CURS 12 ELEMENTE DE INGINERIE S.L. DR. ING. MARIUS ALEXANDRESCU 11.LAGRE I GHIDAJE CU ALUNECARE 11.1. Definire. Clasificare. Materiale, tehnologie Lagrele cu alunecare sunt organe de maini compuse care permit susinerea osiilor, arborilor sau a altor organe de mainii pot transmite fore (reaciuni din reazeme) n prezena micrii relative de alunecare. Componena unui lagr cu alunecare: fus, cuzinet, corpul lagrului, sistem de aducere a lubrifiantului n zona de contact, sistem de etanare. Condiiile cerute lagrului sunt legate de form, material i prelucrare - s reziste la ocuri statice, variat; - s asigure rezemarea corect a cuzinetului pe arbore, un raporti o grosime a cuzinetului corespunztoare scopului; - cuplul de material fus-cuzinet trebuie astfelales nct s asigure i s menin n exploatare jocul necesar unei bune ungeri, iar n cazul ncetrii ungerii s nu pericliteze fusul, iar cuzinetul s reziste i fr ungere, sau s se distrug el protejnd fusul; - cuplul de material s aib coeficienii de dilatare apropiai ntre ei, ct i cu cei ai corpului i capacului, pentru a menine n timpul funcionrii jocul i rezemarea continu ntre corp i cuzinet; - forma lagrului trebuie s permit montarea i nlocuirea uoar a cuzinetului; - s permit jocul n timpul exploatrii; - s asigure evacuarea cldurii i o eventual rcire suplimentar a uleiului.Clasificarea lagrelor se face dup tipul fusurilor. Astfel,se disting: Dup direcia forei (reaciunea) preluat de fus a. fusuri radiale - fora are direcia razei fusului (fig.11.1.a) b. fusuri axiale(pivoi) fora are direcia axei longitudinale (fig.11.1.b) c. fusuri combinate (fig.11.1.c) Dup poziia fusului pe arbore sau osie fusuri frontale sau de capt (fig.11.1.a) fusuri inferioare sau superioare (fig.11.1.b,c) fusuri intermediare (fig.11.1.d) supus i la un moment de torsiune(rsucire) Dup forma geometric a fusurilor a. fusuri cilindrice -(fig.11.1.a,d, h) b. fusuri conice -(fig.11.1.e) fusuri sferice (fig.11.1.f) folosite atunci cnd sunt supuse la solicitri, micri oscilatorii care pot fi verticale i orizontale (teodolite etc.) fusuri canelate (fig.11.1.g) Fig.11.1 abd Fa c f g Fr h Fa Fa Fa Fr Fa Fr e Fa e e e e e Fr e Fr e Fr e Material i tehnologie Fusurile se execut din acelai material cu arborele. Ca tehnololgie, trebuie o prelucrare mai ngrijit i necesit tratamente termice de suprafa. Uneori pentru a nu face ntregul arbore din acelai material cerut de cuplul cuzinet-fus atunci fusurile se pot executa i separat. n acest caz fusurile se execut din oel carbon de cementare sau mbuntire sau din oeluri aliate. Ca tehnologie dup prelucrarea prin achiere fin, fusul poate fi ntrebuinat fr un tratament, alteori necesit un tratament urmat de o rectificare dup care se asambleaz. Cuzineii se execut din: Fonte speciale antifriciune (STAS 6707): perlitice, nodulare, aliate cu Cr, Ni, Cu, Al, N care sunt foarte rezistente dar, de asemenea, n cuplu cu oelul, dac nu este asigurat o ungere bun, duc la uzura fusului. Sunt utilizate pentru presiuni medii mai mici de 1 MPa, i viteze mai mici de 3m/s. Bronzuri (STAS 1512)cucupru, plumb (Cu Pb 30), cu cupru, plumb i staniu (CuPb 22 Sn 4) Compoziiile ( aliajele) pentru lagre- aliaje de Sn cu Pb ( metale albe)sunt standardizate (STAS 202):Y -Sn 83,Y-Sn 80, Y-PbSn 10. - compoziiile pe baz deAl-Sn au foarte mic, foarte bun conductibilitate termic, rezisten la sarcini statice, dar slab la ocuriAl Sn 6Cu Ni, Y-Pb 6 Sn 6 - compoziia pe baz de Pb STAS 202 : Y- Pb 98,Y- Pb 70(restul Sn, St i altele). - aliaje de Al - se folosesc, att la viteze mici, ct i la viteze mari, ele ns au coeficient de dilatare foarte mari, ceea ce oblig la jocuri relative > 2 o/oo. - Zn i aliajele lui - au caliti bune antifriciune, rezist la sarcini statice, se nmoaie la creterea temperaturii, protejnd fusul,jocul relativ este relativ mare, > (1,52)o/oo (rezist pn la 100o C). materiale sinterizate: - executate din pulberi metalice presate i apoi nclzite la cca 2000o n cuptoare. Ca metal de baz : Fe, Cu, se mai adaug Zn, Pb, Sn. - prin sinterizare materialul obinut este poros, spongios, este un avantaj deoarece uleiul ptrunde n aceti pori saturndu-se de ulei la funcionarea normal; n cazul ntreruperii lubrifiantuluilagrul se nclzete,porii sedilat i se strng i expulseaz uleiul n afar, asigurnd ungerea pn se repar instalaia. lemnul - este cel mai vechi, se folosete, fie n stare natural, fie fiert la maini textile, agricole, mase cu ap sau chiar liber. materiale plastice - materiale macromoleculare din care fac parte : textolitul sau lignofilul (mase plastice stratificate), teflon (politetrafluoretilen), poliamide; au coeficient de frecare foarte redus = 0,010,04, au o rezisten ns relativ mic, att la sarcini statice, ct i la sarcini dinamice, au coeficient de dilatare mare, deci jocul relativ trebuie s fie mare > 4o/oo, pot s funcioneze unse cu tot felul de lubrifiani i chiar neunse. - din cauza rezistenei mici la deformaii, n special s-a recurs la o soluie de mbuntire, la acoperirea cuzineilor cu strat foarte subire de mase platice. bachelita folosit la lagrele de laminoare, poduri rulante. Tehnologia de execuie ducela eecuri sau la succese. 11.2 LAGRE RADIALE CU ALUNECARE Elemente geometrice Fus diametrul d, lungimea Bf Cuzinetul diametrul D, lungimea Bc Lungimea de contact dintre fus icuzinet este lungimea lagrului Bi esteBc. Se definesc i urmtoareleelemente geometrice: - jocul relativ =(R r)/R=(D d)/D ca ordin de mrime =(0,5.3)10 3 - excentricitateae = O1O2 - excentricitatea relativ = e / (R r) - grosimea minim a peliculei de lubrifiant ho - grosimea minim relativ a peliculei de lubrifiant : = h0 / ( R- r) = h0/ ( r) = h0/ (d) - Geometric se poate scrieR- r =e + h0sau1 = e/(R r) + ho /(R r)sau + = 1 F Ff e h0 R r O2 O1 F r F Fig.11.2 r b) Funcionarea n regim de frecareuscat(fig. 11.2 - grosimeafilmului de lubrifiant h0 = 0) presiunea medie de contact: pm = F /(B D) p adm ( funcie de materialul cuzinetului) nclzire puterea consumat prin frecare se transform n cldur: Pf= Ff .v = Fv ,v fiind viteza periferic a fusului ( viteza de alunecare din lagr). Se definete puterea specific consumat prin frecare Psp = Pf / ( B D) = pm v ; comportarea materialului la nclzire se apreciaz printr-o valoare admisibil a produsului(pmv)adm.ntimpul funcionrii normale coeficientul de frecare variaz puin, astfel c verificarea simplificat la nclzire a lagrului cu funcionare n regim de frecare uscat se face prin determinareaprodusului (pmv) i compararea cu valori admisibile specifice materialului cuzinetului pm v ( pm v )adm. durabilitatea lagrului; Se apreciaz pe baza creterii jocului in timpul funcionrii ca urmare a uzrii de tip adeziv. Jocul din cupl dup un numr de ore de funcionare Lh va fi Din expresia jocului, pentru un joc admisibil acceptat jadm, se deduce durata de funcionareadm 2 f 2 1 f 1 2 f 2 1 f 1 2 u 1 uj L k L k p p L k p L k h h j s + = + = + = (durata de funcionarev pm(pmv)adm pentru Lh = 100 ore pentru Lh = 1000 ore 1 2 bh 2 ) D b 2 ( np 60jLHadmht +=rrHBRFEp p = =rrHBEFR52 1 b , =Funcionarea n regim de frecare (ungere) hidrodinamic c1) Formarea peliculei de lubrifiant (fig.11.3) Transmiterea forei de la fus la cuzinet sau invers se face prin intermediul filmului continuu de lubrifiant. Realizarea i meninerea acestui film de lubrifiant sunt condiionate de - existena vitezei relative ntre fus i cuzinet; - forma de pana apeliculei de lubrifiant; O2 O1 O2 O1 O2 O1 O2 O1 O2=O1 Grosimea minim a peliculei = 0 = nominal n = nnominal > nominal n > nnominal n RepaosDemaraj cu frecare uscat Turatie redusTuratie mareTuratie foarte mare Fig.11.3 n primul moment de pornire fusul are tendina s urce pe cuzinet n sens opus micrii. Odat cu rotirea fusului, lubrifiantul aderent este antrenat n micare i datorit viscozitii se formeaz pelicula portant i fusul ncepe a fi purtat de pelicul. c2) Ecuaia presiunilor Presiunile din filmul de lubrifiant, sunt definite de ecuaia Reynolds ( ecuaia hidrodinamic de baz): n care: x,zsunt coordonatele unui punct al peliculei. Aplicarea ecuaiei Reynolds la lagrele radiale complete cu o zon portant este posibil. Parametrii geometrici specifici filmului de lubrifiant se arata in (fig.11.4). Unghiurile 1 i 2delimiteaz zona portant.0 6 ) ( ) (3 3=cc+cccc+ccccxhvzp hz xp hx q qp = p(,v,h,x,z) = p(,r,,,,,z) -coeficientul de frecare fluid - debitul de lubrifiantCuzinetZona neportant d D Q/2 Q/2 z y B A A Zona portant F o2 o x o1 h ho Linia centrelor Distribuia presiunilor Fig.11.4 O2 O1 n Intrare lubrifiant } }o = oo 212 / B2 / Bdz pd F) B / D , ( BDnF12o uq=) B / D , (nDBFp12mo uq= =mp / nq = ) B / D , ( d n q23zo u c =c3) Parametrii adimensionali ai peliculei hidrodinamice 1) Cifra caracteristic de portana Cp Acest parametru adimensional (Cp) se numete cifra de portan, reprezentat grafic ca funcie a grosimii relative a peliculei de lubrifiant i a raportului B/D. 2) Coeficientul de debit Cq3) Cifra de frecare CfFrecare minim B/D=0,25 B/D=1 B/D=2 0,01 0,1110Cp Portan maxim 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 0,01 0,1 110 Cp Cq 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 B/D=0,25 B/D=0,5 B/D=1 B/D=2 B/D=1 B/D=0,25 Cf 10 1 0,1 0 0,010,11 10Cp c4) Metodica practic de calcul a lagrelor radiale cu alunecare Se cunosc: sarcina F, turaia n (rot/s), felul agregatului,condiiile de mediu Se aleg:cuplul de material, raportul B/D Prin calculde rezisten simplificat se determin diametrul D i lungimea B Se determin presiunea mediepm = F/ (BD)i viteza de alunecare v = Dn. Se alege uleiul i viscozit. la temperatura ipotetic de funcionare (5060 oC) Se alege jocul relativ = (1,23).10 3sau 0,8, cu viteza v n m/s Se calculeaz cifra de portana Cp = n /(pm 2) i din diagrama funcie de Cp, pentru diferite valori ale raportului B/D, se determin grosimea relativ a peliculei de lubrifiant i apoi grosimea minim a peliculei h0 = D/2 Se verific dac grosimea minim a peliculei de lubrifiant este mai mare dect suma nlimilor rugozitilor fusului i cuzinetului; n caz contrar se realege alt joc relativ sau alt raport B/D i se reiau calculele Se determin coeficientul de debit Cq din diagrama Cqfuncie de cifra de portan, Cp, i apoi debitul de lubrifiant BD Se determin cifra de frecare Cf din diagrama Cf funcie de Cp i apoi coeficientul de frecare Calculul temperaturii medii i compararea cu temperatura estimat la care a fost aleas viscozitatea dinamic, necesar calculului cifrei de portan: puterea pierdut prin frecarea fluid i transformat integral n cldur puterea evacuat prin lubrifiant i prin carcasa lagrului unde este coeficientul de convecie termic a carcasei lagrului cu mediul ambiant de temperatur to, A suprafaa exterioar a carcasei care poate evacua cldur, t temperatura medie a lagrului, inclusiv a lubrifiantului, co cldura specific a lubrifiantului, ti temperatura de intrare a lubrifiantului n zona de contact, se accept diferena t ti = 58 oC . Fv C Fv Pp f = =) t t ( q c ) t t ( A Pi z o o ev + o = din egalitatea Pf = Pev, rezolvat grafic, se deduce temperatura real de funcionare Pentrudeducerea temperaturii de funcionare este necesar ca din startul calcului s se estimeze mai multe temperaturi de funcionare i s se afle viscozitile uleiului la aceste temperaturi. Calculul hidrodinamic urmrete optimizarea, n special dup criteriul temperaturii minime de frecare sau a coeficientului de frecare minim. Pev Pf P tfunct V MULUMESC PENTRU ATENIE!