Rulmenți auto-lubrifianți cu flanșă: ce sunt aceștia și cum să-l alegeți pe cel potrivit

Ce este un rulment auto-lubrifiant cu flanșă și de ce contează

Un rulment auto-lubrifiant cu flanșă este un rulment alunecat - ceea ce înseamnă că folosește o suprafață de contact de alunecare mai degrabă decât elemente de rulare - care încorporează o flanșă integrală la un capăt al alezajului cilindric. Flanșa servește ca o caracteristică de localizare axială încorporată și o față de tracțiune, împiedicând rulmentul să fie împins prin carcasa sa într-o direcție și permițându-i să suporte sarcini radiale și axiale combinate simultan. Aspectul auto-lubrifiant înseamnă că rulmentul este proiectat să funcționeze fără grăsime externă sau ulei, utilizând în schimb lubrifianți solizi încorporați în sau aplicați pe suprafața sa de alunecare pentru a menține o interfață continuă, cu frecare scăzută între alezajul rulmentului și arborele care rulează în interiorul acestuia.

Această combinație de caracteristici — amplasarea flanșei și lubrifierea fără întreținere — face rulment auto-lubrifiant cu flanșă excepțional de practic într-o gamă largă de aplicații industriale, agricole și mecanice. Ele elimină necesitatea niplurilor de ungere, a programelor de ungere și a muncii de întreținere asociate. Ele simplifică proiectarea carcasei, eliminând necesitatea unor șaibe de presiune separate sau inele de fixare pentru a reține rulmentul axial. Și pentru că funcționează uscat sau aproape uscat, funcționează fiabil în medii în care rulmenții lubrifiați convenționali se confruntă: locuri prăfuite, umede, cu temperaturi ridicate, de calitate alimentară sau greu accesibile, unde relubrifierea regulată este imposibilă sau interzisă.

Cum funcționează rulmenții auto-lubrifianți cu flanșe

Mecanismul de auto-lubrifiere a acestor rulmenți funcționează diferit în funcție de construcția materialului specific, dar principiul de bază este consecvent: materialul rulmentului eliberează continuu sau prezintă o peliculă lubrifiantă la interfața de alunecare, reducând frecarea și uzura fără nicio aport extern de lubrifiant din partea operatorului sau a sistemului de întreținere.

Rezervoare de lubrifiant solid din bronz poros

Lagărele cu flanșă din bronz poros sinterizat sunt fabricate prin compactarea și sinterizarea pulberii de bronz pentru a crea un rulment cu o rețea controlată de pori interconectați în întreaga sa structură. Acești pori sunt apoi impregnați în vid cu ulei lubrifiant - de obicei ulei mineral ISO VG 68 sau VG 100 - care este menținut în matricea poroasă prin acțiune capilară. Pe măsură ce arborele se rotește în interiorul rulmentului, căldura de frecare și acțiunea de pompare a suprafeței arborelui atrag uleiul din pori către interfața de alunecare, formând o peliculă de lubrifiere. Când rulmentul se răcește și rotația arborelui se oprește, uleiul este atras înapoi în pori prin acțiune capilară. Acest ciclu de auto-alimentare continuă pe toată durata de viață a rulmentului, rezervorul de ulei oferind ani de funcționare fără întreținere în aplicații cu încărcare ușoară până la moderată.

Căptușeală din PTFE și polimer compozit

Rulmenții auto-lubrifianți cu flanșe compozite multistrat utilizează un mecanism diferit. Cea mai comună construcție constă dintr-un suport de oțel pentru rezistența structurală, un strat intermediar de bronz sinterizat care asigură lipirea mecanică și un strat subțire de suprafață de compus PTFE (politetrafluoretilenă) - de obicei PTFE amestecat cu plumb, pulbere de bronz sau alte materiale de umplutură - ca suprafață de alunecare. PTFE are un coeficient de frecare excepțional de scăzut (aproximativ 0,04–0,20 în funcție de condițiile de sarcină și viteză) și acționează ca un lubrifiant solid: pe măsură ce arborele alunecă pe stratul de suprafață PTFE, pe arbore se formează o peliculă de transfer microscopică, creând o pereche de suprafețe cu frecare scăzută care se susțin prin procesul de rulare. Acest mecanism nu necesită deloc lubrifiant lichid, făcând din acești rulmenți adevărate componente de funcționare uscată, potrivite aplicațiilor în care orice contaminare cu ulei este inacceptabilă.

Rulmenți înfundați cu disulfură de grafit și molibden

Unii rulmenți auto-lubrifianți cu flanșe - în special cei utilizați în aplicații la temperaturi ridicate sau la sarcini grele - folosesc dopuri de lubrifiant solid sau incrustații de disulfură de grafit sau molibden (MoS₂) încorporate direct într-un corp din bronz sau fontă. Pe măsură ce arborele se rotește, dopurile sunt uzate treptat, depunând continuu lubrifiant solid pe suprafața arborelui și pe orificiul rulmentului. Grafitul este deosebit de eficient la temperaturi ridicate, unde lubrifianții pe bază de ulei se oxidează sau se evaporă, făcând rulmenții cu flanșe cu blocaj de grafit o alegere comună în echipamentele cuptorului, ghidajele mașinilor cuptoarelor și sistemele de transport la temperatură înaltă.

Principalele tipuri de materiale ale rulmenților cu autolubrifiere cu flanșă

Capacitățile de performanță și mediul de aplicare adecvat al unui rulment auto-lubrifiant cu flanșă sunt în mare măsură determinate de sistemul de materiale utilizat în construcția acestuia. Principalele categorii disponibile diferă semnificativ în ceea ce privește capacitatea de încărcare, viteza nominală, intervalul de temperatură și rezistența chimică.

Bronz poros sinterizat (impregnat cu ulei)

Rulmenții cu flanșe din bronz sinterizat impregnat cu ulei sunt cel mai utilizat tip de rulment auto-lubrifiant pentru aplicații generale de inginerie. Acestea sunt conforme cu standardele ISO 2795 și DIN 1850 în ceea ce privește dimensiunile și sunt ușor disponibile în dimensiuni metrice și în inchi de la o gamă largă de producători. Capacitatea lor tipică de încărcare este moderată — sarcini radiale dinamice de până la aproximativ 60–80 N/mm² — și funcționează bine la viteze ale arborelui de până la aproximativ 2–3 m/s, în funcție de sarcină. Intervalul de temperatură de funcționare este limitat de uleiul impregnat, de obicei -20°C până la 80°C pentru impregnarea cu ulei mineral, cu intervale de temperatură mai mari posibile cu variantele de ulei sintetic. Sunt eficiente din punct de vedere al costurilor, sunt ușor de prelucrat și sunt bine înțelese în service.

Compozit PTFE cu suport de oțel (tip DU)

Rulmenții cu flanșe compozite cu spate din oțel – cunoscuți în mod obișnuit sub denumirea DU care provine de la rulmentul Glacier DU dezvoltat în anii 1950 – au devenit un standard global în proiectarea rulmenților fără întreținere. Suportul din oțel oferă o rezistență ridicată la compresiune, iar stratul de alunecare din compozit PTFE asigură frecare foarte scăzută și funcționare fără ulei. Acești rulmenți suportă sarcini specifice mai mari decât bronzul sinterizat - până la 250 N/mm² static, 140 N/mm² dinamic în clasele standard - și intervalul lor de temperatură de funcționare este de obicei -200°C până la 280°C, depășind cu mult bronzul impregnat cu ulei. Sunt alegerea standard pentru componentele auto, pivoții de mașini agricole, echipamentele de construcții și orice aplicație care combină sarcină mare, mișcare oscilantă cu viteză redusă și o cerință pentru lubrifiere fără întreținere.

Bronz solid cu dopuri din grafit

Lagărele cu flanșă din bronz turnat sau forjat, cu incrustații de dop din grafit, oferă o capacitate robustă de încărcare combinată cu performanță de auto-lubrifiere la temperaturi ridicate. Aliajele de bronz comune utilizate includ CuSn8, CuSn12 și CuAl10Fe3, fiecare oferind diferite combinații de duritate, rezistență la uzură și rezistență la coroziune. dopurile de grafit sunt presate în găurile pre-găurite din corpul de bronz la intervale regulate pe suprafața rulmentului, acoperind aproximativ 20-30% din suprafața de alunecare. Acești rulmenți sunt potriviti pentru mașinile grele cu mișcare lentă, aplicații lubrifiate cu apă și medii cu temperatură ridicată în care conductivitatea termică a corpului din bronz ajută la disiparea căldurii de frecare.

Polimer termoplastic și rulmenți PEEK

Rulmenții cu flanșă din polimer proiectați – fabricați din materiale precum compuși IGLIDUR (igus), PEEK, nailon (PA) sau acetal (POM) cu aditivi lubrifianți integrați – oferă avantaje unice în aplicațiile care necesită izolație electrică, imunitate la coroziune, greutate foarte mică sau funcționare în medii agresive chimic. Rulmenții polimeri de înaltă performanță, bazați pe PEEK, pot funcționa la temperaturi continue de până la 250°C și pot rezista la medii chimice agresive care ar ataca rulmenții cu spate din bronz sau oțel. Capacitatea lor de încărcare este în general mai mică decât tipurile de rulmenți metalici, dar combinația lor de proprietăți nemagnetice, neconductoare și non-corozive le face de neînlocuit în aplicații specifice, cum ar fi echipamente medicale, fabricarea semiconductoarelor și mașinile de prelucrare a alimentelor.

Comparația materialelor lagărelor cu flanșă cu autolubrifiere

Tabelul de mai jos rezumă caracteristicile cheie de performanță ale principalelor tipuri de materiale pentru rulmenți cu autolubrifiere cu flanșe pentru a ajuta la selectarea aplicației:

Flanșa: Funcția de proiectare și capacitatea de încărcare

Flanșa de pe un rulment simplu cu flanșă este mai mult decât o simplă caracteristică de reținere - este un element structural care schimbă fundamental capacitatea rulmentului în comparație cu un manșon cilindric simplu. Înțelegerea a ceea ce face flanșa în practică îi ajută pe ingineri să specifice configurația corectă a rulmentului pentru aplicația lor.

Flanșa asigură amplasarea axială a rulmentului în carcasă, prevenind migrarea rulmentului de-a lungul axei arborelui sub încărcare axială. În aplicațiile cu sarcini radiale și axiale combinate - cum ar fi un știft de pivotare care trebuie să reziste atât la forțele de îndoire, cât și de împingere - fața flanșei acționează ca o suprafață de rulment de tracțiune, suportând sarcini axiale pe fața carcasei. Suprafața de contact a feței flanșei determină capacitatea sa de încărcare axială, astfel încât diametrele mai mari ale flanșei oferă cote mai mari de sarcină axială. Pentru aplicații cu sarcini axiale foarte mari sau susținute, este important să se verifice dacă presiunea de contact a feței flanșei rămâne în limitele admisibile ale materialului - depășirea acestor limite cauzează uzura progresivă a feței flanșei și eventuala pierdere a preciziei de poziționare axială.

Rulmenții cu flanșă sunt de obicei specificați în două configurații de grosime a flanșei: flanșă standard (mai groasă, capacitate de încărcare axială mai mare) și flanșă subțire (grosimea flanșei redusă pentru modelele de carcasă cu spațiu limitat). Unii producători oferă, de asemenea, rulmenți cu flanșă dublă, în care o flanșă este prezentă la ambele capete ale alezajului - oferind reținere axială în ambele direcții fără a necesita o caracteristică de reținere separată. Configurațiile cu flanșe duble sunt deosebit de utile în aplicațiile cu pivot oscilant unde sarcinile de tracțiune pot inversa direcția.

Dimensiune, toleranțe și potrivire a arborelui pentru rulmenți cu autolubrifiere cu flanșă

Dimensiunea corectă și toleranțele de potrivire sunt esențiale pentru performanța și durata de viață a oricărui lagăr alunecat, iar rulmenții auto-lubrifianți cu flanșe nu fac excepție. Atât potrivirea alezajului carcasei, cât și jocul dintre arbore și alezaj trebuie să fie în intervalele specificate pentru ca rulmentul să funcționeze corect.

Carcasa Bore Fit

Rulmenții auto-lubrifianți cu flanșe sunt proiectați pentru a fi presați în carcasele lor cu o potrivire de interferență controlată - de obicei o combinație de toleranță H7/p6 sau H7/r6 în sistemul ISO - care împiedică rotirea rulmentului în carcasă sub sarcini de funcționare. Pentru rulmenții din compozit cu spate din oțel, potrivirea prin interferență ajută, de asemenea, rulmentul să se conformeze oricăror nereguli minore din orificiul carcasei, îmbunătățind zona de contact și disiparea căldurii. Alezajul carcasei trebuie prelucrat la toleranța specificată de producătorul rulmentului, cu finisare bună a suprafeței (Ra 0,8–1,6 μm de obicei) și cilindricitate corectă. Un orificiu supradimensionat al carcasei duce la rotirea rulmentului în carcasă, mai degrabă decât pe arbore, provocând deteriorarea rapidă a ambelor componente. Un orificiu subdimensionat comprimă rulmentul excesiv, reducând diametrul alezajului sub spec. și potențial blocând arborele.

Jocul arborelui

Jocul de rulare dintre arbore și alezajul rulmentului este la fel de critic. Prea puțin joc provoacă frecare mare, acumulare de căldură și defecțiune timpurie a uzurii. Prea mult spațiu permite mișcarea arborelui care mărește încărcarea la impact și solicitarea la suprafață. Toleranțe ale arborelui recomandate pentru rulmenții auto-lubrifianți cu flanșe sunt de obicei h6 sau f7 pentru aplicații cu arbore rotativ și h9 sau e8 pentru aplicații oscilante. După ce rulmentul este presat în carcasa sa, diametrul alezajului se va reduce ușor datorită potrivirii prin interferență - această reducere prin presare trebuie luată în considerare atunci când se specifică diametrul arborelui pentru a se asigura că jocul final de rulare se încadrează în intervalul recomandat. Majoritatea producătorilor de rulmenți oferă tabele care arată reducerea preconizată a alezajului după presare în funcție de interferența carcasei și grosimea peretelui rulmentului.

Duritatea suprafeței arborelui și finisaj

Arborele care rulează în interiorul unui rulment auto-lubrifiant cu flanșă trebuie să fie suficient de dur și bine finisat pentru a obține o durată bună de viață a rulmentului. Pentru rulmenții din compozit PTFE cu spate de oțel, duritatea arborelui de cel puțin 55 HRC (călit sau călit prin inducție) este în general recomandată pentru o performanță optimă la uzură, cu rugozitatea suprafeței Ra 0,2–0,8 μm. Arborele mai moi sau mai aspre provoacă abraziunea accelerată a suprafeței rulmentului și reduc semnificativ durata de viață. Pentru rulmenții din bronz sinterizat, arborii oarecum mai moi și mai aspri sunt acceptați, deoarece materialul de bronz este mai tolerant la variația suprafeței arborelui. Pot fi utilizați arbori din oțel inoxidabil, dar trebuie verificați pentru o duritate adecvată, deoarece unele tipuri de inox sunt relativ moi și se pot uza ele însele pe suprafața rulmentului.

Aplicații obișnuite ale rulmenților auto-lubrifianți cu flanșe

Rulmenții auto-lubrifianți cu flanșe apar într-o gamă enormă de aplicații industriale și mecanice. Combinația lor dintre locația axială integrată și funcționarea fără întreținere le face o alegere implicită în multe situații de proiectare.

• Mașini agricole: Punctele de pivotare ale plugurilor, cultivatoarelor și echipamentelor de recoltat sunt aplicații ideale pentru rulmenții auto-lubrifianți cu flanșe. Aceste îmbinări funcționează în medii puternic contaminate, unde relubrifierea manuală este dificilă și unde pătrunderea particulelor abrazive de sol distruge rapid rulmenții unsați. Rulmenții cu flanșă fără întreținere din PTFE cu spate de oțel sau construcție din bronz-grafit reduc semnificativ timpul de nefuncționare și costurile de întreținere în aplicațiile agricole.
• Utilaje de constructii si de terasare: Pivoții brațului, legăturile cupei și cilindrii de ridicare a lamei de pe excavatoare, încărcătoare și gredere utilizează rulmenți lipiți cu flanșe pentru a face față sarcinilor combinate radiale și de tracțiune în medii cu contaminare ridicată. Rulmenții cu flanșe compozite cu spate din oțel de sarcină mare sunt specificația standard pentru aceste aplicații în modelele majorității producătorilor de echipamente.
• Prelucrarea alimentelor și a băuturilor: Acolo unde reglementările de igienă interzic contaminarea cu grăsimi a produselor, lagărele cu flanșe care nu necesită întreținere din compozit PTFE de calitate alimentară sau materiale polimerice aprobate sunt utilizați în transmisii transportoare, mașini de ambalare și echipamente de amestecare. Funcționarea lor fără ulei elimină orice risc de contaminare cu lubrifiant, respectând în același timp cerințele de spălare și igienizare.
• Componente auto și vehicule comerciale: Pivoții pedalei de frână, legăturile de suspensie, componentele de direcție și mecanismele de reglare a scaunelor din automobile și camioane folosesc de obicei rulmenți auto-lubrifianți cu flanșă montați prin presare, care asigură lubrifiere pe viață, care corespund așteptărilor de întreținere fără service ale designului modern al vehiculului.
• Mașini de imprimare și ambalare: Echipamentele de imprimare și ambalare de mare viteză utilizează bronz sinterizat cu flanșe sau lagăre compozite în ghidajele de came, rolele de ghidare și mecanismele de reglare a registrului, unde locația precisă a arborelui și timpul de întreținere redus sunt esențiale pentru eficiența producției.
• Ştifturi ale cilindrului hidraulic: Îmbinările de știft ale cilindrilor hidraulici de pe echipamentele industriale și mobile sunt o aplicație clasică pentru rulmenții auto-lubrifianți cu flanșă, în care flanșa asigură reținere axială în alezajul cilindrilor hidraulici, în timp ce căptușeala auto-lubrifiantă gestionează mișcarea oscilante sub sarcină pe măsură ce cilindrul se extinde și se retrage.

Cele mai bune practici de instalare pentru lagărele simple cu flanșă

Instalarea corectă este esențială pentru atingerea performanței nominale și a duratei de viață a unui rulment auto-lubrifiant cu flanșă. Practica proastă de instalare – în special în cazul rulmenților compoziți cu spate din oțel – este una dintre cele mai comune cauze ale defecțiunii premature a rulmentului în domeniu.

• Folosește o presă, nu un ciocan: Rulmenții auto-lubrifianți cu flanșă trebuie să fie întotdeauna presați în carcasele lor folosind o unealtă de presare care aplică forță uniform și drept pe suprafața exterioară a rulmentului - niciodată bătuți cu un ciocan. Încărcarea cu impact în timpul instalării poate crăpa căptușeala PTFE a rulmenților compoziți sau poate distorsiona geometria rulmentului, creând un alezaj substandard care va cauza uzura prematură a arborelui.
• Aplicați forță pe diametrul exterior, niciodată pe orificiu: Forța de presare trebuie aplicată pe diametrul exterior al rulmentului (suportul din oțel sau suprafața exterioară din bronz), nu pe alezajul sau suprafața flanșei. Aplicarea forței pe alezaj deteriorează suprafața de alunecare înainte ca rulmentul să fie pus în funcțiune.
• Asigurați-vă că carcasa este curată și debavurată: Înainte de a apăsa rulmentul, verificați dacă alezajul carcasei este curat, fără așchii sau bavuri de la prelucrare și în limitele toleranței de diametru specificate. O bavură sau așchie în orificiul carcasei poate deteriora local suprafața exterioară a rulmentului în timpul presării, creând o concentrare a tensiunii care în cele din urmă sparge materialul de suport.
• Nu ungeți rulmenții din compozit PTFE: Rulmenții cu flanșă din compozit PTFE cu spate de oțel sunt proiectați să funcționeze uscat. Aplicarea de grăsime asupra acestora în timpul instalării – o greșeală comună determinată de obișnuință – le reduce efectiv performanța prin interferarea cu mecanismul filmului de transfer PTFE și atragerea contaminanților abrazivi pe suprafața de alunecare.
• Verificați diametrul alezajului după apăsare: După ce ați apăsat rulmentul în carcasa acestuia, măsurați diametrul alezajului pentru a confirma că s-a apropiat de intervalul așteptat după fixarea prin presare. Dacă alezajul s-a închis excesiv, jocul de rulare al arborelui va fi insuficient. Dacă alezajul carcasei a fost prelucrat supradimensionat sau rulmentul a fost o potrivire proastă, alezajul poate fi prea mare și rulmentul se poate roti în funcțiune.

Cum să selectați rulmentul auto-lubrifiant cu flanșă potrivit pentru aplicația dvs

Selectarea rulmentului auto-lubrifiant cu flanșă corect pentru o aplicație specifică necesită lucrul sistematic printr-un set de parametri de funcționare. Iată procesul practic de selecție pe care îl urmează inginerii de rulmenți.

Începeți prin a defini clar condițiile de funcționare: sarcina radială asupra rulmentului (în Newtoni sau kilonewtoni), orice sarcină axială sau de tracțiune pe care trebuie să le suporte fața flanșei, diametrul arborelui, tipul de mișcare (rotație continuă, oscilație sau amestec), viteza arborelui sau frecvența de oscilație, intervalul de temperatură de funcționare și dacă poate fi utilizat orice operațiune de lubrifiant complet uscată. Cu acești parametri stabiliți, calculați presiunea specifică a rulmentului (sarcina împărțită la aria proiectată a lungimii orificiului × diametru) și valoarea PV (presiunea specifică înmulțită cu viteza de alunecare) - acest parametru combinat este baza standard pentru compararea condițiilor de funcționare cu limitele de capacitate ale unui material de rulment.

Potriviți aceste valori calculate cu datele despre capacitatea materialului de la producătorul rulmenților - fiecare tip de material a publicat limite maxime P, V și PV, peste care ratele de uzură devin inacceptabil de ridicate. Pentru aplicații apropiate de limitele unui material, luați în considerare orice creștere a temperaturii din cauza frecării (PV mai mare înseamnă generare mai mare de căldură) și verificați dacă temperatura nominală a materialului selectat oferă încă marjă. În cele din urmă, verificați dacă rulmenții din seria dimensională standard sunt disponibili cu diametrul necesar al arborelui — majoritatea rulmenților auto-lubrifianți cu flanșe sunt fabricați în seria metrică standard (ISO 3547 pentru bronz sinterizat, DIN 1850 pentru rulmenți cu manșon) de la alezajul de 3 mm în sus, cu o gamă largă de configurații de flanșe disponibile din stoc..