Lagăre simple – o analiză tribologică a suprafețelor glisante și a abordărilor bazate pe design

Frecarea este de obicei un parametru de pierdere în proiectele mecanice care poate duce la o uzură și la o defectare sporită a componentelor. Aceasta este adesea cauzată de contactul cu suprafețele care se mișcă în direcția opusă. Instalarea lagărelor simple este una dintre modalitățile de a facilita mișcarea cu frecare redusă între aceste componente. Dar cum funcționează lagărele simple? Cum este minimizată frecarea de lagărele simple și care sunt abordările bazate pe design pentru a optimiza mișcarea redusă de frecare? Acest articol oferă o perspectivă asupra lumii tribologiei (teoria fricțiunii) și importanța sa pentru utilizarea lagărelor simple.

Ce este tribologia și de ce are sens o analiză pentru lagărele simple?

Tribologia se mai numește și teoria frecării și, în termeni simpli, se ocupă de comportamentul de frecare al diferitelor suprafețe una față de cealaltă. Tribologia se distinge în trei secțiuni principale: Frecare, uzură și lubrifiere.

Dar este frecarea?

Frecarea este rezistența la mișcare între două particule sau suprafețe care intră în contact cu corpul. Se face o distincție generală între frecarea externă și cea internă. Frecarea externă include frecarea statică, frecarea prin alunecare și frecarea prin rulare. Frecarea internă a corpului, gazului sau lichidului se numește frecare vâscoasă și cauzează ductilitatea materialului.

În special, frecarea externă influențează comportamentul de uzură al materialelor și, în majoritatea cazurilor, duce la o uzură mai mare sau mai rapidă. Uzura reprezintă pierderea progresivă de material din cauza unei cauze mecanice. Apare atunci când corpurile se freacă prea mult sau prea tare. Acest lucru se poate întâmpla, de exemplu, atunci când două componente neprotejate se ating și se deplasează simultan una față de cealaltă. Frecarea și uzura sunt așa-numiții parametri de pierdere. Uzura este de obicei evidentă prin modificarea suprafeței materialului. Lubrifierea se aplică în acest moment: Lubrifianții acționează ca un agent de eliberare care reduce frecarea. Acestea protejează suprafețele de contact, reducând astfel frecarea și uzura. Particulele de căldură și de uzură sunt îndepărtate în același timp.

Sarcina principală a lagărelor simple este de a asigura mișcarea cu frecare redusă a două suprafețe mobile una față de cealaltă. Lagărele simple fac acest lucru posibil datorită materialului din care sunt fabricate acestea, depozitării lubrifianților sau unei structuri speciale. Pe lângă reducerea frecării, utilizarea lubrifianților îmbunătățește, de asemenea, netezimea și caracteristicile generale de funcționare ale lagărelor. Prin urmare, o analiză tribologică este destul de utilă.

Prezentare generală a tipurilor de uzură

Există mai multe tipuri de uzură indusă de diferite cauze:

• Aderență: între corpuri se creează o legătură atomică. Cauză: Interacțiunea moleculară a diferitelor suprafețe.
• Abraziune: Corpul bazei este zgâriat sau micro-prelucrat. Cauză: Rigiditatea atinge vârful în corpul opus, particule dure în mediul intermediar.
• Reacție tribochimică: Corpurile de bază și corpurile opuse reacționează cu particulele ambientale și cu cele de lubrifiant. Cauză: Suprafețele sunt activate chimic din cauza frecării. Unul dintre cele mai frecvente moduri de uzură în caz de defectare.
• Descompunerea suprafeței: Se formează fisuri, care continuă să crească până când se detașează particule individuale. Cauză: Stresuri alternative în zonele de suprafață ale corpului.

Lubrifianți

Lubrifianții sunt utilizați pentru a reduce frecarea, reducând în același timp coroziunea. Construirea unei interfețe pentru lubrifiant reduce sau previne contactul direct între doi parteneri de frecare. În majoritatea cazurilor, lubrifiantul se bazează pe un ulei de bază, care este ajustat la utilizările prevăzute de aditivi suplimentari. Lubrifianții sunt disponibili în versiuni solide, lichide sau gazoase cu vâscozitate diferită.

Uleiuri

Uleiurile constau dintr-un ulei de bază, de ex., ulei mineral, ester sau poliglicol și mai mulți aditivi. Sunt conductori termici buni și pot fi utilizați la temperaturi și viteze ridicate, de ex., în rulmenți și lanțuri simple. Aditivii sunt utilizați pentru reglarea intenționată a proprietăților uleiului, de ex., pentru a reduce uzura sau coroziunea. Uleiurile pot fi utilizate și pentru curățare, deoarece acestea absorb particulele de murdărie.

Vaseline

Vaselinele sunt fabricate dintr-un ulei de bază și un agent de îngroșare (numit și săpun). Agentul de îngroșare determină caracteristicile de performanță. Vaselinele rămân direct la punctul de lubrifiere și contracarează permanent frecarea. Acestea oferă protecție împotriva pătrunderii umezelii și a murdăriei.

Lubrifianți solizi

Lubrifianții solizi, de exemplu, grafitul sau sulfura de molibden, sunt utilizați în formă solidă. Acestea produc o frecare foarte scăzută și au o rezistență ridicată la temperatură. Lubrifianții solizi sunt, de exemplu, utilizați ori de câte ori lubrifianții lichizi nu pot fi utilizați, cum ar fi într-un mediu cu vid sau la temperaturi extreme.

Clase de vâscozitate

Vâscozitatea este o proprietate definită pentru lichide și gaze (denumite colectiv lichide) și reprezintă frecarea internă a lichidelor. Vâscozitatea este rezultatul forțelor de atracție ale particulelor din fluid și este generată de frecarea internă a fluidelor. Prin urmare, vâscozitatea afectează direct frecarea. Uleiurile de motor, fluidele de transmisie și lubrifianții industriali au clase specifice de vâscozitate; de exemplu, sunt clasificate în conformitate cu SE (Societatea Inginerilor din Industria Auto) sau ISO.

Totuși, vâscozitatea depinde și de temperatura lubrifiantului. Prin urmare, diferitele niveluri de vâscozitate sunt adesea indicate pentru două stări. Pentru uleiurile de motor precum SE 5W-30 sau SE 15W-40, primul număr indică fluiditatea la temperaturi scăzute, iar al doilea număr indică vâscozitatea la temperatura de funcționare. De exemplu, cu cât numărul este mai mic, cu atât uleiul este mai subțire.

În general, există următoarele vâscozități:

• Vâscozitate scăzută: Materiale foarte lichide, cum ar fi apa sau benzina, care curg ușor și rapid fără rezistență. Utilizate pentru sarcini de compresie reduse și viteze de alunecare ridicate.
• Vâscozitate medie: Materiale vâscoase, cum ar fi uleiul de rapiță sau melasă, care circulă mai lent și cu rezistență vizibilă.
• Vâscozitate ridicată: Substanțe păstoase, cum ar fi adezivii, care sunt foarte groși și astfel circulă puternic și lent cu rezistență ridicată. Deseori prezintă proprietăți plastice. Utilizate pentru sarcini de compresie crescute și viteze de alunecare scăzute.

Elementele fundamentale ale lagărului simplu

Lagărele simple sunt robuste și fiabile. Suprafețele cu alunecare specială permit o mișcare redusă de frecare a componentei de contact. Spre deosebire de lagărele rulante, o componentă susținută de un lagăr simplu alunecă pe o suprafață a lagărului. Forțele care vor fi absorbite nu sunt distribuite în puncte individuale, ca pe un lagăr cu bile, ci pe o suprafață mai mare. Prin urmare, forțele mai mari pot fi absorbite. Lagărele simple sunt, de asemenea, caracterizate de un design simplu, care economisește spațiu și de proprietăți de absorbție a zgomotului și a vibrațiilor. Lagărele simple pot fi realizate în diferite forme, de exemplu, sub formă de bucșe, plăci sau bare. Frecarea prin glisare, care acționează împotriva forței de împingere, are loc în timpul mișcării de alunecare. Prin urmare, merită să lubrifiați lagărele cu un mediu intermediar care reduce frecarea.

Acesta poate fi, de exemplu, oricare dintre următoarele:

• Gaz (separă suprafețele la temperaturi extrem de scăzute)
• Ulei (de ex., pentru lagăre drepte hidrodinamice)
• Lubrifianți solizi (de ex., la temperaturi sau forțe centrifuge ridicate)
• Câmpuri magnetice (de ex., în camere cu atmosferă controlată).

Selectare simplă a lagărelor

Există diferite tipuri de lagăre simple. De exemplu, MISUMI are lagăre simple care nu necesită întreținere, pe care bucșele sunt fie direct îmbibate cu lubrifiant, fie sunt dotate cu lubrifiant încorporat, fie cu bucșe de ghidare cu lubrifiere. Acest lucru nu necesită lubrifiere reluată sau doar o lubrifiere reluată rară. Lagărele simple care nu necesită întreținere sunt recomandate pentru sarcini grele și condiții dificile. Există mai multe versiuni de materiale: Bronz sinterizat, piese turnate, aliaj de cupru, plastic, precum și diverse variante ale stratului de compus.

Formele obișnuite includ:

• Drept: poate fi montat cu ușurință dacă nu este necesar un suport suplimentar, de ex., mișcarea axială a arborelui
• Cu flanșă: Flanșele asigură stabilitate și asamblare ușoară
• Versiuni presurizate (standard, orificiu pentru șuruburi) pentru conexiuni permanente între lagăr și carcasă, distribuție mai bună a sarcinii
• Șaibele protejează suprafețele lagărelor și distribuie uniform presiunea
• Plăci glisante: Asigură o suprafață de contact mare pentru o distribuție mai bună a presiunii și o frecare redusă

Următorul tabel oferă o prezentare generală a diferitelor forme:

Ca și în exemplul de aici, lagărele simple pot fi utilizate într-o manetă cu came:

Consultați articolul nostru, Lagăre simple - Economii de costuri prin produse eficiente din punct de vedere al costurilor, pentru mai multe informații despre selecția lagărelor simple.

Abordări bazate pe design pentru optimizarea lubrifierii

Există mai multe abordări bazate pe design pentru a asigura o lubrifiere eficientă. Într-un mediu prăfuit și agresiv, se recomandă, de exemplu, să se asigure lagăre simple cu etanșare. Aceasta menține funcționarea și lubrifierea. Atunci când se utilizează garnituri de etanșare, o suprafață netedă a suprafeței de alunecare este avantajoasă. În același timp, o suprafață netedă înseamnă și că uleiurile nu aderă bine. Alegerea lubrifiantului trebuie ajustată corespunzător.

Canelurile pot fi utilizate și pentru a optimiza performanța lubrifierii. Canelurile de lubrifiere, de exemplu, de-a lungul suprafeței de alunecare, pot acționa ca un rezervor pentru lubrifianți, asigurând astfel o alimentare continuă cu lubrifiant. Atunci când se utilizează aditivi solizi, se recomandă, de asemenea, utilizarea canelurilor sau a orificiilor în zona de descărcare, deoarece unele solide tind să formeze paste, ceea ce reduce durata de viață a lagărului simplu. În funcție de lubrifiant, trebuie selectată și o formă adecvată a canelurii și trebuie adăugate orificii de lubrifiere, după cum este necesar. Buzunarele în formă de diamant sunt potrivite pentru lubrifierea cu vaselină, capacele sferice pentru lubrifianți lichizi și uleiuri lubrifiante și perforațiile sau orificiile de lubrifiere atunci când se utilizează uleiuri și vaseline lubrifiante.

Selectarea materialelor poate fi, de asemenea, importantă pentru optimizarea lubrifierii sau minimizarea frecării prin alunecare, chiar și fără adăugarea unui lubrifiant. Suprafețele netede mecanic, de exemplu, au un comportament bun de granulare, ceea ce reduce frecarea. Totuși, după cum am menționat deja, uleiurile nu aderă bine în acest caz. Metalele sinterizate au structuri și proprietăți speciale care facilitează lubrifierea. Structura lor poroasă susține admisia de lubrifiant prin crearea unui rezervor de lubrifiant. O altă abordare este utilizarea unui tratament de suprafață. Straturile de alunecare din PTFE, grafit sau ceramică pot îmbunătăți lubrifierea lagărelor simple. De exemplu, ceramica oferă, de asemenea, o rezistență ridicată la temperatură, iar PTFE oferă o bună rezistență chimică, care extinde, de asemenea, gama de aplicații pentru lagărele simple.