PRECIZIA RULMENTILOR

1 JOCUL DIN RULMENTI

Rulmentii sunt organe de masini proiectate si executate independent de locul de utilizare, avand rolul de lagare cu rostogolire. In principal ei sunt constituiti din doua inele (exterior si interior), intre care ruleaza mai multe bile sau role (corpuri de rulare) mentinute la distante egale cu ajutorul unor colivii. In functie de specificul utilizarii, rulmentii se executa in diferite tipuri constructive (radiali, radiali-axiali, radial-oscilanti, axiali, etc) si cu diferite dimensiuni [1-2], [6], [8-9], [11].

Intre corpurile de rostogolire si caile de rulare exista un joc care poate fi radial J_R sau axial J_A (fig.1 ÷ 5.) :

Fig.1.Rulment radial cu bile Fig.2.Rulment radial cu role

Fig.3.Rulment radial-oscilant cu bile pe doua randuri

Fig.4.Rulment radial-oscilant cu role pe doua randuri

Fig.5. Rulmenti cu jocul axial

Acesta este definit ca media posibilitatilor de deplasare in directie radiala, respectiv axiala, a unuia din inelele rulmentului in raport cu celalalt mentinut fix, atunci cand axele lor geometrice sunt paralele, respectiv coincid.[1-2], [6], [8-9].

Valoarea jocului inainte de montarea rulmentului pe arbore sau in carcasa se numeste joc initial.

Dupa montare, au loc defomatii care micsoreaza jocul initial, jocul obtinut numindu-se joc de montare.

In timpul functionarii, inelul interior se incalzeste in general mai mult decat cel exterior (din cauza unor conditii mai defavorabile de transmitere a caldurii) si ca urmare valoarea jocului se schimba. De asemeni datorita sarcinilor ce actioneaza pe rulment au loc deformatii de contact intre caile si corpurile de rulare care modifica valoarea jocului; jocul existent in stare de functionare se va numi joc de functionare.

Jocul de functionare optim depinde de destinatia si conditiile de lucru ale rulmentului (de exemplu cu cat sarcina si precizia de functionare trebuie sa fie mai mari, cu atat jocul trebuie sa fie mai mic). Marirea jocului micsoreaza precizia de rotire si mareste neuniformitatea repartizarii fortelor pe corpurile de rostogolire, marind uzura si micsorand durabilitatea rulmentilor, iar micsorarea acestuia conduce la ridicarea temperaturii de functionare si micsorarea turatiei maxime. Pentru marirea preciziei de rotire se poate imbunatati rigiditatea rulmentului prin alegerea corespunzatoare a ajustajelor de montare si crearea unei comprimari intiale a corpurilor de rulare.

In cazul rulmentilor radial-axiali cu role conice, jocul radial necesar poate fi reglat la montare, prin deplasarea inelului exterior al rulmentului. Iata de ce se va insista numai asupra jocului radial al rulmentilor cu bile si cu role cilindrice. [1-2], [6], [8].

Jocul radial initial teoretic se calculeaza cu relatia:

J_R=D_C-(d_c+2d_cr) [mm] (1)

in care:

D_C - diametrul caii de rulare a inelului exterior

d _c - diametrul caii de rulare a inelului interior

d_{c r} - diametrul corpurilor de rulare

Observatie: In practica se considera jocul radial initial de control, care este jocul obtinut la incarcarea rulmentului cu anumite sarcini.(2)

(2)

in care:

J _R5 J _R15 jocul radial initial de control obtinut prin incarcarea rulmentului cu o sarcina de 5 sau 10 daN

Z -numarul corpurilor de rulare in rulment

In ceea ce priveste jocul radial de montare acesta are valoarea (3):

J_M=J_R-ΔJ_M    (3)

in care:

Δ J _M - micsorarea jocului radial ca urmare a deformarii diametrului caii de rulare a inelelor datorita ajustajelor de montaj

In cazul cand inelul interior se introduce cu strangere pe arbore, diametrul caii de rulare a inelului interior se mareste cu 55÷75 % (in medie 65%) din strangerea calculata. Rezulta (4):

Δ J_{i max} = (0,55÷0,75) S_{max c} (4)

In cazul cand inelul exterior al rulmentului se introduce cu strangerea in carcasa, diametrul caii de rulare a inelului exterior se micsoreaza cu 50÷60 % (in medie 55%) din strangerea calculata. Rezulta (5):

ΔJ_emax S_maxc

Jocul radial de functionare are valoarea (6):

J_F = J _M - Δ J_Q + Δ J_C = J_R - Δ J_M - Δ J_Q + Δ J_C (6)

in care:

Δ J_Q - micsorarea jocului radial in urma dilatarilor diferite ce se produc la cele doua inele (7):

ΔJ_Q=ad_cΔt_Q (7)

in care:

A - coeficientul de dilatare liniara

d_c - diametrul caii de rulare a ineluluil interior

Δ t_Q - diferenta dintre temperaturile celor doua inele

Δ J_C - marirea jocului radial datorata deformarilor de contact (8):

ΔJ_C=ΔJ_Ci+ΔJ_Ce (8)

unde:

Δ J_Ci , Δ J_Ce - deformatiile de contact dintre corpurile de rulare si calea de rulare a inelului interior, respectiv exterior, valori date in literatura de specialitate.

In ceea ce priveste jocul axial al rulmentilor cu bile, acesta depinde de jocul radial, raza profilului transversal al caii de rulare a inelelor si diametrul bilelor. Pentru un rulment radial cu bile pe un singur rand, jocul axial teoretic are valoarea (9):

(9)

Sub sarcina valoarea jocului axial devine (10):

J^'_A= (10)

Simbolizarea jocurilor rulmentilor se face astfel conform tabelului 1:

Tabelul 1

Observatie: Jocul normal la rulmentii nedemontabili nu se simbolizeaza.

2 CLASELE DE PRECIZIE ALE RULMENTILOR

Pentru a asigura asamblarilor din care fac parte o precizie corespunzatoare si conditii de functionare normale (mai ales in ceea ce priveste centrarea si mentinerea jocului radial si axial intre limitele prescrise) rulmentii sunt executati in general cu o precizie mai mare decat a pieselor cu care se asambleaza.(1-2)

Odata montat , precizia rulmentului se considera sub doua aspecte : (1) , (6)

a) Precizia rotirii este determinata de bataile radiale si frontale ale cailor de rulare , respectiv ale fetelor frontale ale inelelor si de precizia jocurilor.

b) Precizia dimensiunilor de montaj se refera la diametrul exterior D , interior d , si latimea B a rulmentului.Pentru diametrele D, d se prevad trei valori : maxima , medie si minima , justificate de faptul ca inelele sunt subtiri si se deformeaza usor , luand la montare forma alezajului carcasei sau a arborelui.Ca urmare , ovalitatea in limitele admise nu influenteaza calitatea rulmentilor , cu conditia ca (11) :

=si (11)

sa se incadreze in limitele tolerantelor prescrise pentru si .

In STAS sunt prevazute urmatoarele clase de precizie , caracterizate prin abateri limita dimensionale si precizii de rotatie distincte : (1) , (3) , (6) , (9) , (11)

clasa de precizie P0 , cu tolerante considerate normale , utilizata pentru scopuri uzuale ;

clasa de precizie P6 , cu tolerante mai mici decat P0 ;

clasa de precizie P5 , cu tolerante mai mici decat P6 ;

clasa de precizie P4 , cu tolerante mai mici decat P5 ;

clasa de precizie P2 , cu tolerante mai mici decat P4 .

Mai exista clasele de precizie speciala SP si ultraprecisa UP utilizate in mod exceptional .

Rulmentii din clasele P2 si P4 se utilizeaza la sarcini si turatii foarte mari , (v > 50 m/s), in ansabluri la care se cere o centrare foarte buna si un mers silentios .

Rulmentii executati in clasa P5 asigura o centrare buna si lucreaza la v = 2060 m/s.

Rulmentii executati in clasa P6 lucreaza la sarcini mari si mijlocii si v < 30 m/s.

In asamblari mai lutin pretentioase , pentru v < 10 m/s , se utilizeaza rulmenti din clasa de precizie P0 .

Rudozitatea suprafetelor de contact si de asamblare ale rulmentilor are pentru valori

sub 1.Piesele componente ale rulmentilor se executa separat , cu o precizie convenabila din punct de vedere tehnologic si economic , dar precizia rulmentilor , mai ales in ceea ce priveste jocul radial si axial , se asigura prin sortarea prealabila in mai multe grupe , dupa diametrul cailor si al corpurilor de rulare , dupa care urmeaza asamblarea inelelor si bilelor sau rolelor din aceeasi grupa . (1) , (6)

CAZURILE DE INCARCARE A INELELOR RULMENTILOR

Se deosebesc trei cazuri de incarcare a inelelor rulmentilor ( STAS 6671 - 77 ):

a) - Incarcarea locala ( cu sarcina fixa ) , cand sarcina ( rezultanta )este orientata continuu spre acelasi punct de pe calea de rulare.Acest tip de solicitare apare atunci cand intre sarcina si inelul respectiv nu exista miscare relativa.Se recomanda ca inelul supus unei sarcini fixe sa se monteze cu ajustaj cu joc , deoarece in timpul functionarii , inelul respectiv se poate roti pe arbore sau in carcasa , aducand pe directia de actionare a fortei portiuni mai putin uzate de pe calea de rulare , marind in acest fel durabilitatea rulmentului ( fig.6 ).

b) - Incarcarea circulanta ( cu sarcina plutitoare ) , cand sarcina (rezultanta) este suportata succesiv pe toata circumferinta caii de rulare sau pe o portiune din aceasta . Acest tip de solicitare apare cand intre inel si sarcina exista miscare relativa . Inelul solicitat cu sarcina rotitoare trebuie montat cu ajustajul cu strangere ( fig.7.)

Fig. Incarcarea rulmentilor cu o forta de directie constanta:

a)    incarcare locala pe inelul interior ;

b)    incarcare locala pe inelul exterior ;

Fig.7. Incarcarea rulmentilor cu o forta rotativa :

a)    incarcarea locala in inelul interior si incarcarea circulanta la inelul exterior ;

b)    incarcare locala a inelului exterior si incarcare circulanta la inelul interior;

c) - incarcare nedeterminata , cand sarcina are fata de inele directii variabile nedefinite (socuri , vibratii).In acest caz se recomanda ca ambele inele sa se monteze cu strangere.

4. INDICATII PRIVIND ALEGEREA AJUSTAJELOR DE

MONTAJ ALE RULMENTILOR

Inelul interior se monteaza pe arbore in sistemul alezaj unitar iar cel exterior in carcasa in sistemul arbore unitar.Ca urmare , pentru obtinerea diferitelor ajustaje la montare , se actioneaza asupra diametrului arborelui , respectiv al carcasei (rulmentul ramanand la dimensiunile sale de executie).

Alegerea ajustajelor de montaj ale rulmentilor depinde de tipul si marimea rulmentului , felul si marimea sarcinilor de incarcare ale inelelor , conditiile de exploatare , etc.[3], [8-9]

Din punct de vedere al tipului rulmentului , se alege un ajustaj cu strangere mai mare pentru rulmentii cu role decat pentru cei cu bile , la aceeasi marime a rulmentului.

Din punct de vedere al marimii rulmentului , se alege un ajustaj cu strangere mai mare pentru rulmentii mei mari decat pentru cei mai mici , la acelasi tip de rulment.

Din punctul de vedere al cazurilor de incarcare , se alege un ajustaj cu joc pentru inelul incarcat cu sarcina fixa si un ajustaj cu strangere pentru inelul incarcat cu sarcina rotitoare sau nedeterminat (sarcina variabila).De asemenea cu cat sarcinile sunt mai mari si cu socuri pe inelul cu incarcare circulanta , cu atat ajustajul trebuie sa fie cu strangere mai mare.

Conditiile de exploatare influenteaza de asemenea alegerea ajustajelor de montaj : la carcasele cu pereti subtiri si la arborii tubulari se aleg ajustajele cu strangeri mai mari decat pentru carcase masive si arbori plini.Pentru montarea si demontarea usoara a rulmentilor se alege un ajustaj cu strangere numai pe inelul cu sarcina rotitoare.La ajustajele cu strangere pe ambele inele se aleg rulmenti demontabili sau rulmenti cu alezaj conic.

In STAS 6671-77 sunt date campurile de toleranta recomandata pentru arbori sau carcase.Campurile de toleranta utilizata pentru arbori permit obtinerea la nivelul diametrului d a unor ajustaje intermediare sau cu strangere , iar cele utilizate pentru carcase permit obtinerea diametrului D a unor ajustaje cu joc , intermediare sau cu strangere.