Ce sunt rulmenții cu bile cu contact unghiular cu două rânduri?

Rulmenți cu bile cu contact unghiular cu două rânduri sunt un design de rulment care combină două rânduri de bile de contact unghiular într-un singur inel interior și exterior, dispuse spate în spate, astfel încât să poată suporta simultan sarcini radiale, sarcini axiale în ambele direcții și sarcini de moment. Unghiul de contact al fiecărui rând este setat astfel încât liniile de sarcină din părțile opuse ale rulmentului să convergă pe axa rulmentului, creând o unitate autonomă care rezistă forțelor de înclinare fără a necesita un al doilea rulment montat separat pentru a gestiona direcția axială opusă. În ceea ce privește principiul structural, un rulment cu bile cu contact unghiular cu două rânduri este în esență echivalent cu o pereche asortată spate-la-spate (DB) de doi rulmenți cu bile cu contact unghiular cu un singur rând, integrați într-o unitate mai îngustă și mai compactă, care împart un inel interior și exterior comun (sursa: NSK Global Technical Library; NTN Bearing Catalog 2203E). Unghiul de contact standard pentru rulmenții cu două rânduri din seriile 5200 și 5300 este 25 de grade , în timp ce Schaeffler și alte familii de design utilizează un unghi de contact de 30 de grade, ceea ce crește capacitatea de încărcare axială în raport cu capacitatea radială (sursa: NSK; Schaeffler TPI 213). Geometria compactă înseamnă că o unitate cu două rânduri ocupă substanțial mai puțin spațiu axial decât doi rulmenți de contact unghiular cu un singur rând montați separat, cu același orificiu și același diametru exterior, ceea ce o face soluția preferată oriunde este necesară constrângerea axială bidirecțională într-un anvelopă de instalare îngustă. Rulmenți cu bile cu contact unghiular cu două rânduri seriile 30 și 38 acoperă o gamă de dimensiuni ale alezajului și opțiuni de etanșare care se potrivesc exact acestui tip de aplicație de încărcare compactă, multidirecțională.

Cum definește unghiul de contact comportamentul lagărului

Unghiul de contact este cel mai important parametru geometric care distinge un rulment cu bile cu contact unghiular de un rulment cu bile adânci și determină direct raportul dintre capacitatea de încărcare axială și radială pe care o poate furniza rulmentul.

Semnificația geometrică a unghiului de contact

În orice rulment cu elemente de rulare, bilele transferă sarcina între calea de rulare a inelului interior și calea de rulare a inelului exterior prin punctele de contact. Într-un rulment cu caneluri adânci, aceste puncte de contact se află pe o linie perpendiculară pe axa arborelui, ceea ce înseamnă că rulmentul este potrivit pentru sarcini radiale, dar poate suporta sarcinile axiale doar accidental. Într-un rulment cu contact unghiular, canalele de rulare sunt decalate astfel încât linia care leagă cele două puncte de contact să formeze un unghi cu planul radial. Acest unghi este unghiul de contact, notat alfa. Când o sarcină pur axială este aplicată unui rulment cu contact unghiular, aceasta este transmisă prin această linie de contact înclinată, care rezolvă forța într-o componentă radială și o componentă axială în geometria rulmentului. Cu cât unghiul de contact este mai mare, cu atât este mai mare proporția unei sarcini axiale aplicate care este transportată eficient și cu atât este mai mare raportul de sarcină axială/radială pe care rulmentul îl poate suporta înainte ca solicitarea de contact să devină critică (sursa: Catalogul rulmenților NTN 2203E; brkbearings.com).

Valorile unghiului de contact în modelele cu două rânduri

Rulmenții cu bile cu contact unghiular cu un singur rând sunt disponibili în patru configurații standard de unghi de contact: 15 grade, 25 grade, 30 grade și 40 grade. Varianta de 15 grade prioritizează operarea la viteză mare și rigiditatea axială scăzută; varianta de 40 de grade prioritizează capacitatea maximă de încărcare axială în detrimentul vitezei reduse și al generării mai mari de căldură. Rulmenții cu bile cu contact unghiular cu două rânduri din seria standard 5000 (seria 5200, 5300) sunt fabricați cu un Unghi de contact de 25 de grade pe rând, dispuse spate în spate astfel încât fiecare rând să suporte sarcina axială dintr-o direcție. Variantele de mare capacitate, inclusiv familia de design Schaeffler, folosesc a Unghi de contact de 30 de grade care oferă o fracțiune de sarcină axială mai mare, dar produce o reducere corespunzătoare a limitei de viteză pentru funcționarea continuă (sursa: NSK Global; Schaeffler TPI 213).

Capacitate de încărcare moment

O capacitate extrem de importantă oferită de aranjamentul cu două rânduri este rezistența la sarcini de moment, numite și momente de înclinare. O sarcină de moment acționează pentru a roti arborele față de carcasă în jurul unei axe perpendiculare pe linia centrală a arborelui. Un rulment de contact unghiular cu un singur rând sau un rulment cu canelură adâncă nu poate rezista în mod fiabil acestui tip de încărcare, deoarece zona de contact de pe o parte ar fi supraîncărcată, în timp ce partea opusă ar pierde contactul. Dispunerea spate în spate a unui lagăr cu două rânduri creează o deschidere eficientă largă între cele două linii de sarcină, chiar și în cadrul lățimii unui singur rulment, ceea ce oferă un braț de moment mecanic care rezistă forțelor de răsturnare. Acesta este motivul pentru care rulmenții cu bile cu contact unghiular cu două rânduri sunt specificați pentru aplicațiile în care încovoierea arborelui, sarcinile radiale sau forțele giroscopice generează sarcini de moment pe poziția rulmentului (sursa: Catalogul rulmenților NTN 2203E).

Structura internă și materialele componente

Înțelegerea construcției interne a unui rulment cu bile cu contact unghiular cu două rânduri explică de ce alegerile specifice de design și materiale afectează performanța în moduri care nu sunt întotdeauna evidente doar din evaluarea sarcinii din catalog.

Inele și căi de rulare

Inelele interioare și exterioare ale rulmenților standard cu bile cu contact unghiular cu două rânduri sunt fabricate din oțel pentru rulmenți cu conținut ridicat de carbon, cel mai frecvent 52100 sau clase standard naționale echivalente, care este întărit până la o duritate a suprafeței de obicei în intervalul 58 până la 65 HRC. Căile de rulare sunt șlefuite la toleranțe strânse privind diametrul, rotunjimea și rugozitatea suprafeței, deoarece calitatea suprafeței la zona de contact determină direct distribuția tensiunilor sub sarcină și nivelul de zgomot și vibrații în funcționare. Geometria umărului de pe fiecare inel este proiectată pentru a genera decalajul dintre cele două canale de rulare a rândului care produce unghiul de contact dorit, iar această înălțime a umărului stabilește, de asemenea, sarcina axială maximă pe care inelele o pot suporta înainte ca tensiunea de contact să migreze către umărul inelului, mai degrabă decât să rămână pe calea de rulare.

Elemente de rulare

Bilele din ambele rânduri sunt fabricate de obicei din același oțel pentru rulmenți 52100 ca inelele sau dintr-o ceramică, cum ar fi nitrura de siliciu (Si3N4), în aplicații de mare viteză sau critice de coroziune. Diametrul bilei și numărul de bile pe rând sunt selectate în timpul procesului de proiectare pentru a optimiza capacitatea de încărcare dinamică, capacitatea de încărcare statică și capacitatea de viteză a rulmentului pentru seria de aplicații vizată. Într-o serie dată, un diametru mai mare a bilei mărește capacitatea de încărcare, dar reduce viteza maximă admisă, deoarece forța centrifugă pe fiecare bilă crește cu masa bilei și pătratul vitezei. Bilele de precizie au o variație de diametru mai mică de 0,00025 mm între bile din același rând, deoarece chiar și diferențele mici de diametru provoacă o repartizare neuniformă a sarcinii, ceea ce reduce capacitatea efectivă de încărcare sub cifra de catalog.

Opțiuni de cușcă

Cușca separă bilele și menține o distanță circumferențială constantă, astfel încât sarcina să fie distribuită uniform în jurul perimetrului rulmentului. Rulmenții cu bile cu contact unghiular cu două rânduri sunt disponibili cu două tipuri principale de cuști (sursă: NSK Global; NTN):

• Cușcă din oțel presat, care este opțiunea standard pentru majoritatea aplicațiilor de viteză medie și mare și este ștanțată din tablă de oțel cu conținut scăzut de carbon, cu buzunare formate pentru a ghida bilele; Cuștile din oțel presat sunt potrivite pentru majoritatea aplicațiilor lubrifiate cu ulei și grăsime în limita vitezei standard a rulmentului
• Cușcă din poliamidă sau nailon, care oferă o masă mai mică și un zgomot mai mic la viteze ridicate, performanță mai bună la rulmenții etanșați lubrifiați cu grăsime, unde rezistența vâscoasă a unsoarei este o sursă de căldură și risc redus de murdărie în timpul pierderii momentane a lubrifierii la viteză mare

Opțiuni de etanșare și ecranare

Rulmenții cu bile cu contact unghiular cu două rânduri deschise necesită lubrifiere externă prin completarea periodică cu grăsime sau un sistem de ulei sub presiune. Sunt disponibile variante sigilate și ecranate și sunt din ce în ce mai specificate pentru aplicațiile în care accesul la întreținere este limitat sau pătrunderea contaminării este o preocupare (sursa: Catalogul rulmenților NTN 2203E; NSK). Denumirile sufixelor cel mai frecvent utilizate sunt:

Convenția de denumire a seriilor 30-2RS, 38-2RS, 30-ZZ și 38-ZZ utilizată în Rulmenți cu bile cu contact unghiular cu două rânduri Gama de produse codifică direct atât numărul de serie, cât și tipul de etanșare în denumirea rulmentului, ceea ce face simplă identificarea variantei potrivite pentru o anumită aplicație numai din numărul piesei.

Evaluări de încărcare și specificații de performanță

Performanța oricărui rulment cu element de rulare este caracterizată în primul rând de trei valori nominale: cota de sarcină dinamică de bază, cota de sarcină statică de bază și viteza limită. Aceste cifre sunt determinate de geometria internă a rulmentului și trebuie interpretate corect în raport cu ciclul real de sarcină și viteza aplicației înainte de a putea fi estimată o durată de viață fiabilă.

Nivelul de sarcină dinamică de bază

Valoarea de sarcină dinamică de bază (C) este definită ca sarcina radială constantă sub care un grup de rulmenți identici va atinge o durată de viață nominală la oboseală de un milion de rotații la o fiabilitate de 90%, urmând metoda de calcul definită în ISO 281. Pentru un rulment cu bile cu contact unghiular cu două rânduri, cota de sarcină dinamică este mai mare decât cea a unui rulment cu un singur rând cu aceeași sarcină, având aceeași sarcină de distribuție. stresul de contact asupra unui număr mai mare de puncte de contact. Ca referință practică, rulmentul din seria 5200 cu alezaj de 10 mm (numărul rulmentului 5200) are o sarcină dinamică de 7.150 N , în timp ce seria 5203 cu alezaj de 17 mm transportă aproximativ 12.700 N, iar seria 5204 cu alezaj de 20 mm transportă aproximativ 15.900 N (sursă: catalog rulmenți cu bile cu contact unghiular cu două rânduri tip NSK sigilați și ecranați, document e1249b).

Nivelul de sarcină statică de bază

Nivelul de sarcină statică de bază (C0) definește sarcina sub care solicitarea maximă de contact între o bilă și calea de rulare ajunge la aproximativ 4.000 MPa, nivelul la care deformarea plastică locală a căii de rulare începe să producă o indentare permanentă care crește vibrațiile și zgomotul în timpul funcționării ulterioare. Folosind aceleași date de referință NSK, seria 5200 (alezaj de 10 mm) are o sarcină statică de 3.900 N, în timp ce 5203 (alezajul de 17 mm) are 8.300 N și 5204 (alezaj de 20 mm) are 10.700 N (sursa: catalog NSK e1249b). Aplicațiile care implică sarcini de șoc, sarcini statice mari în timpul asamblării sau sarcini mari de moment susținute la viteză mică trebuie evaluate în raport cu cota statică mai degrabă decât cu cota dinamică.

Calcul de sarcină dinamică echivalentă

Atunci când un rulment suferă o sarcină radială și axială combinată, mai degrabă decât o sarcină pur radială, trebuie calculată o sarcină dinamică echivalentă P înainte de a aplica ecuația de viață ISO 281. Pentru rulmenții cu bile cu contact unghiular cu două rânduri, formula standard este P = XFr YFa, unde Fr este forța radială, Fa este forța axială și X și Y sunt factori de sarcină care depind de raportul dintre forța axială și radială în raport cu o valoare de prag e. Pentru seriile cu două rânduri sigilate și ecranate, valorile tipice când Fa/Fr este mai mic sau egal cu e sunt X = 1, Y = 0,92 și când Fa/Fr depășește e, X = 0,67 și Y = 1,41, cu e aproximativ 0,68 (sursa: catalog NSK e1249b). Aceste valori se modifică în funcție de unghiul de contact și seria de rulmenți, iar proiectanții ar trebui să utilizeze întotdeauna valorile din fișa de date a producătorului specific pentru seria de rulmenți aplicată.

Capacitate de viteză

Limita de viteză a unui rulment cu bile de contact unghiular cu două rânduri este stabilită de căldura generată la contactele de rulare și la interfața cușcă-bilă și este exprimată în mod convențional fie ca limită de viteză a grăsimii, fie ca limită de viteză a uleiului, cu limita uleiului de obicei cu 20 până la 30% mai mare decât limita de unsoare. Variantele etanșate și ecranate au o limită de viteză mai mică decât lagărele deschise echivalente, deoarece frecarea buzei de etanșare sau apropierea scutului adaugă căldură pe care umplutura de grăsime fixă ​​trebuie să o disipeze fără răcire externă. Standardul DIN 628-3, care reglementează dimensiunile principale pentru rulmenții cu bile cu contact unghiular cu două rânduri, stabilește limite dimensionale care asigură interschimbabilitatea între producătorii de rulmenți din cadrul aceleiași serii (sursa: Schaeffler TPI 213).

Sistem de desemnare și identificare a seriei

Citirea corectă a desemnării unui rulment cu bile cu contact unghiular cu două rânduri permite unui inginer sau unui specialist în achiziții să confirme diametrul alezajului, seria (și, prin urmare, diametrul exterior și lățimea) și configurația de etanșare din numărul piesei, fără a fi nevoie să consulte un tabel dimensional complet.

Referințele seriei 30 și 38 din denumirea produsului se referă la clasificarea seriei cu diametrul exterior al rulmentului. Seriile 30 și 38 în rulmenți cu bile unghiulare cu două rânduri indică o anumită anvelopă dimensională, iar variantele de sufix 2RS și ZZ însoțitoare identifică în mod direct dacă sunt utilizate etanșări de contact sau scuturi din oțel, permițând specificarea variantei corecte pentru service sigilat lubrifiat cu grăsime sau, respectiv, ecranat.

Comparație cu tipuri alternative de rulmenți

Selectarea unui rulment cu bile cu contact unghiular cu două rânduri pentru o aplicație necesită înțelegerea modului în care acesta diferă de celelalte tipuri de rulmenți care ar putea fi luate în considerare pentru aceeași poziție.

vs Rulment cu bile cu contact unghiular cu un singur rând

Un rulment cu bile cu contact unghiular cu un singur rând poate suporta sarcina axială într-o singură direcție deoarece geometria canalului de rulare decalat creează o linie de contact care converge pe ax doar dintr-o singură parte. Pentru a suporta sarcini axiale bidirecționale cu rulmenți cu un singur rând, trebuie montați doi rulmenți în opoziție, fie spate la spate (DB), față în față (DF), fie în tandem (DT pentru creșterea sarcinii axiale în aceeași direcție). Un rulment cu două rânduri realizează aceeași constrângere axială bidirecțională într-o singură unitate mai îngustă, cu un inel interior și un inel exterior, ceea ce simplifică designul carcasei și reduce spațiul axial necesar. Compensația este că unitatea cu două rânduri are un unghi de contact fix și un aranjament spate în spate care nu poate fi schimbat, în timp ce un aranjament cu un singur rând pereche permite inginerului să aleagă montarea față în față dacă geometria aplicației necesită caracteristici diferite ale brațului de moment (sursa: NSK Global; NTN Bearing Catalog 2203E).

vs Rulment adânc cu bile

Un rulment adânc cu bile are un canal simetric pe ambele inele care îi permite să suporte sarcini axiale moderate în ambele direcții, dar linia de sarcină rămâne în esență radială la sarcini axiale mici și rulmentul nu are un unghi de contact definit. Pentru sarcini combinate scăzute până la moderate la viteză mare, un rulment cu caneluri adânci este adesea mai economic și atinge viteze mai mari decât un rulment cu contact unghiular de aceeași dimensiune. Cu toate acestea, rulmenții cu caneluri adânci nu pot asigura poziționarea axială rigidă a unui arbore pe care o oferă un rulment cu contact unghiular și nu sunt potriviți pentru aplicații în care sarcinile de moment trebuie rezistate sau în care rigiditatea axială precisă face parte din proiectarea sistemului (sursa: brkbearings.com).

vs rulmentul cu role conice

Un rulment cu role conice suportă sarcini radiale și axiale mai mari decât un rulment cu bile cu contact unghiular de aceeași dimensiune a alezajului, deoarece contactul liniei dintre role și canalele de rulare distribuie sarcina pe o zonă mai mare, reducând stresul de contact de vârf. Cu toate acestea, rulmenții cu role conice necesită o reglare precisă a preîncărcării axiale în timpul asamblarii, generează mai multă căldură la viteze mari datorită frecării de alunecare a flanșei de capăt al rolei și au o limită de viteză mai mică decât rulmenții cu bile cu contact unghiular. Pentru aplicațiile cu viteză medie în care sarcinile combinate moderate și geometria compactă sunt cerințele principale, rulmenții cu bile cu contact unghiular cu două rânduri sunt, în general, preferați față de rulmenții cu role conice.

Tabel de comparație

Aplicații tipice și cazuri de utilizare în industrie

Rulmenții cu bile cu contact unghiular cu două rânduri se găsesc în aplicații care împărtășesc o cerință comună: constrângerea axială bidirecțională într-un spațiu compact cu viteză moderată până la mare, unde sarcinile de moment sau sarcinile combinate fac ca un rulment cu caneluri adânci să fie insuficient.

Motoare electrice și suflante

Motoarele electrice folosesc frecvent rulmenți cu bile cu contact unghiular cu două rânduri în poziția de la capătul de antrenare, unde forțele axiale de la tensiunea curelei, împingerea angrenajului elicoidal sau încărcarea palelor ventilatorului creează o sarcină axială bidirecțională în funcție de direcția pornire-oprire. Designul compact cu o singură unitate simplifică construcția carcasei motorului în comparație cu un aranjament cu doi rulmenți, iar unghiul de contact de 25 de grade al seriile standard 5200 și 5300 oferă o combinație de rigiditate axială rezonabilă și viteza de rotație potrivită pentru majoritatea aplicațiilor motoarelor cu inducție. NSK enumeră pompele, motoarele electrice și suflantele ca fiind principalele aplicații tipice pentru acest tip de rulmenți (sursa: Biblioteca tehnică globală NSK).

Pompe și Compresoare

Pompele centrifuge generează forțe de tracțiune axiale care inversează direcția cu modificări ale debitului și diferențelor de presiune, iar această încărcare axială bidirecțională este exact condiția pentru care sunt proiectați rulmenții cu bile cu contact unghiular cu două rânduri. Proiectele de pompe de mare capacitate care utilizează un lagăr cu unghi de contact de 30 de grade pot suporta sarcinile axiale mai mari tipice pompelor centrifuge cu mai multe etape, menținând totuși capacitatea de viteză adecvată pentru majoritatea condițiilor de funcționare a pompei. Variantele etanșate și ecranate cu denumiri 2RS sau ZZ sunt utilizate pe scară largă în aplicațiile pompelor în care cavitatea rulmentului nu este accesibilă pentru relubrifiere periodică.

Cutii de viteze și angrenaje

Roțile dințate elicoidale produc o componentă axială a sarcinii dinților care acționează de-a lungul axei arborelui, iar direcția acestei împingeri se inversează între pinion și roată dințată într-o pereche cuplată. Rulmenții cu bile cu contact unghiular cu două rânduri de la capetele arborelui constrâng această tracțiune în ambele direcții fără a necesita poziții separate ale lagărelor de tracțiune sau aranjamente suplimentare de preîncărcare axială. În cutiile de viteze industriale compacte, în care reducerea la minimum a lungimii carcasei este o prioritate de proiectare, rulmentul cu un singur rând și dublu la fiecare poziție a arborelui economisește o suprafață axială semnificativă în comparație cu un aranjament cu un singur rând pereche.

Axe de mașini-unelte și echipamente de precizie

Axele mașinilor-unelte CNC, în special cele care funcționează în intervalul de viteză intermediară, folosesc rulmenți cu bile cu contact unghiular cu două rânduri pentru a asigura o poziționare rigidă axială și radială a arborelui în raport cu carcasa capului. Rezistența la sarcină momentă este deosebit de valoroasă în această aplicație, deoarece forțele de tăiere aplicate la vârful sculei creează un moment de încovoiere în poziția lagărului frontal care ar cauza o deformare inacceptabilă a arborelui dacă s-ar folosi un rulment standard cu caneluri adânci. Rulmenții cu două rânduri preîncărcați de precizie cu un joc intern mai strâns decât cel normal (clasa de joc C2) sunt specificați pentru cele mai înalte cerințe de rigiditate din această categorie de aplicații.

Echipamente auto și agricole

Transmisiile mașinilor agricole, cutiile de viteze ale tractorului și unele aplicații de antrenare a accesoriilor auto folosesc rulmenți cu bile cu contact unghiular cu două rânduri în poziții în care sarcinile radiale și axiale combinate cu componente de moment trebuie gestionate într-o unitate etanșă compactă, fără întreținere. Variantele ZZ ecranate sau etanșate 2RS sunt deosebit de adecvate pentru aceste aplicații, deoarece accesul la service este de obicei limitat și protecția împotriva contaminării de la sol, resturile de recoltă sau nisipul drumului este necesară pe un interval de service de sute de ore de funcționare.

Cerințe de lubrifiere și intervale de întreținere

Ungerea este cea mai comună cauză principală a defecțiunii lagărelor elementului de rulare, iar înțelegerea cerințelor de lubrifiere specifice rulmenților cu bile cu contact unghiular cu două rânduri este esențială pentru atingerea duratei de viață așteptate în orice aplicație.

Lubrifiere cu grăsime pentru rulmenți etanșați și ecranați

Rulmenții etanșați 2RS și ecranați ZZ sunt umpluți din fabrică cu grăsime în timpul producției și sunt proiectați să nu necesită întreținere pentru durata de viață prevăzută în condiții normale de funcționare. Volumul de umplere cu grăsime este optimizat în etapa de fabricație pentru a asigura o lubrifiere adecvată, fără pierderi excesive prin agitare, care ar genera căldură și ar reduce durata de viață efectivă a unsorii. Înlocuirea acestor rulmenți la sfârșitul duratei de viață estimate este, în general, mai rentabilă decât încercarea de a completa cu grăsime, deoarece designul etanș sau ecranat nu facilitează accesul la cavitatea de unsoare fără a compromite funcția de etanșare.

Lubrifiere cu grăsime pentru rulmenți deschisi

Rulmenții cu bile cu contact unghiular cu două rânduri deschise necesită aplicare externă de grăsime. Volumul de umplere cu grăsime din cavitatea rulmentului și carcasă ar trebui să umple de obicei între o treime și jumătate din spațiul liber disponibil; umplerea excesivă cauzează căldură de agitare care accelerează degradarea grăsimii și scurtează durata de viață a rulmentului. Unsorile pe bază de litiu sau complexe de litiu cu o consistență NLGI grad 2 sunt potrivite pentru majoritatea condițiilor standard de viteză și temperatură. Ghidurile Schaeffler privind intervalele de schimbare a uleiului pentru rulmenții cu contact unghiular cu două rânduri lubrifiați cu ulei recomandă respectarea intervalelor stabilite la care se face referire în Proiectul FVA nr. 171 și ajustarea în funcție de temperatura de funcționare și nivelul de contaminare (sursa: Schaeffler TPI 213).

Lubrifiere cu ulei pentru aplicații de mare viteză

La viteze mai mari, unde lubrifierea cu grăsime ar genera căldură excesivă, rulmenții de contact unghiular cu două rânduri deschise pot fi lubrifiați cu ulei printr-un aranjament în baie de ulei, ceață de ulei sau alimentare cu ulei circulant. Circularea uleiului cu un răcitor extern și un filtru este metoda preferată pentru aplicațiile cu cea mai mare viteză și sarcină mare, cum ar fi fusurile de mașini-unelte și compresoarele de mare viteză, deoarece lubrifiază, răcește și îndepărtează simultan resturile de uzură din cavitatea rulmentului.

Ghid de instalare, degajare și preîncărcare

Instalarea corectă este la fel de importantă ca și selectarea corectă a rulmenților pentru a obține durata de viață nominală, în special pentru rulmenții cu bile cu contact unghiular cu două rânduri, care trebuie instalați cu potriviri și poziționări axiale adecvate.

Potriviri pentru arbore și carcasă

Inelul interior al unui rulment cu bile cu contact unghiular cu două rânduri este de obicei montat pe arbore cu o potrivire prin interferență atunci când inelul interior se rotește în raport cu direcția sarcinii, care este cea mai comună configurație în mașinile rotative. O potrivire prin interferență asigură că inelul nu se strecoară pe suprafața arborelui sub sarcina rotativă, ceea ce ar provoca uzura prin frecare a arborelui și ar genera căldură. Inelul exterior este de obicei montat în carcasă cu o interferență ușoară sau o potrivire de tranziție. Mărimea interferenței este specificată în tabelele de toleranță de potrivire ISO 286 și selectată în funcție de dimensiunea rulmentului, viteza de rotație și mărimea sarcinii; rulmenții mai mari și sarcinile mai grele necesită potriviri mai strânse pentru a preveni fluajul sub sarcină.

Selectarea clearance-ului intern

Rulmenții cu bile cu contact unghiular cu două rânduri sunt disponibili în mai multe grupuri de joc intern: C2 (mai mic decât normal), CN (normal, implicit dacă nu este dat un sufix de joc), C3 (mai mare decât normal) și C4 (chiar mai mare). Grupa de joc corectă depinde de potrivirea arborelui și a carcasei și de temperatura de funcționare așteptată. O fixare prin interferență pe arbore reduce jocul intern după instalare, astfel încât un rulment care măsoară jocul normal înainte de montare poate funcționa la joc zero sau la preîncărcare ușoară după montare. Dacă temperatura de funcționare face ca arborele să se extindă mai repede decât carcasa, în timpul funcționării are loc o reducere suplimentară a jocului. Pentru aplicațiile în care arborele rulează semnificativ mai fierbinte decât carcasa, un joc de pornire C3 sau C4 compensează acest diferențial de dilatare termică și previne funcționarea rulmentului la presarcină excesivă (sursa: Catalogul rulmenților NTN 2203E).

Considerații de preîncărcare

Preîncărcare ușoară, în care rulmentul funcționează cu joc intern zero sau cu o cantitate foarte mică de deformare elastică împărțită între cele două rânduri, crește rigiditatea radială și axială a poziției rulmentului și reduce vibrațiile și zgomotul sub sarcini fluctuante. Rulmenții axului mașinii-unelte sunt de obicei preîncărcați pentru a îmbunătăți precizia de poziționare. Preîncărcarea excesivă generează căldură și crește solicitarea la oboseală, scurtând durata de viață, astfel încât preîncărcarea trebuie specificată și verificată cu atenție în timpul asamblării utilizând forța de preîncărcare axială sau măsurătorile cuplului de pornire.

Moduri de defecțiune și monitorizare a stării

Înțelegerea modurilor de defecțiune ale rulmenților cu bile cu contact unghiular cu două rânduri le permite inginerilor de întreținere să detecteze din timp deteriorarea și să planifice înlocuirea rulmentului înainte ca defecțiunea catastrofală să provoace daune secundare arborelui, carcasei sau mașinii.

Oboseala Spalling

Oboseala de contact prin rulare produce fisuri subterane în calea de rulare sau materialul cu bile care se propagă la suprafață și în cele din urmă provoacă desprinderea materialului, producând o ruptură sau groapă. Spalling generează o semnătură distinctivă a vibrațiilor de înaltă frecvență care poate fi detectată prin monitorizarea vibrațiilor bazată pe accelerometru, folosind analiza frecvenței defectelor lagărului. Frecvențele caracteristice defectelor pentru inelul exterior, inelul interior și bile depind de geometria rulmentului și viteza de rotație, iar aceste frecvențe pot fi calculate din parametrii standard de geometrie a rulmentului folosind ecuațiile definite în ISO 15243 și standardele aferente.

Contaminare și uzură abrazivă

Contaminarea cu particule din lubrifiant provoacă uzură abrazivă cu trei corpuri la contactele de rulare, care îngroșează treptat suprafața căii de rulare, crește vibrațiile și zgomotul și în cele din urmă introduce particule de uzură care accelerează ciclul de deteriorare. Rulmenții cu două rânduri etanșați și ecranați oferă o protecție substanțial mai bună la contaminare decât rulmenții deschiși în majoritatea mediilor industriale și acesta este unul dintre motivele principale pentru care variantele 2RS și ZZ sunt specificate în detrimentul rulmenților deschisi, oriunde mediul de operare include praf, deșeuri sau risc de pătrundere a fluidului de proces.

Eșecul lubrifierii

Lubrifiantul insuficient, lubrifiantul degradat sau lubrifiantul de tip greșit provoacă contactul metal-metal la interfețele de rulare, generând creșterea rapidă a temperaturii, uzura adezivului, murdărirea suprafețelor mingii și canalelor de rulare și eventual gripare. Pentru rulmenții etanșați și ecranați, defecțiunea lubrifierii are loc în mod obișnuit la sau aproape de sfârșitul duratei de viață de proiectare a rulmentului, atunci când grăsimea umplută din fabrică s-a defectat din cauza degradării termice și mecanice. Detectarea timpurie prin monitorizarea temperaturii carcasei rulmentului sau analiza periodică a semnăturii vibrațiilor permite planificarea înlocuirii înainte de defecțiune și nu după aceasta.