Un rulment de antrenare este rulmentul elementului de rulare montat în interiorul unui arbore de antrenare, cutie de viteze sau carcasă de transmisie care susține un arbore rotativ în timp ce suportă sarcini radiale și axiale generate în timpul transmisiei de putere. Spre deosebire de un rulment de susținere simplu, un rulment de antrenare funcționează de obicei sub sarcină combinată, viteză de rotație mai mare și mai multă căldură decât un rulment standard în aceeași mașină , motiv pentru care programul său de selecție, instalare și întreținere trebuie să fie de obicei mai strict decât restul transmisiei.
În practică, termenul acoperă mai multe familii de elemente de rulare - rulmenți cu role conice, rulmenți cu role cilindrice, rulmenți sferici cu role, rulmenți cu bile adânci și rulmenți cu role cu ace - fiecare potrivit pentru o combinație diferită de direcție a sarcinii, viteză și spațiu disponibil. Dincolo de elementul de rulare în sine, un ansamblu funcțional de rulmenți de antrenare depinde și de potrivirea corectă a arborelui și a carcasei, de aranjamentul corect de etanșare și de o rutină de lubrifiere potrivită aplicației. Greșiți oricare dintre ele și tipul de rulment de pe etichetă încetează să mai conteze, deoarece modul de defecțiune trece de la oboseală la sfârșitul unei durate lungi de viață la uzură prematură în câteva săptămâni sau luni.
Secțiunile de mai jos descriu cum să deosebim tipurile de rulmenți de antrenare, modul în care sarcina radială și axială formează această decizie, ce cauzează de fapt defectarea timpurie a unui rulment de antrenare, opțiunile de etanșare și potrivire care îl protejează, cum este instalat corect, unde fiecare tip apare în diferite industrii și obiceiurile de întreținere care prelungesc în mod fiabil durata de viață în condiții reale de funcționare.
Selectarea rulmenților de antrenare începe cu forma elementului de rulare, deoarece geometria determină cât de multă sarcină radială, sarcină axială sau sarcină combinată poate absorbi rulmentul fără oboseală prematură. Cele cinci tipuri de mai jos acoperă marea majoritate a aplicațiilor de arbore de transmisie, cutie de viteze și transmisie găsite în echipamentele auto, industriale și pentru mașini grele.
Rolele conice care rulează pe canale de rulare conice permit acestui rulment să suporte sarcini radiale și axiale în același timp, motiv pentru care apare constant în butucii roților, diferențiale și sistemele principale de antrenare, unde arborele împinge atât lateral, cât și de-a lungul axei sale. Rulmenții cu role conice sunt adesea montați în perechi potrivite, spate în spate sau față în față, astfel încât ansamblul să poată rezista la împingerea din orice direcție.
Linia de contact dintre role și canalul de rulare distribuie sarcina radială pe o suprafață largă, oferind acestui rulment o capacitate radială puternică. Este o alegere obișnuită în reductoarele industriale, mașinile de hârtie și unitățile de antrenare feroviare care transportă sarcini radiale pur și grele, deși majoritatea modelelor au nevoie de un rulment de tracțiune separat dacă este prezentă și sarcina axială.
Rolele în formă de cilindru conferă acestui rulment o capacitate de auto-aliniere încorporată, astfel încât tolerează deviația arborelui și dezalinierea carcasei mai bine decât majoritatea celorlalte tipuri de rulmenți de antrenare. Arborii principali ale turbinelor eoliene, concasoarele miniere și cutiile de viteze grele se bazează pe această toleranță, deoarece arborii lungi ai acestor mașini rareori rămân perfect drepti sub sarcină.
Bilele sferice amplasate într-o cursă cu caneluri adânci suportă sarcini radiale și axiale moderate, cu frecare scăzută și rulare silențioasă. Acest lucru le face o potrivire practică pentru arbori de transmisie mai mici, pompe și arbori antrenați de motor care nu înregistrează încărcări extreme, iar designul lor simplu menține costurile de înlocuire și timpul de livrare scăzut.
Rolele subțiri, alungite, împachetează mai multe elemente de rulare într-o secțiune transversală mică, tocmai de aceea acest rulment este ales atunci când spațiul radial este strâns, cum ar fi arborii cutiei de viteze și fusele de biele din trenurile de transmisie compacte. Compartimentul este o capacitate de încărcare axială mai mică decât un design cu role conice sau sferice.
Fiecare decizie privind rulmenții de antrenare se întoarce la o întrebare simplă: în ce direcție împinge de fapt sarcina? O sarcină radială presează perpendicular pe arbore, așa cum o rolă transportor este presată în jos de greutatea materialului așezat pe bandă. O sarcină axială, numită adesea împingere, împinge în aceeași direcție ca și arborele însuși, așa cum angrenajele exercită forță de-a lungul arborelui de transmisie în timp ce se schimbă și se cuplează.
Mulți arbori de antrenare văd sarcină radială și axială în același timp, tocmai de aceea rulmenții cu role conice sunt atât de obișnuiți în această poziție - geometria conică permite unui rulment să facă munca care altfel ar avea nevoie de două tipuri de rulmenți separate stivuite împreună. Atunci când un rulment de antrenare este subdimensionat pentru oricare direcție a sarcinii, elementele de rulare derapează în loc să se rostogolească curat, iar această derapare este locul în care începe de fapt o mare parte a uzurii timpurii a rulmentului.
Odată ales tipul de element de rulare, următoarea decizie este modul în care este închis rulmentul de antrenare, deoarece etanșarea controlează cât de bine rezistă la contaminare și cât de multă frecare adaugă sistemului. Există trei categorii mari, iar cea potrivită depinde de curățenie, viteză și cât de ușor poate fi întreținut rulmentul mai târziu.
| Tip carcasă | Protecția împotriva contaminării | Frecare/Viteză | Utilizare tipică |
|---|---|---|---|
| Deschis (fără scut sau sigiliu) | Nici unul singur | Cea mai mică frecare, cea mai mare viteză | Cutii de viteze cu baie de ulei și carcase închise curate |
| Ecranat (metal fără contact) | Moderat, blochează numai particulele mai mari | Frecare redusă, viteză mare | Motoare electrice, ventilatoare, medii moderat curate |
| Sigilat (etanșare de contact din cauciuc) | Cel mai înalt, blochează praful și umezeala | Frecare mai mare, viteza maxima redusa | Poziții de spălare, în aer liber și greu de întreținut |
Rulmenții de antrenare deschise se bazează în întregime pe carcasa din jur pentru a împiedica contaminanții, astfel încât au sens doar într-o cutie de viteze curată, alimentată continuu cu ulei. Rulmenții ecranați adaugă o barieră metalică fără contact, care ține să pătrundă resturile grosiere, în timp ce abia ating frecarea de rulare, motiv pentru care sunt obișnuite la motoarele de uz general. Rulmenții de antrenare etanșați presează o buză de cauciuc pe inelul interior, ceea ce sacrifică o anumită capacitate de viteză și adaugă o cantitate mică de căldură, dar oferă cea mai bună protecție în aplicațiile cu arbore de transmisie murdare, umede sau în aer liber, unde întreținerea frecventă este impracticabilă.
Un rulment de antrenare care este perfect selectat pe hârtie poate eșua devreme dacă toleranțele arborelui și ale carcasei din jurul său sunt greșite. Potrivirea nu este o singură setare - se alege în funcție de inelul care se rotește, cât de grea este sarcina și dacă carcasa trebuie îndepărtată pentru service.
Folosit pe inelul rotativ, cel mai adesea pe arbore, pentru a opri rulmentul să se deplaseze sau să se rotească sub sarcină. Sarcinile mai grele necesită mai multe interferențe, dar interferența excesivă reduce spațiul interior și crește temperatura de funcționare.
Folosit pe inelul staționar, de obicei carcasă, pentru a permite asamblarea ușoară, expansiunea termică și dezasamblarea în timpul serviciului, fără a perturba potrivirea rotativă.
O potrivire la mijloc aplicată acolo unde este nevoie de o anumită ajustare sau de îndepărtare mai ușoară, utilizată în mod obișnuit pe găurile de carcasă în instalațiile generale de rulmenți de antrenare industriale.
O potrivire prea slăbită lasă rulmentul să se strecoare și să genereze căldură din rotirea internă; o potrivire prea strânsă îndepărtează jocul interior și poate crăpa calea de rulare sub sarcină normală.
Ca regulă de lucru, majoritatea aplicațiilor generale ale arborelui de antrenare cu un inel interior rotativ și o sarcină radială constantă necesită o potrivire prin interferență pe arbore și o potrivire de tranziție sau de joc în carcasă. Aplicațiile cu o carcasă despărțită axial folosesc de obicei o potrivire mai slăbită a carcasei în mod specific pentru a evita deformarea inelului exterior atunci când jumătățile carcasei sunt prinse împreună.
Inginerii de rulmenți care investighează defecțiuni premature indică în mod constant aceleași cauze fundamentale, iar problemele de lubrifiere se află în partea de sus a listei mai des decât orice defecțiune mecanică a rulmentului în sine. Aproximativ jumătate din toate defecțiunile rulmenților mașinii rotative se datorează mai degrabă la o lubrifiere inadecvată, contaminare sau aliniere greșită decât un defect de fabricație , ceea ce înseamnă că majoritatea defecțiunilor lagărelor de transmisie pot fi prevenite cu practici de operare mai bune, mai degrabă decât cu un rulment diferit.
Calitatea instalării este la fel de decisivă ca și alegerea rulmentului, deoarece forța aplicată pe inelul greșit sau pe un arbore care nu are toleranță poate deteriora un rulment nou-nouț înainte ca acesta să funcționeze. Trei metode de montare acoperă aproape fiecare instalare a rulmenților de antrenare, iar cea potrivită depinde în principal de dimensiunea rulmentului.
Folosit pentru rulmenți mai mici, forța este aplicată prin inelul care este montat folosind o presă sau un manșon și un inel de impact, niciodată prin elementele de rulare. Aceasta este cea mai comună metodă pentru rulmenți cu un diametru de până la aproximativ patru inci.
Rulmentul este încălzit cu un încălzitor prin inducție, astfel încât se extinde suficient pentru a aluneca pe arbore fără forță excesivă, apoi se răcește și se micșorează într-o potrivire strânsă. De obicei, producătorii limitează temperatura de încălzire mult sub punctul care ar putea afecta tratamentul termic al rulmentului.
Rezervate pentru cei mai mari rulmenți de antrenare, o presă hidraulică sau un manșon adaptor cu piuliță hidraulică distribuie forța de montare în mod uniform și evită riscul de încărcare cu șoc pe care o metodă acţionată cu ciocan l-ar crea la acea dimensiune.
Măsurați arborele și alezajul carcasei în raport cu toleranța specificată înainte de montare, verificați dacă nu există spărturi sau bavuri și păstrați rulmentul în ambalajul său până în momentul instalării pentru a preveni depunerea contaminării pe calea de rulare.
Forța ar trebui să treacă întotdeauna prin inel cu potrivire prin interferență, niciodată prin bile, role sau inelul opus, iar ansamblul trebuie așezat ferm pe umărul arborelui pentru a elimina orice spațiu axial înainte de punerea în funcțiune a rulmentului.
Prinderea devreme a unui rulment de transmisie defect este aproape întotdeauna mai ieftină decât înlocuirea acestuia după o criză, deoarece simptomele timpurii sunt de obicei limitate la rulmentul însuși, în timp ce o blocare completă poate deteriora arborele, carcasa și angrenajele din jur. Tabelul de mai jos rezumă semnele cel mai des raportate în timpul inspecției de rutină și spre ce indică acestea de obicei.
| Semn observat | Cauza probabilă |
|---|---|
| Creșterea temperaturii de funcționare | Lubrifiant insuficient sau defect |
| Zgomot de măcinat sau de zgomot | Contaminare sau pitting la suprafață pe calea de rulare |
| Miros de lubrifiant ars | Funcționare prelungită la temperatură ridicată |
| Decolorare albastru sau maro pe inelul exterior | Expunere prelungită la căldură care a redus deja duritatea |
| Vibrații vizibile sau oscilare a arborelui | Alinierea greșită sau oboseala pistelor de rulare |
| Scăderea presiunii uleiului într-o carcasă lubrifiată | Jocul rulmentului uzat permițând uleiului să treacă |
| Unsoare care a devenit inconsistentă sau granuloasă | Vâscozitate greșită a grăsimii pentru viteza de funcționare și căldură |
Monitorizarea vibrațiilor și a temperaturii sunt acum obișnuite pe arborii de transmisie de valoare mai mare tocmai pentru că aceste două citiri tind să aibă o tendință ascendentă cu mult înainte ca un rulment să producă un zgomot audibil, oferind echipelor de întreținere o fereastră pentru a programa înlocuirea, mai degrabă decât să reacționeze la o defecțiune.
Majoritatea lucrărilor de întreținere care prelungesc durata de viață a rulmenților de antrenare au loc înainte ca o problemă să fie vizibilă, mai degrabă printr-o mână de obiceiuri consistente decât printr-o singură acțiune corectivă.
Bazați intervalul pe viteza de funcționare, sarcină și temperatură, mai degrabă decât pe o dată calendaristică generică, apoi ajustați-l folosind date de inspecție, cum ar fi tendințele de temperatură și vibrații de-a lungul timpului.
Un rulment se lubrifiază singur cu pelicula subțire de ulei care curge din grăsime la zonele de contact de rulare, astfel încât adăugarea mai multă grăsime decât are nevoie carcasa pur și simplu captează căldura în loc să îmbunătățească lubrifierea.
Păstrați garniturile în stare bună, filtrați grăsimea și uleiul acolo unde este posibil și controlați curățenia zonei din jurul carcasei rulmentului în timpul oricăror lucrări de întreținere.
Verificați potrivirea arborelui și a carcasei cu specificațiile producătorului și confirmați practica de montare de fiecare dată când un rulment de antrenare este instalat sau reinstalat după service.
O creștere treptată a fiecărei citiri de-a lungul săptămânilor este de obicei un indicator timpuriu mai fiabil decât orice citire individuală luată izolat.
Un rulment lăsat neambalat pe un banc de lucru colectează praful și umezeala înainte de a face vreodată o singură rotație, așa că deschideți ambalajul doar în momentul montării.
Aceleași tipuri de rulmenți de bază sunt selectate diferit odată ce condițiile reale de funcționare - sarcină, viteză, contaminare și ciclu de funcționare - sunt luate în considerare pentru o anumită industrie. Exemplele de mai jos arată cum se desfășoară aceleași principii de inginerie în echipamente diferite.
Butucii roților și diferențialele preferă rulmenții cu role conice pentru capacitatea lor combinată radială și axială, în timp ce arborii mai mici din alternatoare și pompe de apă folosesc de obicei rulmenți cu bile adânci pentru dimensiunea lor compactă și frecare redusă.
Rulmenții arborelui principal de pe turbinele eoliene se sprijină pe rulmenții cu role sferice pentru toleranța lor de auto-aliniere, deoarece arborii lungi care funcționează în aer liber sub încărcare variabilă a vântului rareori mențin alinierea perfectă de-a lungul anilor de funcționare.
Rolele transportoare și roțile de rulare au o sarcină radială constantă, astfel încât rulmenții cu role cilindrice sau cu bile adânci sunt alegerea standard, adesea asociate cu carcase etanșe în care praful sau expunerea la exterior este un factor.
Arborele de transmisie a motocultorilor, recoltătoarelor și preselor de balotat funcționează în condiții de câmp umed și praf, ceea ce împinge selecția către rulmenți etanșați și modele de role conice care tolerează atât riscul de contaminare, cât și încărcarea combinată.
Impingerea arborelui de elice face ca sarcina axială să fie factorul dominant, astfel încât rulmenții cu role conici sau axiali dedicați sunt tipici, de obicei specificați cu materiale sau acoperiri rezistente la coroziune pentru expunerea la apă sărată.
Selectarea unui rulment de antrenare se reduce la potrivirea geometriei rulmentului, dimensionarea, etanșarea și potrivirea la condițiile reale de funcționare ale arborelui pe care îl va susține. Lista de verificare de mai jos acoperă factorii care decid cel mai adesea dacă alegerea rulmentului durează ani de zile sau necesită o înlocuire anticipată.
Confirmați dacă arborele aplică sarcină radială, sarcină axială sau ambele și dimensionați rulmentul la cea mai mare dintre capacitățile sale nominale, mai degrabă decât o așteptare medie.
Arborii de mare viteză favorizează rulmenții cu bile și modelele de role mai ușoare, în timp ce arborii cu viteză mai mică, cu sarcină mai grea favorizează rulmenții cu role mai mari, cum ar fi tipurile de role sferice sau conice.
Potriviți tipul de grăsime și clasa de joc a rulmentului la intervalul de temperatură așteptat, deoarece grăsimea standard se descompune mai repede în medii constant calde.
Confirmați clasa de toleranță specificată pentru arborele și alezajul carcasei, deoarece o potrivire incorectă este una dintre cele mai frecvente cauze ale uzurii timpurii a rulmentului.
Alegeți un rulment etanș sau ecranat în care contaminarea cu praf, umiditate sau resturi reprezintă un risc realist în mediul de operare.
Acolo unde spațiul carcasei este limitat, rulmenții cu role cu ace se potrivesc adesea acolo unde nu ar fi un rulment cu role standard de capacitate egală.
Un rulment de antrenare într-o locație greu accesibilă favorizează un design etanș, care necesită întreținere redusă, în timp ce o poziție ușor de întreținut se poate baza pe o relubrifiere mai frecventă.
Echipamentele cu funcționare continuă cu costuri mari de oprire justifică o evaluare mai conservatoare a rulmenților și un interval de inspecție mai scurt decât echipamentele cu funcționare intermitentă.
Forța care acționează perpendicular pe axa arborelui.
Forța care acționează de-a lungul axei arborelui și nu peste ea.
O potrivire în care alezajul rulmentului este puțin mai mic decât arborele sau inelul exterior puțin mai mare decât alezajul carcasei, creând o prindere mecanică strânsă.
O potrivire care lasă un mic spațiu între rulment și partea sa de împerechere, permițând asamblarea și dezasamblarea mai ușoară.
O sarcină internă intenționată aplicată în timpul asamblării, adesea în perechi de rulmenți cu role conice, pentru a elimina jocul interior și pentru a îmbunătăți rigiditatea.
Suprafața întărită de pe inelul interior sau exterior pe care se deplasează elementele de rulare.
Componenta care distanță uniform elementele de rulare în jurul pistei și le împiedică să intre în contact.
Deteriorări asemănătoare unei plăci de spălat pe calea de rulare cauzate de curentul electric care trece prin rulment, obișnuit la arborii acționați de motor.
Un rulment de antrenare se află pe calea de transmisie a puterii unui arbore, cutie de viteze sau diferențial și este de așteptat să suporte sarcini radiale și axiale combinate la viteză și căldură mai mari decât un rulment suport simplu care menține doar un arbore în poziție.
Durata de viață depinde în mare măsură de sarcină, viteză, calitatea lubrifierii și controlul contaminării, așa că nu există un număr unic care să se aplice în toate aplicațiile. Un rulment bine lubrifiat, aliniat corect, care rulează în sarcina sa nominală, va rezista în mod constant peste unul care este supraîncărcat, sub-lubrifiat sau expus la contaminare.
Da. Alinierea greșită, suprasarcina, contaminarea, potrivirea incorectă a arborelui sau a carcasei și instalarea necorespunzătoare pot cauza defecțiuni premature chiar și atunci când lubrifierea este corectă, motiv pentru care inspecția ar trebui să acopere potrivirea montajului și tendințele vibrațiilor, mai degrabă decât lubrifierea numai.
Un zgomot de măcinat, zgomot sau mârâit care se modifică odată cu viteza arborelui este simptomul cel mai frecvent raportat și, de obicei, indică stropirea sau contaminarea suprafeței pe calea de rulare, mai degrabă decât o problemă de lubrifiere.
Nu întotdeauna. Rulmenții cu role conice sunt o potrivire puternică atunci când sarcina radială și axială apar împreună, dar un arbore cu o sarcină radială pură și viteză mare poate fi mai bine servit de un rulment cu role cilindrice sau cu bile adânci.
Intervalul corect depinde de viteză, sarcină și temperatură, mai degrabă decât de un calendar fix. Majoritatea programelor de fiabilitate stabilesc un interval inițial de la instrucțiunile producătorului rulmenților, apoi îl rafinează folosind datele de inspecție a temperaturii și vibrațiilor colectate de-a lungul timpului.
Problemele legate de lubrifiere, inclusiv atât lubrifierea insuficientă, cât și supra-ungerea, sunt raportate ca principala cauză principală a echipamentelor industriale rotative, înaintea contaminării, alinierii greșite și supraîncărcării.
Rulmenții etanșați oferă cea mai puternică protecție împotriva prafului și umidității, dar funcționează cu mai multă frecare și o viteză maximă mai mică. Rulmenții ecranați funcționează mai rece și mai repede, dar oferă doar o protecție moderată, astfel încât alegerea corectă depinde de cât de curat este mediul de operare și cât de ușor poate fi întreținut rulmentul.
Forța trebuie aplicată întotdeauna prin inelul care primește fixarea prin interferență, niciodată prin elementele de rulare, folosind o presă, un încălzitor cu inducție sau o unealtă hidraulică dimensionată la rulment, mai degrabă decât un ciocan lovit direct de rulmentul însuși.
Dincolo de cauzele mecanice, arborii acționați de motor pot suferi caneluri electrice, în cazul în care curentul parazit care trece prin rulment înfășoară calea de rulare într-un model de plăci de spălat, motiv pentru care rulmenții izolați sau împământarea arborelui sunt obișnuite în acționările cu motor cu frecvență variabilă.