Definirea şi determinarea rezistenţei pentru carcasele lagărelor cu rulmenţi (I)

Transmisii Mecanice

de Florin Constantin

Definirea şi determinarea rezistenţei pentru carcasele lagărelor cu rulmenţi (I)

Inginerii proiectanți din toate industriile se bazează pe carcasele cu rulmenți pentru utilizare într-o varietate de aplicații dure și neconvenționale. Accesul la informațiile cu privire la rezistența carcasei este o parte integrantă din alegerea rulmentului potrivit pentru a menține funcționarea optimă a operațiunilor.

Ce considerații de proiectare trebuie făcute atunci când aplicația necesită o carcasă cu rulment, cu talpă, montată în plan diferit de cel orizontal? Ce se întâmplă atunci când sarcina cu care este încărcat rulmentul nu este orientată către talpa carcasei? The Timken Company răspunde la aceste întrebări prin teste de rezistență, modelare computerizată avansată și experiență practică pentru a ușura selecția carcaselor cu rulmenți pentru aplicații specifice.

Importanţa rezistenţei carcasei

Rulmentul cu role este un element component esențial pentru nenumărate aplicații industrial în întreaga lume. Fiabilitatea și repetabilitatea proceselor în care diferite tipuri de rulmenți cu role asigură funcționalitatea este de o importanță extremă pentru nenumărate operațiuni ce se desfășoară zilnic.

Pentru majoritatea operațiunilor industriale, proiectanții caută să maximizeze perioada de funcționare prin selecția componentelor care oferă du - rată de utilizare extinsă. În cazul majorității aplicațiilor unde sunt utilizați rulmenți cu elemente de rostogolire, capacitățile sarcinii de bază statice și dinamice sunt factori esențiali în estimarea durabilității.

Sarcina de bază statică: Sarcina maximă pe care un rulment o poate suporta înainte de apariția unor defecte permanente pe căile sau elementele  de rulare; indică o sarcină aplicată într-o direcție constantă, neschimbătoare, fără rotația rulmentului.

Sarcina de bază dinamică: Sarcina radial sub acțiunea căreia o populație de rulmenți va atinge o durabilitate L10 de un milion de rotații. Valoarea sarcinii de bază dinamice este folosită pentru a estima durabilitatea rulmentului pe baza sarcinilor și vitezelor actualmente aplicate.

Pentru aplicațiile cu carcase cu rulmenţi (cunoscute și ca lagăre cu rulmenți), valoarea durabilității carcasei în sine este un atribut extrem de important al performanței - și de aceea Timken a efectuat o evaluare a rezistenței carcasei și a sarcinii admisibile pentru toată gama de carcase cu rulmenți cu role.

Carcase monobloc cu rulmenţi cu role: Carcase dintr-o singură bucată care sunt asamblate cu rulmenți în fabrică, lubrifiate și etanșate, oferind o instalare simplă, din ambalaj direct pe arbore.

Carcase din două părţi cu rulmenţi cu role: Carcasele din două părți care prezintă un plan de separare median, prevăzute cu șuruburi care fixează cele două jumătăți. Acestea permit o instalare mai simplă și o înlocuire a rulmenților și etanșărilor, fără înlocuirea carcaselor.

Operatorii din mediul industrial se bazează pe acești rulmenți și carcase speciale, pentru lăgăruirea arborilor, angrenajelor și a altor componente în mișcare de rotație sau oscilație, într-o varietate de încărcări cu orientări neconvenționale. De asemenea, ei deseori au nevoie de considerente speciale de proiectare. De exemplu: Ce schimbări sau modificări de proiectare trebuie făcute atunci când aplicația necesită ca un lagăr principal să fie instalat în poziție răsturnată? Ce se întâmplă dacă sarcina cu care este încărcat rulmentul nu este orientată înspre talpa carcasei?

Proiectanții de echipament se bazează pe îndrumarea dată de valoarea sarcinii statice a carcasei pentru a face selecția corespunzătoare a carcaselor cu rulmenți pentru o aplicație. De aceea, este esențial ca acești factori de decizie să aibă acces la date referitoare la rezistența carcasei pentru a optimiza eficiența echipamentului.

Nevoia de date fiabile referitoare la rezistenţa carcasei

Cerințele de funcționare a echipamentelor din zilele noastre necesită ca rulmenții să lucreze mai mult și în condiții mai dificile. Acest lucru înseamnă că și carcasa trebuie să lucreze în condiții mai dificile.

Aplicațiile care generează încărcări pe rulmenți ce au orientări diferite necesită carcase care suportă aceleași sarcini precum rulmentul ce le echipează, de aici și nevoia de date consistente referitoare la rezistența carcasei în proiectarea echipamentului. În aceste tipuri de aplicații, carcasele suportă forțe extreme, orientate în diverse direcții și permit rulmentului să fie montat în poziții în care este posibil ca încărcarea să nu fie aplicată direct pe talpă.

Aceste situații sunt cel mai des întâlnite în sisteme de transport a materialelor în vrac de mari dimensiuni și în aplicații extreme, precum concasoarele industriale sau morile cu ciocane.

Rulmenții radiali oscilanți cu role butoi sunt cel mai des folosiți în aplicații industrial generale, oferind performanță și capacitate fiabile în preluarea sarcinilor radiale și a sarcinilor axiale situate între anumite limite.

O întrebare frecvent întâlnită la înlocuirea rulmenților montați este: Ce tip de sarcină poate fi aplicată rulmentului meu? Răspunsul la această întrebare este esențial pentru selectarea unui rulment corespunzător pentru aplicație. Geometriile carcaselor cu rulmenți cu role pot fi complexe și variate ca formă, pe baza mărimii și tipului de rulmenți pe care îi conțin, ceea ce complică estimarea rezistenței carcasei.

Metodologia de testare Timken pentru generarea informațiilor referitoare la rezistența carcasei se combină cu tehnici avansate de modelare computerizată și testare experimentală, toate susținute de experiența practică, cu scopul de a oferi soluții pentru clienții noștri.

Metodologia de testare a rezistenţei carcaselor

Practic, sarcinile pot fi aplicate asupra unor carcase cu rulmenți într-un număr infinit de moduri. Testarea rezistenței fiecărei carcase pentru fiecare orientare a sarcinii nu este o soluție practică, necesitând o tehnică de modelare consistentă pentru a maximiza datele disponibile care pot fi folosite.

Timken a dezvoltat o metodă de a genera valori pentru rezistența la rupere pe baza testelor de laborator, calculelor avansate de modelare computerizată și istoricului companiei în domeniul ingineriei metalurgice. Analiza cu metoda elementelor finite (FEA) este combinată cu testarea experimentală pentru a crea modele calibrate care calculează valoarea limită a rezistenței la rupere în regim static a carcaselor cu rulmenți. Apoi sunt stabilite regulile de proiectare a rezistenței carcaselor și sunt publicate valorile corespunzătoare ale rezistenței carcaselor. Analiza cu metoda elementelor finite/modelarea (FEA) FEA este utilizată în principal pentru a ține cont de diversitatea formelor geometrice și de complexitatea carcaselor cu rulmenți. Pentru rezistența carcaselor, folosirea FEA este preferabilă față de limitările expresiilor analitice simplificate, atunci când este vorba de forme geometrice complexe..

FEA poate ține cont de interacțiunea dintre geometria complexă a carcaselor și proprietățile ne-liniare ale materialelor în calculul tensiunilor și deformărilor. Crearea de modele tridimensionale ale carcaselor este primul pas pentru încorporarea în modelul FEA. Pe baza simetriei geometriei și sarcinii, a fost creat un semi-model pentru a reduce mărimea modelului și timpul de prelucrare ulterioară a datelor. Aceste modele au fost mai întâi utilizate pentru a obține o estimare brută a rezistenței la rupere a componentelor ce urmau a fi testate pentru a evalua necesitățile de SDV-uri pentru testele experimentale. Modelele sunt ulterior îmbunătățite pentru a încorpora criteriile de defectare validate prin rezultatele experimentelor. (imaginea 1)

Fonta cenușie turnată în piese este folosită de obicei pentru carcasele cu rulmenți, fiind preferată pentru relativa sa rigiditate structurală, rezistența la compresiune și rezistența la coroziune. Totuși, unele aplicații necesită rezistență la sarcini cu impact foarte mare sau montare în plan non-orizontal, acolo unde fonta cenușie turnată în piese nu oferă o rezistență corespunzătoare. Oțelul turnat în piese reprezintă o alternativă puternică.

Față de fonta cenușie turnată în piese, oțelul turnat are o limită de curgere de aproximativ două ori mai mare și oferă o mai mare rezistență la rupere în aplicații dificile. Fonta cu grafit nodular turnată în piese depășește fonta cenușie turnată în piese la limita de curgere și poate prezenta avantaje pentru anumite geometrii ale carcaselor. Prin modelare FEA, Timken poate calcula și defini valorile corespunzătoare deformărilor și tensiunilor de rupere. Rezistența la rupere pentru carcase din oțel turnat este estimată cu ajutorul unei analize non-liniare în domeniul elasto-plastic, pe un model de rezistență izotropic. Pe baza proprietăților materialului carcasei, datele defectelor în regim ductil sunt introduse în modelele FEA pentru a verifica deformarea maximă a fiecărui element finit.

 

 

Pe măsură ce sarcina aplicată carcasei crește, materialul acesteia devine mai rezistent în timp ce elementele finite se alungesc și depășesc limita de curgere. Sarcina pe carcasă atinge un punct maxim, fiind urmată de o rupere în regim ductil. Tiparele de deformare tipice sunt ilustrate în imaginile 2 și 3. Modelarea simulată care urmează o metodă stabilită, așa cum este descris mai sus, permite Timken să evalueze predictiv rezistența carcaselor, permițând clienților să proiecteze o soluție constructivă mai fiabilă și mai sigură.

Modelarea este doar o parte din proces. Testarea experimentală este de asemenea folosită pentru a verifica ipotezele de modelare și pentru a oferi parametri de modelare mai buni și mai aproape de realitate.


FLORIN CONSTANTIN este Principal Application Engineer, The Timken Company


 

 


Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.

Da, sunt de acord