig. 6.18) [14, 115] sau cu manşetă de rotaţie (v. fig. 6.20, 6.21, 6.23, 6.25, 6.26 ) [14, 114]. Etanşarea fără contact poate fi: cu fantă; cu fantă şi canale (v. fig. 6.19); cu labirinţi (v. fig. 6.22 ); cu şaibe de reţinere (v. fig. 6.25) [14].