Universitatea Transilvania din Braov Facultatea tiina i Ingineria Materialelor Catedra Ingineria Materialelor i Sudrii Ing. Sorin Adrian BARABA CERCETRI PRIVIND INGINERIARULMENILOR DE MARI DIMENSIUNICU SCOPUL REDUCERII MASELORINERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE RESEARCHES REGARDING LARGE BEARINGSENGINEERING TO MINIMIZE THE INERTIAL MASS AND TO INCREASE THE EFFICIENCY IN SERVICE Rezumatul tezei de doctorat Conductor tiinific Prof. Univ. Dr. Ing. Cornel Eugen ERBAN Braov 2010 MINISTERUL EDUCAIEI, CERCETRII TINERETULUI I SPORTULUI UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAOV BRAOV, B-dul EROILOR, Nr. 29, Cod 500036 Tel. 0268413000, Fax. +40-0268410525 Dnei/lui................................................................................................. COMPONENA Comisiei de doctorat Numit prin Ordinul Rectorului Universitii Transilvania din Braov Nr. 4158 din 23.07.2010 PREEDINTE Prof. Univ. Dr. Ing. Mircea Horia IEREAN Decan - Facultatea de tiina i Ingineria Materialelor Universitatea Transivania din Braov CONDUCTOR TIINIFIC Prof. Univ. Dr. Ing. Cornel Eugen ERBAN Universitatea Transilvania din Braov REFERENI TIINIFICI Prof. Univ. Dr. Ing. Rami ABAN Universitatea Politehnica din Bucureti Prof. Univ. Dr. Ing. Maria NICOLAE Universitatea Politehnica din Bucureti Prof. Univ. Dr. Ing. Vasile LUCA Universitatea Transilvania din Braov Data, ora i locul susinerii publice a tezei de doctorat: 30 septembrie 2010, ora 18, Colina Universitii, sala I1.6 Eventualele aprecieri i observaii asupra lucrrii, v rugm s le transmitei n timputil,peadresaUniversitiiTransilvaniadinBraov,Facultateade tiina i Ingineria Materialelor,Catedra de Ingineria Materialelor i Sudrii. 1 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba CUPRINS INTRODUCERE...................................................................................... CAPITOLUL 1STADIULACTUALALCERCETRILORPRIVINDINGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI............................................. 1.1. Domenii de utilizare................................................................. 1.1.1. Rulmeni mari utilizai la centrale eoliene................. 1.1.2. Rulmeni mari folosii n transporturi........................ 1.2. Generaliti.............................................................................. 1.2.1. Montaje cu rulmeni................................................... 1.2.2. Ajustaje i tolerane pentru lagrele cu rulmeni...... 1.2.3. Reglarea jocului din rulmeni....................................1.2.4. Lubrifierea rulmenilor.............................................. 1.2.5 Tipuri constructive de rulmeni mari.......................... 1.3. Geometria rulmenilor cu role de mari dimensiuni................. 1.4. Concluzii i direcii de cercetare............................................. 1.4.1. Concluzii.................................................................... 1.4.2. Stabilirea direciilor de cercetare.............................. CAPITOLUL 2 ELEMENTE TEORETICE DE CINEMATIC A RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI................................................................................. 2.1. Tipuri de micare rol-elemente de rulare.............................. 2.2. Micarea de rostogolire simpl............................................... 2.3.Micarea de rostogolire cu alunecare.................................... 2.4.Micarea de rostogolire cu pivotare....................................... 2.5. Viteze ntre corpurile n contact............................................... 2.6. Raportul dintre aria de contact i aria de frecare................... 2.7. Concluzii.................................................................................. CAPITOLUL 3 ELEMENTETEORETICEDEDINAMICARULMENILORDE MARI DIMENSIUNI................................................................................. 3.1. Distribuia forelor la rulmentul cu role cilindrice................3.2. Distribuia forelor larulmentul cu role conice..................... 3.3. Distribuia forelor larulmentul cu role sferice..................... 3.4. Distribuia forelor n cazul micrii de rotaie cu excentric.. 3.5. Capacitatea de ncrcare i durabilitatea rulmenilor............ 3.5.1. Teoria Lundberg-Palmgren....................................... 3.5.2. Teoria Ioannides-Harris............................................ 3.5.3. Teoria Zaretsky..........................................................3.5.4. Durabilitatea rulmenilor mari.................................. 3.6. Concluzii.................................................................................. 7 8 8 8 10 12 14 14 14 16 16 16 19 20 20 21 22 24 24 7 8 8 8 13 17 19 23 24 25 31 36 45 45 46 47 47 48 51 55 57 59 60 61 62 65 66 67 69 72 74 76 79 84 2 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba CAPITOLUL 4 CONTACTUL ROL - CI DE RULARE.............................................. 4.1 Geometriacontactului rol-elemente de rulare....................... 4.2. Calculul contactului n cazul nealinierii rolei.......................... 4.3. Starea tensiunilor i deformaiilor n zona de contact.............4.3.1. Distribuia tensiunilor pe suprafaa de contact.......... 4.3.2. Modelul de calcul al contactului rol-ci de rulare...4.3.3. Rezolvarea discret a contactului rol -ci de rulare4.3.4. Distribuia tensiunilor n cazul contactului rol cav-inel interior........................................................ 4.4. Modelri dinamice ale contactului rol - inel interior. Soluia propus pentru reducerea maselor ineriale............... 4.4.1. Analiza tensiunilor Von Mises cu ajutorulsoftware-ului Solidworks i Abaqus........................... 4.4.2. Modelul elaborat pentru studiul rolelor cilindrice..... 4.5. Modelul analitic rol-inel.........................................................4.6. Concluzii........................................................................................... CAPITOLUL 5 MATERIALEFOLOSITENCONSTRUCIADERULMENI DE MARI DIMENSIUNI.................................................................. 5.1. Caracteristici de calitatate cerute oelurilor pentru rulmenii de mari dimensiuni................................................................... 5.1.1. Cerine generale......................................................... 5.1.2. Oeluri pentru rulmeni.............................................. 5.1.3. Oeluride carburare................................................. 5.1.4. Oeluri de carbonitrurare i clire superficial........ 5.1.5. Incluziuni nemetalice................................................. 5.1.6. Coninutul n gaze...................................................... 5.2. Clibilitatea.............................................................................. 5.2.1. Clibilitatea miezului.................................................. 5.2.2. Clibilitatea stratului.................................................. 5.3. Caracteristicile mecanice minime i diagrama de transformare la rcire continu............................................... 5.4. Deformarea plastic la cald i tratamentul termic preliminar 5.5. Concluzii................................................................................... CAPITOLUL 6 ANALIZA TENSIUNILOR APRUTE N ROLELE RULMENILOR DEMARIDIMENSIUNIFOLOSINDMETODAELEMENTULUI FINIT.......................................................................................................... 6.1. Elemente de teorie ale analizei prin metoda elementului finit. 6.2. Algoritmul de calcul prin metoda elementului finit.................. 6.3. Analiza contactului la rulmentul de dimensiuni mari..............6.3.1.Etapeleparcursepentrurealizareacalcululuiprin metoda analizei cu element finit................................. 25 25 26 27 28 28 30 31 32 35 36 36 37 38 39 85 85 86 87 88 89 91 94 94 95 97 99 101 102 102 102 104 106 108 109 111 112 112 112 114 115 117 118 118 120 124 12 3 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba 6.4 Rezultate obinute folosind analiza cu element finit.................. 6.4.1. Rulment radial cu role cilindrice pline....................... 6.4.2. Rulment radial cu role cilindrice cave cu Di=60mm.. 6.4.3. Rulment radial cu role cilindrice cave cu Di=80mm.. 6.4.4. Rulment radial cu role cilindrice cave cu Di=90mm.. 6.4.5. Rulment radial cu role cilindrice cave cu Di=100mm 6.5. Interpretarea rezultatelor concluzii....................................... CAPITOLUL 7 STUDIUL TRATAMENTULUI TERMOCHIMIC DE CARBURARE ADNC APLICAT RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI......... 7.1. Consideraii generale............................................................... 7.1.1. Procesul tehnologic.................................................... 7.1.2. Elemente teoretice...................................................... 7.2. Cercetri n domeniul carburrii adnci................................. 7.2.1. Determinarea experimental a curbelor de duritate n stratul carburat...................................................... 7.2.2. Cercetarea microscopic a structurii stratului carburat...................................................................... 7.2.3. Compoziia i adncimea stratului carburat............. 7.2.4. Rolul carburilor de tranziie...................................... 7.2.5. Austenita rezidual i carburile grosolane................ 7.2.6. Tensiunile remanente................................................. 7.2.7. Simularea prin metoda analizei de element finit a tensiunilor remanente n stratul carburat.................. 7.3. Concluzii.................................................................................. CAPITOLUL 8 CONCLUZII GENERALE, CONTRIBUII PERSONALE I DIRECII VIITOARE DE CERCETARE................................................ 8.1. Concluzii generale................................................................... 8.2. Contribuii personale............................................................... 8.3. Direcii de continuare a cercetarilor....................................... BILBLIOGRAFIE.......................................................................................... 40 43 46 46 49 50 57 58 59 60 60 60 63 64 128 128 132 136 139 142 146 149 149 150 153 160 161 168 169 170 171 172 173 175 176 176 176 179 180 4 RESEARCHES REGARDING LARGE BEARINGS ENGINEERING TO MINIMIZE THE INERTIAL MASSAND TO INCREASE THE EFFICIENCY IN SERVICE Sorin Adrian Baraba CONTENTS INTRODUCTION.................................................................................... CHAPTER 1CURRENTSTAGEOFTHESTUDIESREGARDINGLARGE BEARINGS ENGINEERING.................................................................... 1.1. Use areas.................................................................................. 1.1.1. Large bearings used to wind power systems.............. 1.1.2. Large bearings used in transports............................. 1.2. Generalities.............................................................................. 1.2.1. Montages with large bearings................................... 1.2.2. Fits and tolerances for bearings................................ 1.2.3. Clearance adjustment ofbearings............................1.2.4. Bearings lubrication.................................................. 1.2.5 Construction types of large bearings.......................... 1.3. Large roller bearings geometry .............................................. 1.4. Conclusions and research direction........................................ 1.4.1. Conclusions................................................................ 1.4.2. Establish research directions..................................... CHAPTER 2 KINEMATICSTHEORETICALELEMENTSOFLARGE BEARINGS................................................................................................ 2.1. Motion types of roller-rolling elements.................................... 2.2. Simple rolling motion............................................................... 2.3.Rolling sliding motion............................................................. 2.4.Rolling with rotation motion................................................... 2.5. Speed between elements in contact.......................................... 2.6. Relationship between contact area and friction area.............. 2.7. Conclusions.............................................................................. CHAPTER 3 DYNAMICSTHEORETICALELEMENTSOFLARGE BEARINGS ............................................................................................... 3.1. Force distribution in cylindrical roller bearing.......................3.2. Force distribution in tapered roller bearing............................ 3.3. Force distribution in spherical roller bearing......................... 3.4. Force distribution in rotating eccentric case........................... 3.5. Load capacity and durability of bearings................................ 3.5.1. Lundberg-Palmgren theory........................................ 3.5.2. Ioannides-Harris theory............................................. 3.5.3. Zaretsky theory...........................................................3.5.4. Large bearings durability.......................................... 3.6. Conclusions.............................................................................. 7 8 8 8 10 12 14 14 14 16 16 16 19 20 20 21 22 24 24 7 8 8 8 13 17 19 23 24 25 31 36 45 45 46 47 47 48 51 55 57 59 60 61 62 65 66 67 69 72 74 76 79 84 5 RESEARCHES REGARDING LARGE BEARINGS ENGINEERING TO MINIMIZE THE INERTIAL MASSAND TO INCREASE THE EFFICIENCY IN SERVICE Sorin Adrian Baraba CHAPTER 4 ROLLER ROLLING ELEMENTS CONTACT..................................... 4.1 Contact geometry of rolling- elements...................................... 4.2. Contact for roller misalignment............................................... 4.3. Stress and deformations in the contact area............................4.3.1. Stress distribution on contact surface....................... 4.3.2. Calculation model of rolling contact.........................4.3.3. Discrete solution of rolling contact........................... 4.3.4.Stressdistributionforthehollowroller-innerring contact........................................................................ 4.4. Dynamic modeling of roller-inner ring contact. The proposed solution for reducing inertial mass...................4.4.1.VonMisesstressanalysisusingSolidworksand Abaqus software................................................................... 4.4.2. The model developed to study cylindrical roller........ 4.5. The analytical model roller-inner ring....................................4.6. Conclusions.............................................................................. CHAPTER 5 MATERIALSUSEDINTHECONSTRUCTIONOFLARGE BEARINGS................................................................................................ 5.1.Steel quality required for materials of large bearings..............5.1.1. General requirements................................................ 5.1.2. Bearings steels........................................................... 5.1.3. Carburizing steels...................................................... 5.1.4. Carbonitriding and surface hardening steels............ 5.1.5. Nonmetallic inclusions............................................... 5.1.6. Gas content................................................................ 5.2. Hardening................................................................................ 5.2.1. Core hardening.......................................................... 5.2.2. Layer hardening......................................................... 5.3. Minimum mechanical properties and the continuous cooling transformation diagram.......................................................... 5.4. Hot plastic deformation and preliminary heat treatment........ 5.5. Conclusions.............................................................................. CHAPTER 6 STRESSANALYSISOFLARGEBEARINGSROLLERSUSING FINIT ELEMENT METHOD ................................................................... 6.1. Elements of theory of finite element analysis method.............. 6.2. Algorithm for finite element method........................................ 6.3. Contact analysis at large bearing............................................6.3.1.Stepstocarryoutthecalculationbyfiniteelement analysis method........................................................... 25 25 26 27 28 28 30 31 32 35 36 36 37 38 39 85 85 86 87 88 89 91 94 94 95 97 99 101 102 102 102 104 106 108 109 111 112 112 112 114 115 117 118 118 120 124 124 6 RESEARCHES REGARDING LARGE BEARINGS ENGINEERING TO MINIMIZE THE INERTIAL MASSAND TO INCREASE THE EFFICIENCY IN SERVICE Sorin Adrian Baraba 6.4 Results obtained using finite element analysys......................... 6.4.1. Radial bearing with solid roller.................................. 6.4.2. Radial bearing with hollow roller, Di=60mm............ 6.4.3. Radial bearing with hollow roller, Di=80mm............ 6.4.4. Radial bearing with hollow roller, Di=90mm............ 6.4.5. Radial bearing with hollow roller, Di=100mm.......... 6.5. Interpretations of results Conclusions.................................. CHAPTER 7 STUDYOFDEEPCARBURIZINGHEATTREATMENTAPPLIED TO LARGE BEARINGS........................................................................... 7.1. General considerations............................................................ 7.1.1. Technological process................................................ 7.1.2. Theoretical elements.................................................. 7.2. Researches in deep carburizing domain.................................. 7.2.1.Experimentaldeterminationsofhardnesscurvesof carbide layer............................................................... 7.2.2. Microscopic structure research of carbide layer....... 7.2.3. Compozition and depth of carbide layer.................... 7.2.4. Role of carbides transition......................................... 7.2.5. Residual austenite and coarse carbides..................... 7.2.6. Residual stresses........................................................ 7.2.7.Simulationbyfiniteelementmethodofresidual stress in carbide layer................................................ 7.3. Conclusions.............................................................................. CHAPTER 8 GENERALCONCLUSIONS,PERSONALCONTRIBUTIONSAND FUTURE DIRECTIONS OF RESEARCHES........................................... 8.1. General conclusions................................................................. 8.1. Personal contributions............................................................. 8.2. Future directions of researches............................................... REFERENCES......................................................................................... 40 43 46 46 49 50 57 58 59 60 60 60 63 64 128 128 132 136 139 142 146 149 149 150 153 160 161 168 169 170 171 172 173 175 176 176 176 179 180 7 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba INTRODUCERE Motivaia tematicii tezei de doctorat Scopulacesteitezededoctoratsenscriendezvoltareadomeniilorncare Romnia are interes s desfoare activiti de cercetare tiinific cu reale contribuii lacretereacalitiicunoaterii,ladezvoltareatehnicitehnologicila mbuntireacalitiivieii,direciaprincipaldeaciunefiindcercetareatiinific exploratorie cu rezultate n aplicabilitatea practic. Obiectivulgeneralalcercetriiestereprezentatdecretereafiabilitiin exploatare a rulmenilor de mari dimensiuni prin reducerea maselor ineriale n situaia implementriinaranoastraunuiparcdecentraleeolieneconformcerinelor europene.Soluiiledefolosirearulmenilorhibrizicumaterialesinterizatenusepot aplica dect la rulmenii mici sau normali. Pentru rulmenii de mari dimensiuni forele ineriale i centrifuge reprezint o problem important ce conduce la uzarea rapid a subansamblelor aflate n contact. Lucrareadefaipropunesstudiezeisrezolvereducereaacestormase inerialeiarsoluiapropusestefolosireaderoletubulare.Cercetareademonstreaz posibilitiletehnologiceiaavantajeleeconomicecedecurgdinaplicabilitatea soluieipropuse.Consultndliteraturadespecialitateifcndexplorripeinternet, nuaufostgsiteinformaiialealtorautorilegatederezolvareaproblemeiprin folosireaderoletubularelarulmeniimari.Rezult,astfel,caracteruloriginalal tematicii abordate. Metodica cercetrii propuse Lucrareadefaipropunestudiereacomportamentuluirulmenilormari prevzuicuroletubulare,studiulgeometrieiconstructivearoleloristudiul comparativ al calitii rolelor supuse tratamentelor termice. n urma experienelor i comparaiilors-au trasconcluzii, att teoreticect i practicecaresconducla dezvoltareaiperfecionareaacesteitehnologiiisproductransformri favorabile n producia de rulmeni de mari dimensiuni. Cercetrile au un caracter interdisciplinar mbinnd aprofundarea unor cunotine dindomeniile:metalurgiefizic,tratamentetermice,fizicasolidului,teoria contactului,mecanicaplicat,organedemaini,ncercrimecanice,informatic aplicat.Finalitatealucrriis-aconcretizatprinbrevetareasoluieipropuse. ColaborareacuntreprindereaINASchaeffleriBodycoteBraovs-afcutnbaza unui protocol stabilit prin care au fost folosite utilaje sau aparatura din dotare.Doresc s aduc mulumiri deosebite domnului profesor universitar doctor inginer CornelEugenerban,conductorultiinificaltezeidedoctoratpentrusprijinul acordat permanent de-a lungul ntregii perioade de elaborare a lucrrii prin ndrumri i recomandri de un nalt profesionalism. De asemenea mulumesc domnului profesor universitar doctor inginer Vasile Luca pentru ndrumrile i utilele orientri acordate. DorescsmulumescComisieideDoctorat,comisiiloravutelaanaliza rapoartelorintregiicatedreI.M.S.aUniversitiiTransilvaniaBraovpentru timpul acordat prin studiul i aprecierile fcute asupra tezei de doctorat. 8 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba CAPITOLUL 1 STADIUL ACTUAL AL CERCETRILOR PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI 1.1 Domenii de utilizare Rulmeniidemaridimensiunisefolosescnnumeroasedomeniiindustriale, cumarfi:producereaenergieielectrice(intrncomponenacentraleloreoliene), domeniultransporturilor(naval,feroviar,aeronautic),nconstrucii(ansambluri rotative),ncercetare(observatoareastronomice),nconstruciademaini-unelte (meserotative,centredeprelucrare).Esteinteresantdeartatcncondiiilecrizei financiar-economice care a debutat la sfritul anului 2008, producia de rulmeni mari s-ameninutsauchiaracrescutlanivelmondial,naionalilocal.Astfel,INA Schaeffler,unadinntreprinderilebraovenecucares-acolaboratnefectuarea testelor,areuitsmeninunnumrdeangajaideaproximativ3500oameni,n condiiilencareproduciadepieseautoasczut,tocmaiprinmrireaproducieide rulmeni mari, ce se bazeaz n special pe producia de centrale eoliene[174]. 1.1.1Rulmeni mari utilizai la centrale eoliene Energia eolian este folosit extensiv n ziua de astzi i turbine noi de vnt se construiescntoatalumea,energiaeolianfiindsursadeenergiecuceamairapid cretere n ultimii ani. Majoritatea turbinelor produc energie peste 25% din timp, acest procent crescnd iarna, cnd vnturile sunt mai puternice. n ansamblu, UE i-a propus ca, pn n 2020, 20% din consumul su total de energiesprovindinresurseregenerabile.Romniaaagreataceastint,castat membrualUniuniiEuropene.Caoconsecin,pnn2020,Romniavatrebuis creasc ponderea surselor regenerabile n consumul naional de energie, de la nivelul de17,8%nregistratn2005,la24%.ncazulncareRomnianuiatinge obiectiveleasumate,UEvadeclanaproceduradeinfringement,proceduraprivind constatareanclcriidectreunstatanendepliniriiuneiobligaiiceirevinen calitate de stat membru[156]. Fig. 1.3. Rulmenii mari folosii n construcia centralei eoliene Mitsubishi MWT62/1.0 a) Rulmentul axului principal b) Rulmentul palei 9 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba Fig. 1.4. Sistemele de rotaie: rotor, pal, pivotare, prevzute cu rulmeni mari Cantitateade energie electric produs de o instalaie eolian depinde de tipul idedimensiunileturbineiideamplasamentulinstalaiei.Lavitezejoasenuse produceenergieelectric.Dela Beaufort2(aproximativ3m/s)n sus,turbinafurnizeazputerea maxim.Laovitezavntuluide peste25m/sturbineleaufost proiectatecasseblochezeisse frnezentr-unmodcontrolatpentru a se evita suprancrcarea i avarierea instalaieiturbineisauaconstruciei. Ultimelerealizrisuntechipatecu dispozitivdecontrolalunghiuluide nclinarecaremodificunghiulpalei rotoruluincondiiidevreme nefavorabil.[34] Turbineleeolienesunt echipatecuunsistemdesiguran robustincluzndunsistem aerodinamicdeblocare.ncazuride pericolsaupentruoprireanecesar mentenaneisefoloseteundiscde blocare. Rezultatulconstnfaptulcputereapoatefigeneratchiarncondiiide vreme rea. n timpul furtunilor puternice este totui necesar s se blocheze turbina. Reieseclarcreducereaforelorinerialensistemulcentraleloreolieneeste benefic,conducndlaporniriifrnrimultmaipreciseilamicorareauzrii pieselor aflate n micare. n acest context, reducerea maselor ineriale la rulmenii de maridimensiunicesuntamplasainsistemulderotaiealpaleloricareserotesc odatcuacestea,esteevident,pelngimportantelereduceridematerial, determinnd i mrirea duratei de via a rulmenilor prin micorarea uzrii acestora. Influenamaselorinerialenconstruciaturbineieoliene,implicitn construciarulmenilordemaridimensiuniestestudiatdeSong,Dhinakarani Bao.[132] Dinamica unui sistem de conversie a energiei vntului n electricitate este dat de urmtoarele relaii [36]: TR-TCV1 = JR

(1.1) i TCV2-TG = JG

(1.2) undeTR este momentul de torsiune al rotorului; TCV1 - momentul la intrarea n cutia de vitez; TCV2 - momentul la ieirea din cutia de vitez; 10 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba TG - momentul la ieirea din generator; JR -momentul de inerie al rotorului; JG - momentul de inerie al rotorului;

- viteza de rotaie a axului principal;

- viteza de rotaie a arborelui de vitez mare; BR i BG - constante de frecare n sistemul rotor i generator. Din (1) reiese:

(1.3) Relaia(1.3)conducelaconcluziaevidentaimportaneimicorrii momentului de inerie al rotorului, implicit al maselor ineriale ale acestuia, fapt ce va conduce direct la mrirea vitezei de rotaie a axului principal, deci va permite pornirea mai rapid a centralei eoliene la o vitez mai mic a vntului. Unul din mijloacele prin care putem micora momentul de inerie este acela dat de micorarea maselor ineriale deci prin micorarea masei rulmenilor aflai n sistemul de rotire al palelor. Romniaarecelmairidicatpotenialdinsud-estulEuropeindomeniul energieieoliene,sud-estulDobrogeiplasndu-sechiarpeloculaldoilealanivelul ntregului continent, relev un studiu Erste Group.Potenialul eolian al Romniei este estimat la 14.000 MW capacitate instalat, nsaranoastrdispunedeocamdatdedoar7MWinstalainturbineeoliene.PotrivitunuistudiualInstitutuluiRomnpentruEnergie(IRE),sectorulenergiei eolienearputeacontribuicu13TWhlanecesarulnaionalanualn2020,scenariu carearimplicadezvoltareadecapacitideproduciecomplementare,bazatepe turbine care s dezvolte pn la 15 TWh. [152] 1.1.2.Rulmeni mari folosii n transporturi a)Transporturi feroviare. Rulmenii folosii n transporturi feroviare au n general dimensiuni care ajung la diametrul exterior de 400 mm. Fig.1.7. Rulmeni folosii n transporturi feroviare 11 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba Componena unor astfel de rulmeni se poate observa n fig.1.7 i 1.8 Fig.1.8. Rulmeni folosii n transporturi feroviare Apariiavibraiilorconduceladeplasareaaxeiderotaieaarboreluifiind nsoitdedeplasrilecorespunztoarealecentruluidegreutatealpieseinrotaie, ceea ce duce la apariia forelor de inerie, ale cror componente sunt determinate sub forma general, de urmtoarea relaie: Fi = mr2sint(1.4) undeFi este fora de inerie; m - masa rulmentului; r - distana pe care se produce deplasarea centrului de greutate; - componenta vitezei unghiulare determinat de frecvena vibraiei. n cazul diametrelor interioare egale, rulmenii din seria mijlocie au niveluri de zgomoteivibraiimritencomparaiecurulmeniidinseriauoar,ceeacese explicprinmrireagreutiicorpurilorderulare.Ocretereanalogseconstatla trecerea de la seria mijlocie la cea grea[8].. Unaltfactorimportantnmicorareavibraiiloresteaacums-aartatn ecuaia(1.4),micorareaforelorineriale,implicitamaselorineriale.Existena forelorinerialeconducelamrireamomentelordeinerie.Relaiadintreforelede inerie i vibraii care apar ntr-un rulment a fost studiat i exemplificat stabilindu-se apmplitudinea vibraiilor.[130], [66], [137]:

(1.5) 12 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba undep i h sunt coeficieni de elasticitate, respectiv amortizare; m - masa rulmentului; r - distana pe care se produce deplasarea centrului de greutate;

- componenta vitezei unghiulare determinat de frecvena vibraiei. Dinrelaia(1.5)sepoatededuceproporionalitateaamplitudiniivibraiilorcu masa sistemului vibrator. Cteva tipuri de montaje, realizate la Timken Ploieti, ale acestor rulmeni sunt prezentate n figura 1.9.[162] Fig.1.9. Montaje cu rulmeni grei Timken n domeniul feroviar (Global Rail Application-Timken Company) 1.3Geometria rulmenilor cu role de mari dimensiuni Elementele geometrice ale rulmenilor de mari dimensiuni curole influeneaz decisivdurataacestoradevia, rezistenalaoboseal,capacitateadencrcare,viteza defuncionare,vibraiile,forele defrecare,regimultermic, fiabilitatea. Roleledinfigura1.34 prezintdousoluiiconstructive utilizatencazulcontactelor Fig.1.34. Role cu profil modificat, logaritmic i sferic. 13 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba liniaremodificate. Unghiul de contact la aceti rulmeniestenul i nu este influenat de jocul diametral. Eventualele fore axiale sunt preluate de umerii de ghidare. Variante constructive de role[149] i tipuri de contact dintre rol i inele sunt exemplificate n fig.1.35. nfigura1.35sepotobservancrcriledecaptceaparlaorolcuprofil cilindicdrept(a),micorareaiatenuareancrcrilordecaptpentrurolecilindrice cuprofilascuitilogaritmic(b,c)idispariiancrcrilorlacapeteleroleipentru profilul sferic (d). Dezechilibrul dinamic al rulmentului poate fi caracterizat cantitativ prin produsul[42]: Dz = me (1.21) unde:m este masa rulmentului; eexcentricitateacentruluidegreutatefa de axa geometric;(fig.1.38) Dzpoatefintr-adevarconsideratcamrime cecaracterizeazdezechilibruldinamical rulmentuluintructforacentrifugprodusla rotirea unui corp este: Fc = m2 (1.22) n care este viteza unghiular de rotaie. Fig.1.35. Tipuri de contacte Hertziene dup profilul rolei a)- rol cu profil plan ; b)- rol cu profil ascuit ; c)- rol cu profil logaritmic ; d)- rol cu profil sferic Fig. 1.38. Apariia excentricitii n cazul jocurilor la rulmenii cu role 14 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba Cu ct dezechilibrul Dz este mai mare, cu att fora centrifug este mai mare la aceeaivitezunghiular.DezechilibrulDzsepoatefolosidreptmrimede comparaie pentru calitatea echilibrrii rulmenilor de acelai fel, adic avnd aceeai form,aceleaidimensiuni,acelaimateriali,implicit,aceeaimasidistribuiea acesteia. 1.4. Concluzii i direcii de cercetare 1.4.1. Concluzii a)S-arealizatunstudiudesintezadomeniilordeutilizarearulmenilorde mari dimensiuni care trateaz aspecte legate de rolul pe carel au rulmenii n cadrul fiecruiansamblufolosit,evideniindu-secerinamajorpepiaaenergeticia transporturilorncondiiidificiledetemperaturinalte,mediicorozive,mediu magnetic sau electric etc. b)S-autrecutnrevistprincipaleleproblemecarepotapreanfuncionarea rulmenilor din oel,s-au subliniatmoduriledemontare i s-ausintetizat principalele metodedeungereilubrifianiiadecvaipentrudiferitecondiiideexploatareale rulmenilor de mari dimensiuni. c)Rulmeniicarefuncioneazlaeforturiconsiderabilesedistrugdatorit fenomenelor dinamice care se produc ntre elementele acestora. Principalul avantaj al reduceriimaselorinerialelreprezintscdereaforelorcentrifugecareacioneaz asupra rulmentului. Se obine astfel o scdere important a pierderilor prin frecare i a temperaturii dezvoltate n rulmeni. d)S-autrecutnrevistprincipalelemodeleconstructivederulmenimari,subliniindu-se caracteristicile i utilitatea fiecrui model. e) S-a studiat comportarea tribologic igeometriarulmenilor mari, punndu-se accent pe elementele de rulare, contactul rol-cale de rulare i forma constructiv a rolelor. 1.4.2. Stabilirea direciilor de cercetare ndomeniulrulmenilordedimensiunimari,lanivelmondial,studiileau nceputrelativtrziu(19701975),comparativcustudiiledesfuratendomeniul rulmenilorobinuiidedimensiunimiciimedii.nrilecutradiienproducerea rulmenilor(S.U.A.,JaponiaiGermania),cercetrilecuprivirelarulmeniimariau cunoscutomareamploarenspecialnultimuldeceniu.nceamaimareparte, rezultatelecercetrilorefectuatesuntconfideniale,marilefirmeproductoarede rulmenimari(SKF,FAG,NSK,KOYOetc.)publicndu-lemaimultcucaracterde reclam. Foreleinerialelarulmeniidedimensiunimiciimediinuauavutefectele negativepecareleaularulmeniidedimensiunimari,naranoastrexistnd cercetripuineefectuatepeaceasttem.Cercetrilerecenteprivesc,nspecial, tribologiaimoduriledeuzarealematerialeloriproblemelegatedetensiunile aprute n punctele de contact. n acest context, lucrarea elaborat prezint nouti, iar cercetareas-a canalizat pe urmtoarele direcii: 15 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba a)analizaatentaparticularitilorrulmenilordemaridimensiuni,nvederea identificrii problemelor care pot aprea n funcionarea acestora. b)gsireaunorsoluiipracticedereducereamaselorinerialecarespoatfi aplicate n domeniile de utilizare a rulmenilor, pe scar larg sau n totalitate. c)dezvoltareaunuimodelmatematic,carespermitprediciialefiabilitii rulmenilor(parametricinematiciidinamici,sarcinidecontact,durabilitate teoretic, sarcin dinamic de baz, momente de frecare i pierderi prin frecare) n condiii de aplicare a soluiilor propuse. d)transcriereamodeluluintr-unprogramdesimularecomputerizat,cares permitoptimizareaparametrilordeexploatareiageometrieiinternea rulmenilor de mari dimensiunipentru aplicaii specifice, n vederea elaborrii unui instrument eficient pentru firmele productoare. e)efectuareadetestridecarburareadncpeprobeobinutedelantreprinderi productoarederulmenipentruverificareasoluiilorpropusedereducerea maselor ineriale i analizarea structurii materialelor folosite. f)elaborarea unui proiect de invenie bazat pe folosirea rolelor tubulare (acest tip derolnusefoloseteactualmentelarulmeniimari)iomologareaacestei invenii la O.S.I.M. 16 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba CAPITOLUL 2 ELEMENTE TEORETICE DE CINEMATIC A RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI 2.1 Tipuri de micare rol-elemente de rulare Cinematicarulmentuluimarecaracterizeazcondiiiledemicarerelativntre roliceledouinele,exterioriinterior.Micarearoleipoatefiinterpretatcao compuneredemicripariale,derotaieitranslaiedupceletreiaxe.Pentrua caracteriza cinematica contactului, este necesar cunoaterea detaliilor despre[9],[64]: -tipul de micare a corpurilor; -informaii despre evoluia micrii n timp i spaiu; -vitezele absolute i relative ale elementelor rulmentului; -condiii de realizare a contactului. 2.3 Micarea de rostogolire cu alunecare Alunecrilecareseproducntribocontactelerulmenilorinflueneaznmod directisubstanialpierderileprinfrecaredinrulment.Surselefrecriidealunecare sunt clar evideniate de : [106] -alunecrintreelementelederostogolireicilederulare,datorategeometriei de contact ale suprafeelor; -alunecridatoratedeformrii elementelorncontact(alunecri Heathcote); -alunecriprodusepesuprafeelede contactdintrebuzunarelecolivieii elementele de rostogolire; -alunecrintrecolivieiinelulcare realizeazghidareacoliviei(apar numai n rulmenii la care s-a aplicat aceast soluie constructiv); -nrulmeniicuroleaparalunecri ntrecapeteleroleloriinelulde ghidare a rolelor; -alunecrintreelementelede etanareinterioareisuprafeelen micarecucareetanrilevinn contact(numaincazulrulmenilor care prezint elemente de etanare). Relaiile dintre viteze pot fi scrise:

(2.18)

(2.19)Fig.2.3. Diagrama vitezelor la rulmentul cu role n cazul rostogolirii cu alunecare: cazul inel exterior fix- inel interior rotitor 17 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba Fig.2.5. Variaia vitezei unghiulare a rolelor n funcie de poziia pe care o au fa de direcia ncrcrii nfigura2.5sepoateobserva variaiavitezeiunghiularepentruun rulmentsupusuneincrcriradiale Fr=250N (fig.2.5.a) i Fr=170N (fig.2.5.b). Rolelepotcptamicri suplimentare [51],[11] de nclinare fa de axa rulmentului. nclinarea relativ a celor douineleijoculradialdinrulmentau influenedeterminanteasupranclinrii rolelor(fig.2.6).Rulmentulafuncionat la2500rot/miniaavutjocurile Jr1=0,03mmrespectiv Jr2=0,12 mm Prin considerarea vitezelor de alunecare de pe suprafaa de contact relaiile cinematice devin mult mai complicate. [53], [136], [128], [89]. Fig.2.6. Valorile unghiului de nclinare a rolelor funcie de poziia rolei Fig. 2.7. Alunecrile unui rulment cu role a) pe inelul exterior b) pe inelul interior 18 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba n cazul rulmenilor mari, forele centrifuge capt ordine de mrime apropiate dealesarcinilordepesuprafeeledecontact,vitezeledealunecaredevinmarii trebuie luate n consideraie n analiza cinematic a rulmentului.[92],[97] Sistemeledecoordonatedefinitenscopulpuneriinpracticaacestuimodel cinematicsunturmtoarele:unsisteminerial,unsistemalinelului(interiorsau exterior),unsistemazimutal(careurmretepoziiaunghiularacorpuluide rostogolirenraportcupoziiasistemuluiinerial),unsistemalcorpuluide rostogoliore i un sistem de contact (pentru fiecare contact n parte). Relaiile alunecrilor dintre rol i inelul interiorsunt:

(2.20) (2.21)

(2.22)

(2.23) unde testedeplasareafcutdeunpunctdeperolmsuratpeinelulexterior, respectiv interior ntr-un interval de timp dat ; s-deplasareapunctuluideperolnacelaiintervaldetimpmsuratpe circumferina rolei; Dr - diametrul de dispunere al rolelor ; ,-unghiurilentrecentrulroleiaflatnpoziianicentrulroleiaflatn poziia n+1 n care ajunge n intervalul de timp dat, msurate pe cele dou ci de rulare exterioar i interioar[rad]; - unghiul deplasrii punctului pe rol n intervalul de timp dat [rad]. Oanalizcinematicmaifidelarulmentuluitrebuiesconsiderei deformaiiledecontact,deoareceacesteanusuntegalentoatepuncteledepe suprafaa de contact [88]. n fig. 2.8 sunt exemplificate dou tipuri de role[91] : role drepte la capt (a) i semisferice (b). Fig.2.8.Tipuri constructive diferite de role cilindrice 19 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba ncazulrolelordreptelacapt,contactul,ncazulnedeformrilorelasticese facentr-unsingurpunct. Odatcuapariia deformrilor,punctulde contactsedeplaseazspre marginea inelului, deplasare caracterizat prin unghiul f.Poziiapunctuluide contactesteaproximatn fig. 2.9. ncazulrolelor cilindricecucaptdrept,n cazulrealalunuisistem deformabil,deplasarea punctului de contact, implicit, mrireaforelordefrecare estemaimaredectncazul rolelorcucapbombat.De aceea, n variantele constructivese va avea n vedereacest lucru pentru ca forele de frecare s nu conduc la defectarea major a rulmentului [67]. 2.7 Concluzii a)Afostdezvoltatunmodeldeanalizcinematicarulmenilordedimensiuni mariradiali-axialicurole.Acestmodelconsideralunecrile,efectealemodificriiunghiurilordecontactiasarcinilordecontactaprutenurma aciunii forelor centrifuge. b)Oanalizcinematicmaifidelarulmentuluitrebuiesconsiderei deformaiile de contact, deoarece acestea nu sunt egale n toate punctele de pe suprafaa de contact.c)Modelelecinematicecareconsiderdeformaiilelocaledecontactsuntmai precisedeoarecedeformaiileelasticeinflueneazdirectmrimeavectorului vitezunghiular,prinurmaremrimilevitezelortangenialenpunctulde contact considerat precum i vitezele de alunecare.d)n cazul rulmenilor de mari dimensiuni cu role cilindrice, micarea rolei poate fiasimilatcuomicarederostogolirecualunecare.Datoritgeometriei rolelor n captul acestora apar frecri suplimentare i micri de alunecare care conduclamrireatemperaturiiilarepartizareaneuniformancrcrii rulmentului. e)S-astudiatlegturadintregeometriarolei,punctuldecontactimicareade alunecare, sintetizndu-se rezultatele. f)Rezultateleteoreticesintetizateaufostcomparatecurezultateleteoreticei experimentaleprezentatenliteraturadespecialitate,observndu-seobun concordan ntre acestea. Fig.2.9. Poziia punctului de contact n cazul rulmenilor cu role cilindrice 20 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba CAPITOLUL 3 ELEMENTE TEORETICE DE DINAMIC A RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI 3.1 Distribuia forelor la rulmentul cu role cilindrice Larulmeniiradialicurolecilindrice,distribuiaforelorperoledifern funciederolulpecareljoacrolele,motorsauantrenat.Foreleimomentelece acioneaz asupra unei rolesunt fore centrifuge, ineriale, de frecare, hidrodinamice. [25] Tij -for de frecare tangenial ntre rol i inel interior ; Tej -for de frecare tangenial ntre rol i inel exterior ; Hij, Hej - fore hidrodinamice sau de presiune ; Fc - for centrifug ; Qij, Qej sunt forele normale de apsare ; Qcj, Qcj - fora normal ntre rol i colivie, respectiv fora de frecare ; Fgj - fora de frecare dintre rol i umrul de ghidare ; Mrj - moment rezistent ce se opune micrii rolei. Fgj giQgi (3.1) unde Qgi este fora de apsare a rolei pe umrul de ghidare Fig.3.1. Distribuia forelor la un rulment cu role cilindrice 21 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba 3.3 Distribuia forelor la rulmentul cu role sferice Cazul unui rulment cu role sferice este artat n fig 3.4 iar ecuaiile de echilibru sunt (3.29) i (3.30) [63],[105].

(3.29)

(3.30) Rezolvarea acestor ecuaii conduce la :

(3.31)

(3.32) ncrcrileuneirolesfericemaipotficalculateplecnddelacomponentele forei centrifuge [108].

(3.33)

(3.34) Din (33) i (34) reiese :

(3.35) ngeneral,rulmeniicurolesfericelucreazlavitezemicicarenumodific unghiuldecontact.Deasemenea,unrulmentcurolesfericepedourndurii autoechilibreaz fora axial, calea de rulare exterioar fiind mai tensionat dect cea interioar. Fig.3.4 Analiza forei de apsare n condiiile existenei forei centrifuge la un rulment cu role sferice 22 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba 3.4 Distribuia forelor n rotaia cu excentric ncazulcentraleloreoliene rulmeniipalelorsenvrtodatcuaxul principal de rotaie, cazul putnd fi asimilat cu studiul efectuat de Harris, i anumerotaiaroleicuaxexcentric conform figurii 3.5 [59]. Prin urmare, o for suplimentar inerialsaucentrifugalesteindusn elementulderulare.Poziionarea acestor rulmeni se face conform figurii 1.4lafiecarepal.Foracentrifugal rezultatarevaloriimportantecare coduc la scurtareasemnificativ a vieii rulmentului.Deasemenea,aacums-a artatncap.I,forainerialtotalca sumaforelorinerialeelementare(pe fiecare rol) conduce la difuncionaliti ale sistemului energetic al centralei. Fcesteforacentrifugal datoratmicrii de rotaie a rulmentului cu viteza m Fce - fora centrifugal aprut prin rotirea axului principal cu viteza e; re - raza de dispunere a rulmenilor palelor; rm - raza de dispunere a rolelor n rulment. Din figura 3.5 se poate scrie:

(3.36)

(3.37) Se poate observa c fora Fce este dependent de poziia pe care o are rola fa devectoruldepoziiealrulmentului,respectivungiul.Astfelpentru=1800fora centrifugal Fce este maxim.

(3.38) DacdescompunemFcencomponentelesale,radial,Fceritangenial,Fcet putem scrie urmtoarele relaii :

(3.39)

(3.40) Fig.3.5. Fora inerial suplimentar datorat excentricitaii 23 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba ntr-un astfel de sistem, fora centrifugal radial instantanee se poate scrie :

(3.41) La fel, fora centrifugal tangenial instantanee se poate scrie :

(3.42) Harris determin aceaste ecuaii pentru role :

(3.43)

(3.44) Se poate observa influena direct amaseirolelornmrimeaacestorfore precumiunadincauzelealunecrilor ce se produc n sistem. Unadin soluiile cearputeafiadoptateipecareacest studiuocerceteazestefolosirearolelor cave (fig. 3.6). [157] Se consider o rol plin de mas m, raz R i lungime l. (fig.3.6.a) (3.45) unde dm este masa unui element

(3.46) Momentul de inerie n raport cu axa () este:

(3.47)

(3.48) Pentru rola cav din fig. 3.6.b se folosete acelai raionament:

(3.49)

(3.50) Fig.3.6 Role cilindrice pline (a) i cave (b) 24 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba 3.5.4 Durabilitatea rulmenilor mari Metodaesterecomandatpentruestimareadurabilitiirulmenilorcare funcioneaz la viteze moderate i tensiuni de contact mari, adic C/P < 0,6 [173]. Relaia (3.54) devine: pPCaacarava a a anaL|||.|

\| =3 2 1(3.78) unde: naLeste durabilitatea nominal corectat (milioane de rotaii); (indicele n reprezint diferena dintre fiabilitatea necesar i 100%); a1 - factorul de ajustare a durabilitii pentru fiabilitate;a2- factorul de ajustare pentru material; a3- factorul de ajustare a durabilitii pentru condiiile de funcionare. av - factorul de vitez;ar- factorul de rugozitate; ac- factorul de contaminare a lubrifiantului; aa- factorul de abatere de la coaxialitate; C-sarcina dinamic de baz, [N]; P-sarcina dinamic echivalent a rulmentului [N]; p-exponent al formulei durabilitii: p=3 pentru rulmeni cu bil; p=10/3 pentru rulmeni cu role; 3.6Concluzii a)Analizndmetodologiadecalculasarciniidinamicedebazarulmenilor din oel, dezvoltat de ctre Lundberg i Palmgren, s-a constatat c pentru rulmenii de maridimensiuni,teoriaIoannides-Harris,completatdeZaretskycuefectulhoop sresscareineseamadeexpansiuneacentrifugalrol-inelinteriorconcordmai exact cu rezultatele reale. b)S-a modelat cazulunui ansamblu eolian n care s-a inut seama de forele i momenteledeinerieaprutenrulmeniipalelorlundu-senconsiderareambele cazuri: rol plin-mase de inerie mari i rol cav-reducerea maselor ineriale. c)S-aconsideratctensiunileVonMisescorespundcutensiunileapruten zonadecontact,plecndu-sedelarealitateaexistentarulmenilordemari dimensiuni cu role pline i demonstrnd c durabilitatea acestora crete n cazul unor role tubulare. d)Pentruturaiimedii,lasarcinicorespunztoareuneiturbineeoliene, momentul de inerie al rulmenilor mari cu role cave este mai mic dect al rulmenilor curolepline.Pentruacalculadurabilitateaacestoraseconsidercdeformaiile aprute n zona de contact aparin domeniului elasto-plastic.e)Distrugereaprinobosealasuperficialdecontactarelabazprocesul complexdedeformareelasticiplastic,provocatdesolicitareapulsatoriea straturilordematerialdinimediataapropiereasuprafeei,analizndu-setipurilede contact. 25 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba CAPITOLUL 4 CONTACTUL ROL - CI DE RULARE 4.1 Geometriacontactului rol-elemente de rulare Contactulrol-ciderulareeste sistemulcareconinetoateelementelece conduclauzarearulmentului,tensiunile careaparfiinddatoratevrfurilorde presiunedelacapeteleroleinumite presiunidecapt.Pentruprevenirea apariieiacestora,profilulroleis-a modificat(cap.1.3)nsensultreceriictre unprofillogaritmiccaresfaciliteze obinereauneipresiuniuniformede-a lungulgeneratoareirolei.Funciade generaredeprofilafostdezvoltatpentru primaoardeLundberg[62]apoiJohns-Gohar[70].RotirearoleinjurulaxeiX (fig.4.1)afostluatnconsiderarede Kawase i Fujiwara [50]. TensiunileVonMisesitensiunile Trescaseuniformizeazncazulunui profillogaritmicalrolei,conducndla mrireasensibiladurabilitii.Profilul, dupstudiilefcutedeKamamoto[77]i Urata[144]poateficonstruitdup2saumaimultearcedecercacrorrazse diminueazde la centrul rolei ctrecaptul acesteia. Urata demonstreazc, n cazul rolei cu profil modificat, tensiunile de capt apar doar accidental n cazul unor alinieri defectuoase dup axa X. Pentru rezolvarea problemei nealinierii se introduc parametri noi care s ia n considerare aceast rotire dup axa X.

(4.1) unde a este jumtate din lungimea efectiv de contact; b - jumtate din limea contactului; E` - echivalentul modulului lui Young; E - modulul lui Young; raia Poisson; l - lungimea efectiv a contactului; Q - ncrcarea contactului; y - poziia pe direcie axial; z(y) - deplasarea pe direcia z a curburii la poziia y.

(4.2) Fig. 4.1. Modificarea unei role cilindrice prin executarea unor prelucrri de capt dup profil logaritmic[86] 26 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba 4.2 Calculul contactului n cazul nealinierii rolei PentruarezolvaproblemanealinieriiroleidupaxaX,KawaseiFujiwara introduc parametrii : K1, Km, i zm i ecuaia (1) devine[50]:

(4.3) unde: ym este lungimea poriunii drepte

(4.4) Din ecuaiile (3) i (4) deducem:

(4.5) Notnd cu :

i

obinem:

(4.6) Vizualizareageometricaparametrilor profilului logaritmic se vede n fig. 4.2. ncontactulrol-calederularepotaprea deformaiialecelordouelementeaflaten contactianumedeformaiielasticei deformaiiplastice.Elementelegeometriceale contactului liniar sunt prezentate n fig. 4.3. Curbura suprafeelor n cele dou elemente afostevaluatncap.1.3relaiile25..30i estepozitivsaunegativdupcumsuprafaa este convex i, respectiv, concav. Suma curburilor E [51] : + + + = 22 21 12 11 (4.7) FunciacurburilorF()sedefineteprin relaia: Fig.4.2. Coeficienii profilului logaritmic modificat al rolei cilindrice pentru eliminarea tensiunilor de capt Fig.4.3. Contactul rol- inel interior. Elemente geometrice[119] 27 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba + = ) ( ) () ( F22 21 12 11 (4.8) Pentruuncontactliniarrazeledecurburpentruambelesuprafee,nplanul2 (axial), au valori infinite i curburile corespunztoare sunt nule: 12=22=0 i deci F()=1(4.9) Suprafeeleelementelorderularevinncontactdirect,cudezvoltareaunor tensiuni normale i tangeniale, pe suprafa i n adncime, precum i cu deformarea local a suprafeelor n zona de contact. 4.3Starea tensiunilor i deformaiilor n zona de contact Stareadetensiuniideformaiinzonaarieidecontactpoateficaracterizat aplicnd teoria contactului elastic, stabilit de Hertz, n 1895. Conform acestei teorii, dacexistunpunctsauoliniedecontactntredoucorpurielastice,subinfluena forelorexterioare,normalefadeariadecontact,peariadecontactapartensiuni normale iar corpurile conjugate se deformeaz elastic. n teoria hertzian a contactului se consider urmtoarele ipoteze simplificatoare: -aria de contact nu este lubrifiat, fiind, deci, uscat; -materialele corpurilor conjugate sunt omogene i izotrope; -se accept valabilitatea legii lui Hooke pentru deformaiile elastice; -corpurileconjugateausuprafeegeometriceideale,frsseinseamade rugozitate i de erorile de form; -deformaiile sunt complet elastice i aria de contact este mic n comparaie cu dimensiunile corpurilor n contact. Conform figurii 4.3 putem scrie [71]: 222121 2 12 11 112E ER RR RLQbv v t ++ = (4.10) Apropierearelativdintreceledousuprafeecilindricencontactse calculeaz cu relaia: )`((

+ |.|

\| +((

+ |.|

\| = 407 . 02ln1407 . 02ln122222 11210bRE bRE LQhv vt(4.11) unde R1 i R2 sunt razele de curbur ale celor dou suprafee n zona de contact. Tensiunea normal oz are urmtoarea expresie, pe suprafaa de contact: ( )20 zby1 p y |.|

\| = o (4.12) Tensiunea maxim, p0, i tensiunea medie, pm, se calculeaz cu relaiile: 28 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba L bQp =t20(4.13) L bQpm =2(4.14) 4.3.1 Distribuia tensiunilor pe suprafaa de contact Distribuiatensiuniinormaleozpe suprafaadecontactesteprezentatn figura4.4Toatetensiuniletangeniale principaleprezintmaximelaanumite adncimi sub suprafaa de contact [57]. Tensiunileechivalentedenumitei tensiunidecisivesecalculeaznbazaa dou ipoteze: Ipoteza tensiunii tangeniale maxime (T) dup Tresca [6]: ( )max23t o = Tech (4.15) Ipoteza tensiunii echivalente maxime (E) dup Von Mises [7] cap3. rel.3.69 () | | ) ( 6 ) ( ) ( ) (212 2 2 2 2 2zx yz xy x z z y y x echE t t t o o o o o o o + + + + + =(4.16) cu x, y i z tensiunile normale principale. 4.3.3 Rezolvarea discret a contactului rol ci de rulare Pentrucazulrealalrulmenilordedimensiunimaricarerealizeazcontacte nehertziene, liniare sau punctuale, nu exist abordri analitice, astfel nct o abordare discretestesoluiacareseimpuneconsiderndiperformaneleactualealetehnicii de calcul [56]. Fig.4.4. Tensiunile n cazul contactului liniar Fig.4.6. Divizarea n elemente finite a ariei de contact 29 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba n sistemul cartezian considerat, coordonatele nodului (i, j) sunt notate prin(xi, yj),fiind exprimate prin: x i xiA =,) 0 ( Nx i < s(4.23) y j yjA =, ( Ny j < s 0 )(4.24) undex Asiy Asunt paii reelei pe direciilex i respectiv y. Coordonatelenodului(i,j),suntnotateprin:(xi,yj),fiinddatede:x i xiA = , ) 0 ( Nx i < s , i y j yjA =.Presiunea real este de asemenea apreciat sub forma discret pij. Reprezentareaanaliticdatdeecuaiile(16)(19)estenlocuitde formularea discret dat de ecuaiile (24)(4.11) [58]: 0h u h gij ij ij = , (4.25) ,,1010kl l j k iNylNxkijp K u == =(4.26) Q p y xijNyjNxi= A A ==1010(4.27) , 0 =ijg, 0 >ijp rA j i e ) , ((4.28) , 0 >ijg , 0 =ijprA j i e ) , ((4.29) Funcia de influen Kij descrie deformaia suprafeei discretizate ca rezultat alexisteneiuneipresiuniunitarepeelementul(k,l).ValorileKij seobinprin integrareaecuaieiBoussinesq-Flamantpentruosarcinreprezentatdeopresiune unitar ce acioneaz pe elementul de ariey xA A . } } + ||.|

\| +=21212 22 2,) ( ) (1 1 1 1yyxxj iIIIIIIijd dy xE EK q q u ut(4.30) unde: , 2 /1y y ylA =, 2 /2y y ylA + = , 2 /1x x xkA = 2 /2x x xkA + = . (4.31) ( ) ) , ( ) , ( ) , ( ) , (1 1 11 2 2 1 2 2 1 12 2y x f y x f y x f y x fE EKIIIIIIij +||.|

\| +=u ut(4.32) unde funcia f( x, y ) are forma: 30 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba ( ) ( )2 2 2 2ln ln ) , ( y x x y y x y x y x f + + + + + = ,(4.33) Schema contactului elastic rol-inel interior este artat n fig. 4.7. Deformarea roleisubpresiuneadecontactse face n domeniul elastic(Hertz), apoi ndomeniulelasto-plastic(Tresca, VonMises)dupcaredeformarea poate trece n domeniul plastic dac estedepitpresiuneaadmisibil de curgere. Ecuaiile(4.21)i(4.22) echivalentecuecuaiile(4.28)i (4.29)aratcnuexistcontact pentrug(x,y) >0,contactuli presiunea de contact dezvoltndu-se n momentul n care g(x,y)=0. inndcontdefaptulcse recomandfolosireaaceluiai material ecuaiile (4.19) i (4.20) pot fi scrise n forma urmtoare : q q q td dy xpEy x u} }+ + + =2 2`) ( ) () , ( 2) , ((4.34) (4.35)

4.3.4 Distribuia tensiunilor n cazul contactului rol cav- inel interior Distribuiapresiuniidecontactsemodific ntr-unmodcategoricncazulunorrolegurite(fig 4.8) Apropierearelativh0dintreceledou suprafeecilindricesepoatescrieinndcontde relaiile (4.2)i (4.11), astfel : ((

+ |.|

\| +((

+ |.|

\| = 407 . 02ln 407 . 02 2ln22 1`0bRbr RLEQht (4.36) Folosind ecuaia (17) putem scrie : ) , ( ) , ( ) , ( y x u y x g h y x ho+ + =(4.37) Fig.4.7. Schema contactului elastic rol-inel interior[112] ( )} }+ + = dxdy y x p Q ,Fig.4.8. Contactul rol-inel interior pentru role cave. 31 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba Analizacelordouecuaii(35)i(36)conducelaconcluziateoretic urmtoare : -cretereacavitaiei,implicitaluir,facecah0sscadproporional, conducnd la scderea lui h(x,y) deci a scderii tensiunilor de capt.Aceastteoriecompleteazcercetrilefcutecuajutorulanalizeideelement finit executat de Liu [93], Jadaiyl [1],[2], Wei-Balendra [148], folosind Abaqus. Cercetrile efectuate n cadrul tezei n domeniul contactului dintre rol i inelul interiorauconfirmatvalabilitateaecuaiilor(4.36)i(4.37)folositepentruacalcula distribuia de presiuni. 4.4 Modelri dinamice ale contactului rol- inel interior. Soluia propus pentru reducerea maselor ineriale Modelarearulmentuluidemaridimensiuniadevenitoproblemobligatorie tocmaidatoritdimensiunilorsale.Reducereamaselorinerialelaacetirulmeni reprezintunsaltnntreagaindustrieconstructoarederulmeni.Energiacurata centraleloreolienepare,alturideenergiasolar,soluiamiraculoaspecareo ateapt ntreaga planet de un secol. Dezvoltarea acestor energii este abia la nceput, timpuliinventivitateaumandndu-nesiguranaunorimaginiviitoareextremde favorabile.Cercetrilecaresevorfacenacestdomeniuvorfiintense,unadin problemeleextremefiindreducereamaselorineriale,reducereaforelorinerialei centrifugale,stabilitateadinamicasistemuluieolian.Cercetrilefcutenaceast tez se bazeaz pe folosirea rolelor cave, pe demonstrarea c aceste role pot fi folosite nsistemeleenergeticeeolienecuodurabilitatecaresconferecentraleioduratde via mrit fa de cea actual, mbuntind n acelai timp performanele acesteia. nacestscop,ndatade14.07.2008afostnaintatctreOSIMcerereade brevetpentruinvenieRolecavepentrurulmenicareaprimitnumrul A/00406/14.07.2008. Inveniasereferlamodificareaconstructivarolelorcilindrice,conice,sau butoicareintrncomponenarulmenilordemaridimensiuni.Principalele echipamentelacaresuntutilizairulmenidedimensiunimarisunt:excavatoare, macarale,maini-unelte,turbineeolienesaudincentraletermo-ihidroelectrice, motoareturbocompresoare,elicoptere,radare,turelealeechipamentelormilitare,n idustria extractiv i a cimentului etc. Consultndcataloageledeprodusealeprincipalelorfirmeproductoarede rulmeni: KAYDON, FAG, INA, TIMKEN, SKF, BARDEN, IBC, NTN, RKB, SLF, au fost identificai rulmeni cu role cilindrice, conice sau butoi, cu diametrul exterior de pn la 7m i mase de ordinul tonelor. Toi aceti rulmeni au role masive pline, mase mari, momente de inerie mari, ceea ce reprezint dezavantaje. Consultndliteraturadespecialitateaufostidentificateunelebrevetede invenie care se refer la rulmeni cu role cave (hollow roller bearings) : US 5033877, US5071265,US5967957,US6682226.Acestebrevetedeinvenieaurevendicri privindmoduldemontarealrulmenilor,capacitateadeprencrcare,antideraparei au alte forme constructive i alte revendicri fa de cele ale prezentei invenii. Rolele pentru rulmeni care fac obiectul acestei invenii au o concepie diferit fadeces-arealizatpnnprezent.Rolelepropusesuntcave,iarninteriorullor 32 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba este injectat un material spongios (spum cu autontrire) de mic densitate, care este impregnat cu lubrifiant i care este fonoabsorbant. Invenia prezint urmtoarele avantaje:-se reduce masa rulmenilor, respectiv consumul de metal; -se reduce momentul de inerie al rulmenilor, iar astfel acionrile se realizeaz cu un consum de energie mai redus; -rolele se execut din material sub form de eav; -laoproiectareraional,inndseamadedimensiunilerulmenilor,de materialulutilizatidetratamenteletermiceaplicate,rolelecavepotsuporta aceleai presiuni de contact ca i rolele masive; -utilizarearolelorcavenuimplicnmodnecesarmodificriconstructiveale inelelor i coliviei; -n condiiile unei ungeri necorespunztoare, rolele se nclzesc datorit frecrii iastfelsefluidizeazlubrifiantulcucareesteimpregnatumplutura spongioasdincavitatearolelor,lubrifiantulsescurgenexterior,ajungela colivie i de aici se mprtie pe cile de rulare; -masa spongioas impregnat cu lubrifiant are efect fonoabsorbant i astfel sunt atenuate vibraiile, respectiv funcionarea este mai silenioas. 4.4.2. Modelul elaborat pentru studiul rolelor cilindrice Rezultatelecalculrii tensiunilorVonMisespentruo roldinoeldecementare 15NiCr13cuolungimede 160mm,undiametrude80mm ioratacavitiideaprox. 60%,ceeacecorespundeunei razer=30mm,obinutecu software-ulAbaqus,conducla concluziifoarteinteresante. Foreleaplicateperolsunt a)Q=250KN,b)Q=400KNi c)Q=550KN.Forelecorespund unor ncercri dinamice normale lacaresuntsupusecentralele eoliene pe axul principal.nfig.4.12esteprezentat modelulmatematic,elaborat pentrucalculultensiunilori deformaiilor nfig.4.13suntprezentate rezultatelemodelriifcutecu Fig. 4.12. Modelul elaborat pentru studiul rolelor cilindrice 33 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba Abaqus n condiiile construirii modelului virtual n SolidWorks : Tensiunile de capt apar n toate cele trei cazuri. De aceea rolele s-au construit dup o curb logaritmic (fig. 4.14) Oanalizfcutasuprarezultateloraratfoarteclarapariiatensiunilorde captlarolelecilndricecuprofildrept(fig.4.9),dispariiaacestorancazulrolelor cilindrice cu profil logaritmic (fig. 4.10) imeninerea acestora la un anumit niveln cazulrolelorcave.Rezultatelesuntinteresanteidinaltpunctdevedereianume faptul c valoarea lor este aproximativ egal pentru cele trei tipuri constructive. Modelulderolfolositnfigura4.15aredistribuiatensiunilorVonMises mbuntit fa de rolele actuale i masele ineriale mult reduse, iar rola cilindric cu Fig. 4.14. Distribuia tensiunilor Von Mises pentru o rol cilindric cu profil modificat logaritmic a)Q=250KN, b)Q=400KN i c)Q=550KN Fig. 4.13. Distribuia tensiunilor Von Mises pentru o rol cilindric plin cu profil drept a)Q=250KN, b)Q=400KN i c)Q=550KN 34 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba profil logaritmic are condiii de prelucrare mult mai complexe. Rola cav din fig. 4.15 poatefiexecutatcucavitidiferite.Cercetrileactualeindicunoptimde60% cavitate,dupcaretensiunileVonMisesdepesctensiunileadmisibileale materialului,acestadistrugndu-serapid.nacestcazgreutateaunuirulmentmare poate scdea cu 25%.Unaltmodelderolcercetatafostrolacavcucapacesubiriiarrezultatul poate fi observat n figura 4.16. Capacelesuntconsideratepunctdesprijin,ncareelesticitatearoleiscade aprnd tensiunile de capt. Fig. 4.15. Distribuia tensiunilor Von Mises pentru o rol cilindric cav cu profil drept a)Q=250KN, b)Q=400KN i c)Q=550KN Fig. 4.16. Distribuia tensiunilor Von Mises pentru o rol cilindric cav cu profil drept i capace subiri a)Q=250KN, b)Q=400KN i c)Q=550KN 35 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba 4.6Concluzii a)S-arealizatunstudiualcontactuluirol-ciderularenfunciedegeometria rolei,precizndu-sedateleiniialealeproblemeidecontactelastic:tipul suprafeelor n contact; dimensiunile ariei estimate de contact; modul de calcul al coeficienilor de influen; varianta de model numeric; metoda de rezolvare a sistemului;elementelegeometricealesuprafeelorncontact,constantele elastice ale materialelor componente i sarcina normal aplicat. b)S-arealizatdiscretizareadomeniuluiestimatdecontactrol-calederulare, precizndu-segeometriainiialasuprafeelorncontact,avndu-senvedere geometrianominalacontactuluiprindeterminareaecuaiilorfolositela contacte hertziene n domeniul elastoplastic (Tresca i Van Mises). c)S-a efectuat un studiuteoretic asupra distribuiilor tensiunilor pentru contactul rolcav-inelinteriorcompletndu-seteoriilemoderneexistentecudemonstrarea scderii tensiunilor de capt prin optimizarea cavitii rolelor. d)S-apropussoluianovatoaredefolosirearolelorcavenscopulreducerii maselorinerialeiaspoririieficieneinexploatare,fcndu-seunstudiual ncercrilorprecedentedeutilizareaacestorrole,fcndu-semeniuneac soluia propus faceobiectul unei inveniiaunui colectiv din carefac parte i cesionate ctre Universitatea Transilvania Braov. e)S-a elaborat un model de studiu al rolelor n condiiile contactului elastoplastic ncares-ainutseamadedeformaiileaprutenurmatratamentului termochimic i contactul rol- cale de rulare. f)S-aefectuatanalizatensiunilorprinmetodaelementuluifinitfolosindu-se software specializat n acest domeniu: Solidworks pentru crearea modelului 2D i 3Di Abaqus pentru calcularea tensiunilorde contact. g)S-a realizat un studiu de analiz prin metoda elementului finit asupra a 4 tipuri de rol crorali s-a aplicat 3 fore radiale, identificndu-se tensiunile de capt precumidispariiaacestorancazulrolelorcuprofillogaritmic.Rezultatele obinute pentru rolele cave i rolele cave cu capace subiri au permis concluzia cacesteaauuncomportamentncadrulcontactuluielasto-plastic,similarcu rolele cilindrice cu profil logaritmic. 36 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba CAPITOLUL 5 MATERIALE FOLOSITE N CONSTRUCIA DE RULMENI DE MARI DIMENSIUNI 5.1Caracteristici de calitatate cerute oelurilor pentru rulmenii de mari dimensiunintabelul5.2suntprezentatectevaoeluridecementareinitrocarburare folosite n construcia de rulmeni mari: Tabelul 5.2 Oeluri folosite n construcia de rulmeni USAFranaGermaniaItaliaJaponiaRusiaUK Uniunea European Romnia ASTM SAE AISI AFNORDIN UNIJISGOST BS EN EURONORMSR EN ISO - 3310 E3310 10NC1214NiCr1414NiCr14SNC815H 655M13 EN36A 15NiCr1315NiCr13 - 3311 E3311 10NC1215NiCr1315NiCr13SNC815H 655M13 EN36A 15NiCr1315NiCr13 - 4320 4320H 20NCD7 20NiCrMo7 20NiCrMo7SNCM42020ChN2M 20NiCrMo720NiCrMo7 A322 8620 8620 22NCD2 21NiCrMo2 21NiCrMo2 SNCM220H 805M20 EN362 21NiCrMo221NiCrMo2 - 4317 4317 17CrNiMo6 17CrNiMo6 820M17 EN354 17CrNiMo617CrNiMo6 SAE8620esteunoeldecementarefolositnrulmeniiaicrorcomponente suntpuintensionate.EsteunaliajdeNi-Cr-Mocuoduritatemedieajungndla30 HRC. Poate fi folosit i necarburat, deoarece SAE 8620 supus unui tratament optim de clire-revenireobineorezistenlatraciunefoartebuniotenacitaterezonabil. Clireaprininduciesauclireacuflacrnuesterecomandatdatoritconinutului slabdecarbon,deaceeasepreferocarburaresaucarbonitrurareastratului superficial.Astfeltratatoelulpoatefifolositncomponentesupuseuzuriii tensiunilorexterioare.SAE4317iSAE4320suntoeluridecementarefolositela rulmenii supui unor eforturi medii i mari.Sunt furnizate n stare recoapt cu 22-24 HRC,carburizate,cliteireveniteajungndla62HRCnmiezpstrndofoarte buntenacitate.Suntoeluricuomarerezistenlaoboseal,iobunrezistenla traciune.37 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba 5.4Deformarea plastic la cald i tratamentul termic preliminar ntabelul5.9[98],[165]seprezinttemperaturiledeforjare,normalizarei recoacere, recomandate pentru aceste oeluri. Tabelul 5.9 Temperaturi recomandate pentru oeluri de cementare Oel Temp. forjare [C] Normalizare temp [C] Rcire Recoacere [C] Rcire 13CrNi351100-900C830Caer630-610Ccuptor 13CrNi301180-800C850-880Caer650-700Ccuptor 16CrNiMo61150-1200C850-880Caer650-700Ccuptor SAE 3310880-1050C850-880Caer650-700Ccuptor SAE 86201150C900-925Caer650-660Ccuptor SAE 43171150C900-930Caer650-680Ccuptor OelurileSAE3310iSAE3311aufostfolositenstudiileasupracarburrii adnci,lundnconsiderarefaptulcacesteoelurisefolosesccuprecderen construciade rulmeni mari.Caracteristicilemecanice, fizice idematerial alecelor dou oeluri sunt foarte asemntoare. n continuare (tab.5.10, tab. 5.11, tab. 5.12) [165] sunt date cteva din cele mai importante date asupra oelului SAE 3310 : Tabelul 5.10 Temperaturi i tipuri de rcire recomandate pentru oelul SAE 3310 Tratament termic Forjare880-1050C Rcire n cuptor Normalizare850-880C Rcire n aer Recoacere650-700C Rcire controlatCarburare900-980C Rcire n aer sau cuptor Finisare miez850-880C Rcire n ulei Clire750-780C Rcire n ulei Revenire180-210C Rcire n aer 38 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba Tabelul 5.11 Proprieti mecanice ale oelului SAE 3310 Proprieti mecanice Diametrul Rezistena la rupere [Mpa] Rezistena la curgere [Mpa] Deformaia [%] Coef. de impact [Izod] Coef. de impact [Charpy] 11980-1280785 84035 30880-118076594540 63780-1080635105045 Tabelul 5.12 Proprieti fizice ale oelului SAE 3310 Proprieti fizice Densitate [kg/dm3]7,85 Modulul de elasticitate [103N/mm2] 210 Conductivitatea termic [W/(mK)] 34 Rezistivitate electric [(Ohmmm2)/m] 0,20 Cldura specific [J/(kgK)] 460 Modulul de elasticitate [103N/mm2] 1000C2000C3000C4000C5000C 205195185175165 Dilatare [106m/(mk)] 1000C2000C3000C4000C5000C 11,112,912,913,513,9 5.5Concluzii a)S-aelaboratunstudiuasuprastandardizriiinternaionaleaoelurilorpentru rulmenicuaccentpeoeluriledecarburareicarbonitrurare,urmndcan timpulcercetriisfieutilizatstandardulamericanSAEinndcontde utilizareaacestuianintreprindereaINASchaefflercucares-acolaboratn experimentrile fcute. b)S-auenumeratelementeledealiereimportanteirolulacestoraprecumi influena incluziunilor nemetalice n durabilitatea rulmenilor. c)S-astudiatimportanaclibilitiistratuluiiamiezuluincondiiileunei carburrifoarteadnciis-aualesmaterialelefolositenexperimentrilede laborator precum i n studiul deformaiilor i tensiunilor de contact i anume : SAE 3310, SAE 3311 i SAE 4320, menionndu-se c aceste materiale sunt n circuitul curent de fabricaie n toate ntreprinderile mari de rulmeni.39 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba CAPITOLUL 6 ANALIZA TENSIUNILOR APRUTE N ROLELE RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI FOLOSIND METODA ELEMENTULUI FINIT Schemalogicacalculrii forelor de contact prin metoda iteraiei cinematice poate fi urmrit n fig. 6.10 Seutilizeazsolizirigizi,perei rigizi,constrngerinodale.Prin utilizarea metodei se evit erorile fatale la simulare. Realizndanalizastatic elastoplasticseobservattefectul neliniaritiifizicectiacelei geometrice,respectivinfluena modificriigeometrieistructurii, asupramrimiideplasrilori eforturilorstructurii.nacestcaz, controlulsoluieiconstnaplicarea unuicalculincrementalsau incremental-iterativindeplinirea concomitentaambelorcondiiice trebuiesatisfcutensituaiade echilibru,compatibilitateadeformatei iechilibrulstaticalnodurilor,la fiecareincrementalncrcrii exterioare.nMDPatran,dupfinalizarea pre-procesriiafostcreatfiierulde input pentru solver. S-a realizatrularea analizei n MD Nastran (fig. 6.19). Fig.6.10. Schema logic folosit n calculul forei de contact prin metoda iteraiei cinematice Fiierul cu mesh-ul 2D generat n CATIA Fiierul generat de MD Patran ce este trimis ctre solverul MD Nastran Fiierul ce conine ntregul model n MD Patran Fiierul cu rezultate generat de MD Nastran Fig. 6.19. Fiierele create n simularea cu element finit 40 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba 6.4 Rezultate obinute folosind analiza cu element finit RulmentulsupusuneiforeradialeQR=275KNidistribuietensiunilede contact conform fig. 6.23 A Conformcelorartatencap.4,propunereafcutpentrureducereamaselor ineriale i sporirea eficienei n exploatare este folosirea rolelor cave. Fig.6.24. Tensiunile Cauchy i Von Misesdin rolele pline ale rulmentului[MPa] Fig.6.26. Graficul tensiunilor Cauchy i Von Mises pentru rola cilindric plin cu profil nemodificat [MPa] 41 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba n cercetrile efectuate s-au ales role cu D=120 mm i L=220 mm. Pentrudiametrulinterior(diametrulgurii)s-auales4cazuriconform urmtorului tabel: Tabelul 6.1 Dimensiunile rolelor analizate prin metoda elementului finit Diametrul gurii-Di[mm] 0 (rol plin) 608090100 Masa rolei [Kg] 78,2258,6743,4634,2223,90 Pentrutoatecele4variantes-aucreatmodelenCatiaiaranalizas-afcutcu MD Nastran. 6.4.3 Rulment radial cu role cilindrice cave cu Di=80mm Fig.6.36. Deformaiile rulmentului cu role cilindrice cave Di=80mm [mm] Fig. 6.39. Graficul tensiunilor Cauchy i Von Mises pentru rola cilindric cav cu Di=80mm [MPa]42 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba Fig. 6.36 i 6.51 arat deformaiile i distribuia tensiunilor aprute n zona de contact. Ca o prim apreciere, se poate observa creterea uoar a deformaiilor. Graficeledinfig.6.39,fig.6.46ifig.6.53aratoscdereatensiunilorde capt,ouniformizareaacestora,aacumsentmplncazulrolelorcilindricecu profil logaritmic. Tensiunilesuntaproapeliniare,fiindfoartepuinmaimaridecttensiunile rolei precedente. Fig. 6.46. Graficul tensiunilor Cauchy i Von Mises pentru rola cilindric cav cu Di=90mm [MPa]Fig.6.51. Tensiunile Cauchy i Von Misesdin rolele rulmentului cu role cilindrice cave Di=100mm [MPa]43 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba 6.5 Interpretarea rezultatelor - concluzii Reducereamaselorinerialesefaceprinfolosireaderolecave.Gradulde cavitatealacestoramretesaumicoreazmasele,foreleimomenteleinerialei centrifugale. Studiul de fa se ocup de problema rezistenei acestora n ansamblurile rulment central eolian. Problemele noi cu care rulmentul cu role cave se confrunt sunt deformaiile mai mari i tensiunile de contact. Cercetareaefectuat arat foarte clar c rolele cu cavitate diferit, ncercate n simulri, nu numai c reduc masele ineriale darau un comportament la fel de bun n deformaii i mult mai bun n tensiunile de contact. nfigura6.52se poateobservacreterea deformaiilor n funcie de cavitate.Semenioneaz caceastcretereeste miclaunrulmentcu diametrulexterior D=1900mm. nfigura6.55se poateobservac deformaiiledinrolsunt multmaimici.Acest lucru se datoreaz faptului urmtor :condiiile-constrngeriaulsat rulmentullibernpartea Fig. 6.53. Graficul tensiunilor Cauchy i Von Mises pentru rola cilindric cav Di=100mm[MPa]Fig 6.54. Graficul deformaiilor n funcie de cavitate-rezultate obinute prin analiz cu element finit 44 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba desus,acestlucrumrinddeformaiileineluluiinterior,totuintr-unmod nesemnificativ. Se poate trage concluzia c rulmenii cu role cave se deformeaz mai tare dect cei cu role pline totui aceste deformaii fiind nesemnificative. nceeaceprivetetensiunile,valoareaiformaacestorasepoateobservan graficul din figura 6.56. Fig 6.55. Graficul deformaiilorn rulment n funcie de cavitate-rezultate obinute prin analiz cu element finit Fig 6.56. Graficul tensiunilor de contactn rol n funcie de cavitate-rezultate obinute prin analiz cu element finit-1) rol plin D=120mm, 2)rol cav Di=60mm, 3) rol cav Di=80mm, 4) rol cav Di=90mm, 5) rol cav Di=100mm, 45 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba Curba 1aparinerulmentuluiradialcurolecilindricedrepteipline.Sepoate observatensiuneadecaptcarechiardacnudepetelimiteadmisibile,uzeaz neuniformrulmentul,lucrucareconducelamicridealunecare.Aacums-aartat alunecareaproducefrecriconducndlanclzirearulmentului,lafluidizarea lubrifiantului, la scurtarea duratei de via conform schemei de mai jos : Rezolvareaacesteiproblemenprezentsefacemodificndprofilulrolei, procedeul fiind n final cu rezultate bune, dar scump. Curba2esteaunuirulmentcurolecaveavndDi=60mm(vezitab.6.1). Rspundecerineidereducereamaselorinerialentr-omsurmic,frunaport eseniallasporireaeficieneiansamblelorderulmenimari.Attdeformaiilecti tensiunile sunt asemntoare cu ale rolei pline.Curba 3 (Di=80mm) are tensiunile de capt complet diminuate.Rulmentul are o uzur uniform care determin creterea durabilitii aa cum s-a artat n cap.4. Curba 4 (Di=90mm) i curba 5 (Di=100mm) au valorile foarte aproape de curba 3(Di=80mm),auprofilulpracticdrept(frtensiunidecapt)irspundperfect cerinelor de reducere a maselor ineriale. ncercrile cu rulmeni a cror cavitate depete Di >100mm nu s-au fcut din motive evidente. Aa cum s-a artat, carburarea se face pe adncimi mari iar peretele roleiardevenipreasubire.Deasemenea,dinfigura6.52seobservcreterea logaritmic a deformaiilor cu creterea cavitii. innd cont de tratamentul termic i deformaiile care au loc n timpul acestuia se recomand o cavitate al crei diametru este Di=90mm . Rezultateleconfirmcercetrilefcutencap.4cuajutorulsoftware-ului Solidworks i Abaqus, demonstrnd clar c soluia folosirii rolelor cave este utilizabil cubeneficiimarindomeniulconstrucieiderulmeniindomeniulcentralelor eolieneprecuminaltedomeniincareutilizarearulmenilormariconstituieo problem datorit maselor ineriale (cap.1) 46 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba CAPITOLUL 7 STUDIUL TRATAMENTULUI TERMOCHIMIC DE CARBURARE ADNC APLICAT RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI 7.1.1 Procesul tehnologic Carburareaaredreptscopmodificareaconcentraieidecarbonnstratul superficialalproduselorexecutatedinoel.Fenomenelefizico-chimiceceaparn procesuldecarburarepotfidescriseutilizndlegilegeneralealetermodinamiciii cineticii chimice. Procesul de carburare n general este descris de urmtoarele etape:-reacii ntre componentele mediului de carburare ; -transportulitransferuldecarbonlainterfaamediudecarburaresuprafa metalic ; -difuzia carbonului n matricea metalic. nfig.7.1sepoateobservacntimpulnclziriipieseleajungdela temperaturaambiantla9800C-temperaturadecarburare,urmndcarburarea combinatcudifuzialapotenialedecarbondiferite,rcire,meninereapoidinnou rcire la temperatura ambiant. Timpullafazadenclzireestediferit,ntre3i4orenfunciedevolumul piesei carburateiar faza de difuzie dureaz30-35% din faza de carburare.Rcirease face n cuptor. [13] Formareauneicantitideaustenitrezidualesteaproapeinevitabiln microstructurilestraturiloroelurilorcarburatececoninunnivelridicatdecarbon. Totui,austenitarezidualexcesiv,ncantitidepeste50%,provoacoscdere important a nivelului de duritate i o reducere a rezistenei la oboseal.Principalacauzaexcesuluideaustenitreziduallconstituieexistenaunui coninutpreamaredecarbonlasuprafaastratului.Aceastcondiiecoboar Fig.7.1. Diagrama procesului de carburare adnc 47 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba temperaturileMsiastfeldeplaseazdomeniuldeechilibrualtransformrii martensitice.Zonelecelemaicomune,deconcentrareacarbonuluilasuprafasunt muchiile i zonele de col ale pieselor deoarece sunt zone n care austenita se satureaz ncarbonnprimulstadiualcicluluidecarburare.Astfel,deicarbonulareacces dinspre ambele suprafee ale zonei de col, el nu are posibilitatea de acces n interiorul probei n timpul ciclului de difuzie. Drept rezultat, dei coninutul de carbon scade la nivelul dorit pe suprafaa plan, sau gradual pe suprafeele curbe ale piesei, coninutul decarbonexistentlacolurirmnemultmaimaredectceldoritiimplicitun coninutridicatdeaustenitrezidual,ceeaceprovoacunniveldeduritatemai sczut, comparativ cu cel existent pe suprafeele plane. O alt consecin a unui coninut ridicat de carbon este dezvluit de formarea carburilormasive.Acestecarburiseformeazlalimitagrunilordeaustenitipot aveadiversemorfologiininterdependenacugraduldealierealoeluluisupus carburrii. Potenialul de carbon, attla faza de carburare ct i la faza de difuzie este strictcontrolatdesenzori,nmomentulscderiiacestuiafiindcompletatatmosfera dinnoucupropan.Amesteculdegazeceasigurpotenialuldecarbonpentreagadurat a tratamentului se face dup schema din fig. 7.2. Aceastproceduresteprocedurastandarddeasigurareauneiatmosfere controlatecupotenialdecarbondiferitobinutprinintroducereapropanului.Iniial cuptorul este pregtitprinpurjare cugazeneactive din azot imetanol.Metanolul se aflnstarelichidpnla650Cdupcaresevaporizeaz.La7500Csecomport dup urmtoarea reacie: Fig.7.2. Asigurarea atmosferei de tratare termochimic a elementelor de rulmeni grei (INA Schaeffler) 48 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba CH3OHCO + 2 H2(7.1) Amestecul format const n 2/3 H2 + 1/3 CO. n amestec apar n cantiti foarte mici dioxidul de carbon (CO2), vapori de ap (H2O) i metan (CH4). Prin introducerea unui volum aproximativ egal de azot n cuptor se obine un gaz inert de forma: 20% CO, 40% H2, 40% N2.Aceastcompoziiecorespundecucompoziiaunuiendogaz.mbogirean carbonsefacecuajutorulpropanuluiajungndcaatmosferasaibunpotenialde carbon CP=1,1-1,4 Rcirea pieselor se face n baie de sare urmat de o recoacere menit s nlture tensiunile interne. Recoacereasubcriticdeglobulizareseaplicdupcarburareidifuzie deoarecesepstreazncocantitatedeaustenitrezidual,peduratarecoacerii aceasta suferind un proces de transformare n ferit i carburi globulare. [127] Se face latemperatura de 600C, timp de aprox. 8 ore, cu rcire lent pentru ase produce globulizarea carburilor existente.Deoarecen timpul tratamentului termic delungduratdecarburareidifuzie(aproximativ100ore),inevitabilseproduc deformaii ale inelelor,se impune o corectare a abaterilor dimensionale prin redresare mecanic.Abaterileadmisibilenainteaprelucrrilormecanicealeinelelorcu diametrul de 4 m sunt de maxim 1,5 mm.Dup redresare se efectueaz operaiile de prelucrare mecanic.n vederea clirii, austenitizarea se efectueaz n cuptor cu atmosfer controlat cupotenialdecarbonCp=0,8%Clatemperaturade8000C,semifabricatelefiind imobilizatendispozitivespecialecareprevindeformaiilemajore.Timpulde meninere n vederea austenitizrii este dependent de grosimea produselor, urmrindu-se dizolvarea parial a carburilor globulizate existente n stratul carburat.ngeneral,timpulnecesaraustenitizriiestecondiionatdeprocentulde carbon, de grosimea stratului tratat termic (2,5cm/h) i de temperatur, nclzirea la o temperaturde550Cpestetemperaturadeaustenitizareconducndlaooptimizarea tratamentului termic. Elementele carburate de rulmeni se austenitizeaz la temperaturi de aprox. 8000C. [125] Rcireanvedereacliriiseefectueazprintransferulrepiddelacuptorulde austenitizareicufundareaprodusuluimpreuncudispozitivul,nbaiedesarecu temperatura de 1800-2000 C. Formarea martensitei durific oelul n funcie de procentul de carbon conform diagrameidinfig.7.4.Seobservcduritateamaximseobinelaunprocentde carbonde0,8%.Acestlucruseexplicprinfaptulcpeste0,8%existenaaustenitei rezidualemicoreazduritateaoelului.Deasemeneanfig.7.5sepoateobserva efectul vitezei de rcire asupra microstructurii. n baia de sare produselesunt meninute timp de 6 ore cu scopul transformrii martensitei de clire n martensit de revenire i cu reducerea coninutului de austenit rezidual.Duratarelativmarederevenirearescopulderelaxareiredistribuirea tensiunilorremanente.ncazulrolelorplinercireasupracriticserealizeaznulei cu temperatura de 1800-2000 C. [124], [126], [96]. Urmeazprelucrrilefinalecareasigurncadrareaprodusuluincotele prescrise la proiectare. 49 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba 7.2 Cercetri n domeniul carburrii adnci Cercetrile efectuate au fost fcute n scopul evidenierii faptului c tratamentul termochimicdecarburareefectuatelementelorderulmeningeneralirolelor cilindricecavenspecial,larulmeniidedimensiunimari,sepoateefectuape adncimifoartemari(7-8mm)curezultateexcelentendomeniulcreteriidurateide viaarulmenilor.Astfels-aufcutncercripetreitipuridematerialfolositen construcia rulmenilor mari i anume SAE 3310, SAE 3311 i SAE 4320. ncercrile au constat n : -carburarea probelor i msurarea duritii acestora din 0,5 n 0,5 mm fa de suprafaacarburatcuajutorulunuiaparatelectronicZwicknlaboratorul ntreprinderii Bodycote Braov; - msurarea adncimii de carburare obinut;-cercetaremacoscopicimicroscopicnlaboratoareleUniversitiiTransilvania din Braov; - trasarea diagramelor cu rezultate; -studiultensiuniloraprutenprocesuldercire,considerndmaterialul avndunprocentdatdecarbondeciconductivitatedatfix.Acestultim punctdeschidedoarcaleauneicercetricomplexepentruelaborareaunui algoritmdecalculaltensiunilorremanentelundnconsiderarevariaia coninutului de carbon de la suprafa ctre miezul piesei. Carburarea s-a fcut la Bodycote Braov i INA Schaeffler Braov. n fig.7.7 se poate observa instalaia de carburare de la Bodycote Braov Fig.7.7. Instalaie de carburare 50 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba 7.2.1 Determinarea experimental a curbelor de duritate n stratul carburat Proba 1 Material: SAE 3310 Atac:Nital 2% Timp de carburare : 25 h Viteza medie de carburare: 0,136mm/h Tabelul 7.2 Duritatea n stratul carburat Probamartors-acarburattimpde25orentr-oatmosfercupotenialde carbon Cp=1,4. Potenialul de carbon a fost msurat la fiecare interval de 6 ore i adus lavaloareaprescrisprincompletarecupropan.Probamartorestecilindriciare dimensiunileD=40mmiL=30mm.Rcireas-afcutnap.Pentrucomparaies-a ales duritatea de 550 HV msurat pe un aparat Zvick, msurtorile efectundu-se la o distan cu pas de 0,5mm. Adncimea msurrii [mm] Duritate [HV] Duritate[HRC] Diagonala [m] 0,523220282,6 1,042043210,0 1,566258167,4 2,074862157,4 2,574261158,0 3,062757172,0 3,553051187,1 4.047347198,0 Fig.7.9. Proba 1Prob martor cu grosime strat carburat 4 mm Fig.7.10. Graficul duritii n stratul carburat pentru prob martor (timp de carburare 25h) 51 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba Proba 2 Material: SAE 3310 Atac:Nital 2% Timp de carburare : 35 h Viteza medie de carburare: 0,127mm/h Tabelul 7.3 Duritatea n stratul carburat Adncimea msurrii [mm] Duritate [HV] Duritate[HRC] Diagonala [m] 0,527226261,1 1,045045203,0 1,561856173,2 2,069460163,5 2,574462157,8 3,076063156,2 3,570660162,0 4.062357172,6 4,554552184,4 5,049649193,5 Fig.7.11. Proba 2Prob martor cu grosime strat carburat 5 mm Fig.7.12. Graficul duritii n stratul carburat pentru prob martor (timp de carburare 35h) 52 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba Proba 3 Material: SAE 3310 Atac:Nital 2% Timp de carburare : 50 h Viteza medie de carburare: 0,122mm/h Tabelul 7.4 Duritatea n stratul carburat Adncimea msurrii [mm] Duritate [HV] Duritate[HRC] Diagonala [m] 0,524521275,1 1,027326260,7 1,535837227,6 2,049449193,7 2,560856174,6 3,069060163,9 3,572961159,5 4.076763155,5 4,575062157,2 5,069960162,9 5,562757172 6,056753180,8 6,551750189,4 7,045045203,0 Fig.7.13. Proba 3Prob martor cu grosime strat carburat 7 mm Fig.7.14. Graficul duritii n stratul carburat pentrumartor(timp de carburare 50h) 53 CERCETRI PRIVIND INGINERIA RULMENILOR DE MARI DIMENSIUNI CU SCOPUL REDUCERII MASELOR INERIALE I A SPORIRII EFICIENEI N EXPLOATARE Sorin Adrian Baraba Proba 4 Material: SAE 3310 Atac:Nital 2% Timp de carburare : 58 h Viteza medie de