Ce sunt rulmenții auto-lubrifianți? Tipuri, utilizări și selecție

Ce sunt rulmenții cu autolubrifiere și cum funcționează

Caracteristica definitorie a unui rulment auto-lubrifiant este capacitatea sa de a genera un film lubrifiant continuu din interiorul materialului rulmentului în sine, fără nicio alimentare externă. Acest lucru se întâmplă prin unul dintre cele trei mecanisme principale:

Rulmenții cu manșon se autolubrifică?

Lagărele cu manșon (numiți și lagăre alți sau rulmenți) pot fi fie lubrifiați în mod convențional, fie auto-lubrifiați, în funcție de materialul lor de construcție. Distincția contează atunci când alegeți aplicații care nu necesită întreținere.

Lagăre cu manșon din bronz sinterizat sunt cel mai utilizat tip de rulment cu manșon auto-lubrifiant. ISO 2795 și Standardul MPIF 35 definesc cerințele privind conținutul de ulei pentru aceste componente - un grad standard conține minimum 19% ulei în volum . Acestea se găsesc în motoarele electrice, aparatele de uz casnic, echipamentele de birou și unitățile auxiliare ale autovehiculelor unde accesul rulmenților este etanșat sau dificil.

Lagăre cu manșon din polimer solid fabricate din acetal (POM), nailon (PA6/PA66) sau PEEK cu aditivi interni de lubrifiant sunt un alt format de manșon auto-lubrifiant. Acestea funcționează fără ulei, făcându-le potrivite pentru prelucrarea alimentelor, dispozitive medicale și aplicații subacvatice în care contaminarea cu ulei este interzisă.

Rulmenți cu manșon hidrodinamici cu spate din oțel — cum ar fi cele folosite la arborii cotit mari și la fustele turbinelor — nu sunt auto-lubrifiante. Acestea necesită o alimentare cu ulei sub presiune în orice moment pentru a menține pana hidrodinamică care separă arborele de rulment. Defectarea alimentării cu ulei cauzează defecțiunea imediată a rulmentului în aceste modele.

Rulmenții ceramici se autolubrifică?

Rulmenții ceramici sunt comercializați frecvent cu sintagma „se usucă” – ceea ce creează confuzie cu privire la faptul că sunt cu adevărat auto-lubrifianți. Răspunsul precis este: nu, rulmenții ceramici nu sunt auto-lubrifianți , dar proprietățile lor materiale reduc semnificativ cerințele de lubrifiere în comparație cu oțelul.

Nitrura de siliciu (Si3N4), cel mai comun material ceramic pentru rulmenți, are câteva proprietăți care reduc dependența de lubrifiant:

• Duritatea suprafeței de 1.400–1.600 HV față de 700–800 HV pentru oțel pentru rulmenți — reducând uzura adezivului în condiții de lubrifiere marginală
• Densitatea de 3,2 g/cm³ față de 7,8 g/cm³ pentru oțel — generând forțe centrifuge mai mici pe calea de rulare la viteză mare, permițând filmelor de lubrifiant mai subțiri să mențină separarea
• Coeficient scăzut de dilatare termică ( 3,2 × 10⁻⁶/°C ) — reducerea variației jocului intern cu variații de temperatură care ar stoarce lubrifiantul dintr-un rulment din oțel
• Nemagnetice și neconductoare din punct de vedere electric — prevenirea degradării lubrifianților cu descărcare electrostatică care are loc în rulmenții din oțel utilizați în aplicațiile cu frecvență variabilă

În practică, rulmenții complet ceramici pot supraviețui perioade scurte fără lubrifiere în condiții curate, cu sarcină scăzută - în special la viteze foarte mari, unde timpul de contact pe rotație este extrem de scurt. Dar pentru o funcționare susținută, un lubrifiant - chiar și un film uscat minim - este încă necesar pentru a preveni oboseala progresivă a suprafeței. Rulmenții ceramici hibridi (bile ceramice, inele de oțel) necesită aproape întotdeauna lubrifiere convențională.

Rulmenții convenționali au nevoie de lubrifiere?

Da — toți rulmenții convenționali pentru elemente de rulare (rulmenți cu bile, rulmenți cu role cilindrice, rulmenți cu role conice, rulmenți cu ace) necesită lubrifiere pe toată durata de viață. Lubrifiantul îndeplinește patru funcții pe care nici o geometrie a rulmentului nu le poate replica:

• Formarea peliculei elastohidrodinamice: Un film presurizat de 0,1 până la 1,0 microni separă elementele de rulare de calea de rulare sub sarcină, prevenind contactul metal-metal
• Disiparea căldurii: Uleiul în circulație în rulmenții mari îndepărtează căldura generată de contactul de rulare și de tracțiunea cuștii - critic atunci când funcționează peste 50% din sarcina dinamică nominală a rulmentului
• Protectie la coroziune: Unsoarea și uleiul înlocuiesc umezeala de pe suprafețele de contact; fără lubrifiere, oțelul pentru rulmenți se corodează în câteva ore în medii umede
• Excluderea contaminanților: Unsoarea introdusă în cavitatea rulmentului creează o barieră fizică împotriva prafului și a particulelor abrazive care altfel ar provoca uzura în trei corpuri

Consecința unei lubrifieri inadecvate este severă: studiile SKF și NSK indică faptul că peste 36% din defecțiunile premature ale rulmenților de rulare pot fi atribuite problemelor de lubrifiere – inclusiv cantități insuficiente, tip greșit de lubrifiant, lubrifiant contaminat sau intervale incorecte de relubrifiere. Spre comparație, defecțiunile de oboseală sub ungere corectă reprezintă doar 14% din defecțiunile pe teren.

Comparați tipurile de rulmenți cu autolubrifiere

Selectarea tipului corect de rulment auto-lubrifiant necesită potrivirea condițiilor de funcționare cu capacitățile specifice ale materialului. Tabelul de mai jos rezumă parametrii cheie de performanță:

Unde rulmenții auto-lubrifianți depășesc alternativele cu unsoare

Există medii de operare specifice la care treceți rulmenți auto-lubrifianți oferă avantaje măsurabile față de rulmenții unsați în mod convențional:

• Aplicații oscilante și cu rotație lentă: Rulmenții lubrifiați cu grăsime sub o mișcare oscilantă lentă (mai puțin de 1 rpm) nu generează niciodată o peliculă hidrodinamică - funcționează în cel mai bun caz lubrifiați la limită. Rulmenții cu lubrifiant solid fac față acestor condiții la coeficienți de frecare de 0,05 până la 0,15, fără modificarea mecanismului de uzură la viteză mică.
• Medii de spălare și scufundare: Liniile de procesare a alimentelor, echipamentele de spălătorie auto și feroneria marină supune rulmenților pătrunderii apei care diluează grăsimea. Lagărele din polimer sinterizat și bronzul cu grafit elimină complet acest mod de defecțiune.
• Zone cu temperaturi ridicate: Grasimile conventionale se degradeaza peste 180°C; grăsimile sintetice extind aceasta până la aproximativ 260°C. Rulmenții din bronz cu blocare cu grafit funcționează continuu la până la 400°C în roți de mașină ale cuptorului, role transportoare și echipamente pentru cuptorul de recoacere a sticlei.
• Medii cu aspirare și camere curate: Ungeți degazurile în vid, contaminând instrumentele optice și echipamentele semiconductoare. Lagărele cu peliculă uscată pe bază de PTFE sunt standard în mecanismele satelit și etapele microscopului electronic, unde presiunea vaporilor este sub 10⁻⁸ Pa este necesar.
• Reducerea costurilor pe ciclul de viață: Un studiu al programelor de înlocuire a rulmenților din stația municipală de tratare a apei a constatat că schimbarea bucșelor supapelor de gunoi de la bronz uns la rulmenți impregnați cu grafit a redus costurile cu forța de muncă de întreținere. 62% pe o perioadă de 10 ani prin eliminarea rundelor trimestriale de reluare.

Parametrii de selecție a cheilor și erorile comune de dimensionare

Valoarea PV - produsul presiunii lagărelor (P, în MPa) și vitezei de alunecare (V, în m/s) - este parametrul principal de selecție pentru rulmenții alți auto-lubrifianți. Fiecare material al rulmentului are un rating PV maxim peste care filmul de lubrifiant nu poate fi susținut și temperatura suprafeței rulmentului crește la niveluri distructive.

Trei erori de dimensionare reprezintă majoritatea defecțiunilor premature ale rulmentului auto-lubrifiant din domeniu:

• Ignorarea limitei PV în condiții de sarcină de vârf: Un rulment evaluat la PV = 0,10 MPa·m/s poate fi dimensionat corect pentru o funcționare normală, dar eșuează în timpul pornirii sau încărcării la șoc dacă PV instantaneu în acele momente nu este verificat. Valorile maxime ale PV pot fi de 3 până la 5 ori mai mari decât valoarea la starea staționară la mașinile cu piston.
• Specificație incorectă pentru finisarea suprafeței arborelui: Rulmenți auto-lubrifianți require a shaft roughness of Ra 0,4 până la 0,8 microni pentru formarea optimă a filmului de transfer. Arborele lustruite sub Ra 0,2 microni nu oferă suficientă textura asperită pentru ancorarea PTFE sau grafit, întârziend formarea peliculei și crescând uzura timpurie. Arborele mai aspre decât Ra 1,6 microni abrazează suprafața rulmentului înainte ca pelicula să se poată forma.
• Subestimarea efectelor expansiunii termice asupra clearance-ului: Rulmenții polimeri au coeficienți de dilatare termică de 5 până la 10 ori mai mari decât carcasele din oțel. Un rulment PEEK cu un joc diametral de 0,05 mm la 20°C poate avea joc zero – sau interferență – la 150°C dacă raportul dintre diametrul carcasei și combinația de materiale nu sunt calculate corect în faza de proiectare.