TEMA:LAGĂRE DE ALUNECARE

Cuprins

Cap. 1 Generalităţi

Cap. 2 Caracterizare. Clasificare. Domenii de folosire

Cap. 3 Lagăre de alunecare. Forme constructive şi materiale

Cap. 4 Ungerea lagărelor de alunecare

Cap. 5 Funcţionarea lagărelor de alunecare

Cap. 6 Uzarea lagărelor de alunecare

Cap. 7 Calculul termic al lagărelor de alunecare

Bibliografie

2

Organele de maşini sunt piese (eventual ansambluri de piese), având rol funcţional utilitar, care intră în compunerea organică-structurală a oricăror maşini, agregate, mecanisme sau dispozitive. Având rol funcţional bine determinat, fiecare organ de maşină poate fi analizat, proiectat şi executat separat, considerându-l însă independent ca solicitare şi uzare cu celelalte organe cu care se asamblează.

Performanţele funcţionale şi tehnice ale oricărei maşini depind de doi factori principali: concepţia proiectului care elaborează schema de principiu a viitoarei maşini şi însuşirile calitative ale fiecărui element structural component.

Primul factor poate fi asigurat printr-o temeinică pregătire teoretică şi practică de specialitate a proiectului. Al doilea factor demonstrează că performanţa şi siguranţa în exploatarea maşinii, durabilitatea şi fiabilitatea sa sunt hotărâte de calitatea fiecărui organ component. Pentru aceasta, organele de maşini trebuie să satisfacă următoarele condiţii de bază:

- să corespundă integral scopului funcţional pentru care se construiesc;

- să fie simple şi să prezinte siguranţă în exploatare, adică să reziste solicitărilor la care sunt supuse;

- să asigure durata de funcţionare necesară în raport cu scopul, calitatea materialului şi a tehnologiei de execuţie.

Rezistenţa propriu-zisă, rigiditatea, rezistenţa la uzare şi rezistenţa la temperatură sunt caracteristici ale materialelor organelor de maşini, care le menţin o anumită capacitate de a rezista şi de a funcţiona în diferite condiţii.

Prelucrarea fără dificultăţi deosebite ca şi interschimbabilitatea sunt, de asemenea însuşiri de bază caracteristice multor organe de maşini cu rol funcţional deosebit.

Marea diversitate de forme şi dimensiuni permit gruparea organelor de maşini după o serie de criterii, dintre care mai importante sunt cele constructive şi cele funcţionale.

Constructiv, organele de maşini se grupează în: organe simple (pene, nituri, şuruburi, arcuri, osii şi arbori, roţi etc.) şi organe complexe (lagăre, rulmenţi, ambreiaje, vane etc.). Organul complex se caracterizează printr-un ansamblu de piese elementare, care numai în totalitatea lor pot îndeplini un rol funcţional unitar.

După rolul funcţional, organele de maşini se grupează astfel:

3

- organe pasive (nituri, ştifturi, pene, arcuri, şuruburi de fixare etc. care nu contribuie în mod direct la transmiterea, la realizarea sau la transformarea mişcării mecanice, ci doar la asamblarea elementelor;

- organe active (şuruburi de mişcare, roţi dinţate, arbori, lanţuri de transmisie etc.), care, în funcţionare, eu rolul de transmitere sau de transformare a mişcării.

Din categoria organelor folosite pentru realizarea şi asigurarea mişcării de rotaţie fac parte două categorii de organe de maşini:

- osiile şi arborii, ca elemente susţinute, având mişcare de rotaţie;- lagărele, ca elemente de susţinere şi ghidare a osiilor sau a

arborilor, care asigură mişcarea de rotaţie a acestora.Realizarea mişcării de rotaţie poate fi asigurată numai prin ansamblul

celor două grupe de elemente, susţinute şi de susţinere, care formează o legătură cinematică.

Randamentul mecanic al unei maşini este determinat în special de calitatea şi precizia zonelor prin care se asigură contactul dintre arbore sau osie şi lagărul conjugal. Rezultă deci obligaţia asigurării unei calităţi deosebite a acestor piese.

Cap. 1 GENERALITĂŢI

Lagărele sunt organe de maşini care, împreună cu fusurile arborilor sau ale osiilor, formează cuple de rotaţie sau de oscilaţie.

Lagărele se pot clasifica după criteriile prezentate în tabelul 1.Tabelul 1

Nr. crt. Criteriul de clasificare Tipul de lagăr Caracterizarea1. tipul foreţelor de frecare ce apar

în timpul funcţionăriicu alunecare forţele de frecare sunt de

alunecarecu rostogolire forţele de frecare sunt de

rostogolire2. direcţia forţelor principale care

acţionează în cuplele cinematiceradiale rezultanta forţelor este

perpendiculară pe axa geometrică a lagărului

axiale rezultanta forţelor are aceeaşi direcţie cu axa geometrică a lagărului

radial-axiale rezultanta forţelor acţionează pe o direcţie înlinată faţă de axa lagărului

4

Pentru a asigura o bună funcţionare, lagărele trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:

frecare cât mai mică; precizie cât mai mare în momentul deplasării elementului mobil; funcţionarea cu joc cât mai mic, pentru o variaţie cât mai mare

de temperatură; capacitatea bună de prelucrare a sarcinilor; funcţionare bună în regimuri vibratorii şi de şoc; uzură mică şi posibilitatea compensării ei; execuţie uşoară, montare şi demontare uşoară; construcţie simplă şi necostisitoare.

Cap. 2 CARACTERIZARE. CLASIFICARE. DOMENII DE FOLOSIRE

Lagărele cu alunecare reprezintă organe de maşini care asigură rezemarea pieselor cu mişcare de rotaţie, de regulă arbori sau osii rotitoare, preiau forţele care încarcă piesele respective si lucrează în condiţiile unei alunecări relative a suprafeţei fusului arborelui pe suprafaţa lagărului (cuzinetului), cele două suprafeţe fiind separate printr-o peliculă de lubrifiant.

Clasificarea lagărelor cu alunecare se face după mai multe criterii, prezentate în continuare:

- după regimul de frecare (uscată, limită, mixtă, fluidă);- după direcţia forţei preluate (radială, axială, axial-radială, radial-

axială);- duă forma suprafeţei de frecare (cilindrică, conică, sferică);- după modul de realizare a frecării fluide (hidrodinamice (HD),

elastohidrodinamice (EHD), gazodinamice (GD), hidrostatice (HS), gazostatice (GS), hibride (hidrostaticohidrodinamice);

- după poziţia pe arbore (de capăt, intermediare);- după felul mişcării de rotaţie (completă, oscilantă).

Avantajele lagărelor cu alunecare se reduc la urmatoarele:

5

ghidare mai precisă a arborilor faţă de carcase, datorită numărului mai mic de piese faţă de lagărele cu rostogolire;

filmul de lubrifiant preia, în mare măsură, şocurile si vibraţiile şi contribuie la reducerea zgomotului;

au dimensiuni de gabarit radiale mai reduse decât lagărele cu rostogolire;

au durate de funcţionare mai mari decât lagărele cu rostogolire si pot funcţiona la turaţii mari si foarte mari.

Dezavantajele acestor lagăre constau în: coeficienţi de frecare (pierderi prin frecare) mai mari decât la lagărele

cu rostogolire; gabarit în direcţie axială mare; grad de standardizare mai redus decât în cazul rulmenţilor si consum

de lubrifiant mare.Domeniile de folosire al lagărelor cu alunecare este mai redus

decât al lagărelor cu rulmenţi şi se recomandă în acele cazuri în care lagărele cu rostogolire nu pot fi utilizate: la turaţii foarte mari, la care durabilitatea rulmenţilor este redusă; la arborii care trebuie ghidaţi foarte precis; în cazul lagărelor supuse şocurilor si vibraţiilor; în cazul când se impun dimensiuni de gabarit radiale foarte mici; la dimensiuni de gabarit foarte mari, pentru care nu se execută rulmenţi în serie şi la care lagărele cu alunecare sunt mai ieftine; în condiţii de umiditate şi mediu agresiv, în care lagărele cu rostogolire nu pot fi folosite; la mecanismele cu funcţionare lentă şi puţin solicitate, la care costul unui lagăr cu alunecare este mai redus decât al unui rulment.

Cap. 3 LAGĂRE DE ALUNECARE. FORME CONSTRUCTIVE ŞI MATERIALE

Lagărele de alunecare se caracterizează prin faptul că fusul se sprijină pe o suprafaţă cilindrică interioară direct sau prin intermediul unui lubrifiant.

Ele îndeplinesc simultan următoarele cerinţe tehnologice:- suportă sarcinile;- permit deplasări relative de translaţie sau de rotaţie;- asigură poziţie relativă a suprafeţelor aflate în contact;- asigură frecare şi uzură reduse.La aceste lagăre, fusul se sprijină pe o suprafaţă cilindrică interioară,

fie direct, fie prin intermediul unui lubrifiant.Din punct de vedere constructiv, lagărele pot fi simple sau complexe.

6

Cele mai simple lagăre sunt bucşele, care au dimensiuni corespunzătoare fusului şi care sunt executate în corpul piesei. Prin norme şi standarde, sunt stabilite, de cele mai multe ori, forma constructivă şi dimensiunile lagărelor. Atunci când este necesar, când materialul pentru lagăr este foarte scump, lagărul va avea forma unei bucşe care se montează în corpul maşinii.

Această formă constructivă are avantajul unei construcţii simple, dar oferă şi posibilitatea înlocuirii bucşelor, atunci când se uzează.

Câteva dintre formele constructive de lagăre simple sunt prezentate în figura 1.

Fig. 1. Forme constructive de bucşeUn lagăr cu alunecare este compus din: corpul lagărului, cuzinet,

fusul arborelui, sistem de ungere, sistem de etanşare.Lagărele complexe se compun din următoarele elemente principale: corpul lagărului; capac; cuzineţi.Corpul lagărului poate fi executat corp comun cu batiul maşinii sau

cu o piesă mobilă (cazul bielelor de la motoarele cu ardere internă) sau ca piesă separată, asamblată pe batiul maşinii prin şuruburi.

Corpurile lagărelor cu alunecare radiale hidrodinamice pot fi monobloc sau cu capac (demontabile în plan diametral).

Corpurile monobloc sunt mai simple si mai rigide, însă necesită montarea axială a arborelui. Se recomandă numai pentru arbori de diametre mici.

Corpurile demontabile în plan diametral se caracterizează printr-o complexitate mai ridicată şi o rigiditate mai redusă decât la cele monobloc. Avantajele acestora constau într-o montare uşoară a arborelui şi posibilitatea reglării jocului radial din lagăr prin apropierea relativă a capacului de corp. Centrarea capacului pe corp se poate realiza fie prin executarea planului de separaţie în trepte fie prin ştifturi de centrare.

7

Asamblarea dintre capac si corp se face prin şuruburi, montate cu joc. Corpurile se execută turnate din fontă sau în construcţie sudată, din oţel.

În figura 2 sunt prezentate două variante de lagăre complexe:- lagăr cu capac drept (Fig. 2);- lagăr cu capac înclinat (Fig. 3).Fusurile sunt executate din acelaşi material cu osia sau arborele de

care aparţin, adică din oţeluri de cementare sau îmbunătaţire.De regulă, fusurile se tratează termic sau termochimic, pentru

mărirea rezistenţei la uzura şi se rectifică fin. Se recomandă ca duritatea fusului sa fie de 3 ... 5 ori mai mare decât a cuzinetului, fiind preferabil să se uzeze cuzinetul.

Fig. 2. Variante constructive de lagăre Fig. 3 Variante constructive de lagăre complexe cu capac drept complexe cu capac înclinat

Cuzineţii – sunt repere care realizează contactul fizic între arbore /osie/fus şi lagăr , de care depinde buna funcţionare a lagărului.

Pot fi : ficşi sau oscilanţi.Se confecţionează din materiale antifricţiune, ca o căptuşeală pe un

material rezistent. Formele uzuale ale căptuşelilor din materiale antifricţiune sunt prezentate în fig 4.

Ei se executa dintr-un material antifrictiune, deoarece la porniri-opriri si la suprasarcini regimul de frecare poate fi uscat, limită sau mixt; în plus este usurată reparaţia lagărului, după uzare, prin înlocuirea cuzinetului, al cărui cost este mai redus decât al arborelui.

Pentru lagărele monobloc, cuzineţii au forma unor bucşe, iar pentru lagărele demontabile în plan diametral (cu capac), se execută din două jumataţi (semicuzineţi).

În producţia de serie mică si individuală, se folosesc cuzineţi executaţi integral din material antifricţiune, cu rezistenţă medie şi mare.

8

De regulă, cuzineţii se execută bimetalici; stratul subţire de material antifricţiune se depune prin turnare pe o bază (suport) de oţel sau fontă, iar la lagărele puternic solicitate pe o bază de bronz.

În producţia de serie mare sau de masă, cuzineţii se stanţează dintr-o platbandă pe care este placat materialul antifricţiune.

Cuzineţii se montează în corpul lagărului cu strângere şi se asigură împotriva rotirii, prin ştift sau pinten de fixare.

Cele mai utilizate material antifricţiune sunt:

- bronzuri pe bază de plumb;

- bronzuri speciale de aluminiu; - materiale metalice sinterizate: pulberi de fier, cupru, staniu, plumb, grafit presate la temperature ridicate; aliaje feroase, aliaje neferoase

- materiale bimetalice; - material nemetalice: material plastic (textolit, poliamide),material ceramic, grafit.

Materialele antifricţiune trebuie să aibă următoarele proprietăţi:- să aibă temperatură de topire superioară temperaturii de

funcţionare a lagărului;- să aibă conductibilitate termică mare- să aibă coeficient de dilatare apropiat de cel al materialului

suport;- să fie ieftine.

Materialele pentru cuzineţi trebuie să prezinte o serie de proprietăţi: mecano-tribologice, termice, tehnologice, economice.

Proprietăţi mecano-tribologice: coeficient de frecare cu materialul fusului cât mai mic; rezistentă la uzare; rezistentă la oboseala de contact; conformabilitate – proprietatea de a îngloba particule dure; rezistenţă la gripare si coroziune; aderentă cu lubrifiantul.

Proprietăţi termice: conductibilitate termică mare, pentru evacuarea căldurii produse prin frecare; coeficient de dilataţie termică apropiat de cel al oţelului, pentru a evita variaţii mari ale jocului din lagăr.

Propietăţi tehnologice si economice: costuri de execuţie şi asamblare mici; deoarece materialele antifricţiune metalice sunt scumpe şi deficitare, se impune aplicarea acestora în straturi cât mai subţiri, cu o bună aderenţă la materialul de bază.

9

Fig 4

Pentru alegerea materialelor lagărelor, trebuie să se ţină seama de următoarele condiţii:

spre a evita factorii care favorizează gripajul între materialul fusului şi cel al cuzinetului, trebuie să existe o afinitate cât mai redusă;

pentru a proteja fusul împotriva uzurii, rezistenţa acestuia trebuie să fie de 2-4 ori mai mare decât a cuzinetului;

coeficientul de frecare al materialelor care compun cupla trebuie să fie cât mai mic;

materialele suprafeţelor cuplei trebuie să aibă o bună absorbţie a lubrifiantului, dar şi o refacere rapidă a peliculei;

temperatura de înmuiere a materialelor trebuie să fie superioară temperaturii de funcţionare a lagărului;

conductivitatea termică să fie bună, pentru a uşura transferul de căldură, asigurând astfel o bună răcire a acestuia.

Materialele feroase (fonta cenusie – Fc, fonta cu grafit nodular – Fgn, fonta maleabila – Fma si Fmn) se recomandă pentru cuzineţi monolit, în cazul vitezelor si presiunilor reduse; se impune ca fusurile arborilor să fie cementate si rectificate. În cazul solicitărilor dinamice, se recomandă oţelul grafitizat.

Materialele neferoase cuprind, în principal, bronzuri si compoziţii pentru lagăre. Bronzurile pentru lagăre (pe bază de Cu-Sn, Cu-Pb, Cu-Pb-Sn, Cu-Al), turnate, se recomandă la cuzineţi monolit si multistrat, la presiuni si viteze ridicate. Compoziţiile pentru lagăre (aliaje Y-Pb-Sn), turnate, se recomandă la presiuni si viteze ridicate, iar cele pe bază de aluminiu (Al-Sn, Al-Pb, Al- Pb-Cu), placate, se recomandă la cuzineţi subţiri, la viteze si presiuni ridicate şi sunt rezistente la solicitări variabile; alte aliaje (pe bază de Ag, Zn, Mg,) au utilizări restrânse.

Materialele sinterizate moi (pe bază de Fe-C, Fe-Cu, Cu-Pb, Cu-Pb-Sn) se recomandă pentru cuzineţi masivi (poroşi – autolubrifianţi) şi multistrat subţiri, placaţi (neautolubrifianţi).

Carburile metalice dure se recomandă la lagăre cu gaze.Materialele nemetalice pot fi: lemn (esenţe tari), materiale plastice

(termorigide sau termoplaste), cauciuc, grafit, ceramică, pietre preţioase sau semipreţioase (în mecanica fină); unele sunt destinate lubrifierii cu apă sau gaz.

Cap. 4 UNGEREA LAGĂRELOR DE ALUNECARE

10

Scopul ungerii lagărelor cu alunecare este multiplu: micşorarea pierderilor prin frecare; reducerea uzurii; evacuarea căldurii degajate ca urmare a frecării; asigurarea protecţiei anticorozive; amortizarea şocurilor şi vibraţiilor.

Lubrifianţii, după starea fizică, pot fi: lichizi (uleiuri minerale); consistenţi (unsori consistente); solizi (grafit coloidal, bisulfura de molibden etc.), cele mai folosite fiind uleiurile minerale si unsorile consistente.

Uleiurile minerale sunt cele mai importante materiale de ungere, datorită înlocuirii frecării dintre fus şi cuzinet prin frecarea interioară a uleiului, coeficientul de frecare putând fi redus de până la 100 de ori şi în plus uleiul transportă caldura degajată în lagăr.

Cele mai importante proprietaţi ale uleiului sunt: vâscozitatea – proprietatea de a se opune deplasării unui strat de ulei în raport cu altul; onctuozitatea – capacitatea uleiului de a adera la suprafeţele pieselor şi de a forma pe acestea pelicule subţiri. Vâscozitatea caracterizează frecarile interne din filmul de ulei si depinde de temperatură şi presiune.

Unsorile consistente sunt dispersii de săpunuri metalice în uleiuri minerale, cele mai importante proprietăţi ale acestora fiind: penetrarea – proprietatea de a circula prin sistemul de alimentare cu lubrifiant; punctul de picurare – temperatura la care unsoarea începe să picure sub acţiunea greutăţii proprii (caracterizează rezistenţa termică a unsorii); stabilitatea la umiditate – menţinerea proprietăţilor în contact cu apa.

Unsorile consistente se recomandă la lagărele supuse unor sarcini reduse, cu funcţionare lentă, la care nu se degajă o cantitate mare de caldură, unsorile netransportând caldura degajată în lagăr.

Unsorile pe bază de calciu sunt rezistente la apă, cele pe bază de natriu au punct de picurare ridicat, iar cele pe bază de litiu sunt rezistente la apă şi se pot folosi într-o plajă mare de temperaturi (-60 °C ... 200 °C).

Sistemul de ungere are rolul de a alimenta lagărul cu alunecare cu debitul de lubrifiant stabilit prin calcul şi se alege în funcţie de tipul lubrifiantului folosit (ulei mineral sau unsoare consistentă).

11

Fig. 5 Fig. 6

Ungerea cu ulei se poate realiza prin mai multe sisteme:

Fig. 7

prin introducerea periodică a uleiului în lagăr, prin orificiile de ungere; se aplică la lagărele cu funcţionare periodică;

prin picurare, cu ajutorul unui rezervor şi a unui fitil (fig.5); prin capilaritate, cu ajutorul unui cartuş din pâsla îmbibat cu ulei

(fig.6);

12

prin intermediul unui inel de ungere (fig.7), cufundat parţial în baia de ulei şi care transportă, prin aderenţa, uleiul în zona dintre fus si cuzinet;

prin circuit exterior (fig.8), în cazul unor viteze mari (pâna la 100m/s); prin pulverizare, în cazul vitezelor foarte mari.

Fig. 8 Fig. 9

Introducerea uleiului în lagăr se face în zona jocului maxim, iar distribuţia acestuia pe lungimea lagărului se face cu ajutorul unor canale de ungere (buzunăraşe), plasate în zona neîncarcată a lagărului monobloc, la care cuzineţii sunt dintr-o bucată, respectiv în planul de separaţie, la lagărele cu capac, la care cuzineţii sunt din două bucaţi. Forma canalelor diferă de la o construcţie la alta, putând fi longitudinale, circulare sau combinate.

Ungerea cu unsoare consistentă se realizează cu ajutorul unui ungător cu bilă (fig.9) şi a unei pompe actionate manual (fig.10) sau cu ajutorul unui ungător cu pâlnie (fig.11).

Fig. 10 Fig. 11

13

Cap. 5 FUNCŢIONAREA LAGĂRELOR DE ALUNECARE

Funcţionarea lagărelor este asigurată de mişcarea de rotaţie efectuată de fusurile arborilor. Între fusuri şi cuzineţi iau naştere forţe de frecare datorate presiunii exercitate prin forţele de încărcare ale arborelui.

Forţa de frecare este definită ca fiind rezistenţa care frânează sau împiedică mişcarea relativă a două corpuri.

Funcţionarea lagărelor se produce atunci când diametru fusului este mai mic decât diametrul cuzinetului. Spaţiul rămas liber în interiorul cuzinetului se numeşte joc radial şi este umplut cu un lichid de ungere, numit lubrifiant.

Lubrifiantul are rolul de a crea o peliculă între fus şi cuzinet, reducând astfel frecarea, care nu mai are loc între două metale, ci între metal şi o substanţă în stare fluidă.

Pentru ca mişcarea să fie posibilă, diametrul fusului (d) va fi mai mic decât diametrul lagărului (D), creându-se un joc radial (fig. 12). Acest spaţiu (interstiţiu) se va umple cu un lubrifiant.

Astfel, în timpul funcţionării, contactul nu se mai produce direct între suprafeţele metalice fus – cuzinet, ci prin intermediul lubrifiantului. Ca urmare coeficientul de frecare scade de circa 100 de ori.

În cazul funcţionării lagărelor, se întâlnesc următoarele faze ale frecării:

- frecarea uscată;- frecarea la limită;- frecarea fluidă.

14

Fig.12

● Frecarea uscată ia naştere atunci când are loc contactul direct între două suprafeţe metalice.

Există două teorii care explică frecarea uscată: teoria mecanică şi teoria moleculară.

În teoria mecanică, frecarea este considerată ca o rezistenţă la înaintare, datorată asperităţilor suprafeţelor în contact, care se rup la deplasarea relativă a suprafeţelor (Fig. 13).

Teoria moleculară consideră frecarea ca fiind rezultatul învingerii interacţiunii automoleculare, a adsorbţiei moleculare sau chiar a unor micropunţi de sudură (Fig. 14).La acest tip de frecare, se plaică legea enunţată de Colomb: , unde:

F – forţa de frecare;μ - coefficient de frecare de alunecare;N – forţa normal la suprafeţele de contact.

Fig. 13. Teoria mecanică a frecării uscate Fig. 14. Teoria moleculară asupra frecării uscate

● Frecarea la limită se defineşte ca o stare de lubrifiere, în care frecarea dintre cele două suprafeţe este determinată de proprietăţile suprafeţei şi de cele ale lubrifiantului. Ea se caracterizează prin interpunerea unuia sau a mai multor starturi subţiri, moleculare, de lubrifiant, care, de regulă, conduce la evitarea contactului dintre cele două suprafeţe.

Se consideră că frecarea la limită se datorează proprietăţilor straturilor monomoleculare de lubrifiant adsorbit de suprafeţe (Fig. 15).

Frecarea la limită este foarte greu de realizat, deoarece startul-limită, având o grosime de câteva molecule, nu este continuu. Acest strat va fi străpuns de microasperităţile rezultate la prelucrare chiar şi pe suprafeţele foarte fin prelucrate.

15

Fig. 15. Frecarea la limită.● Frecarea fluidă presupune folosirea, în afară de stratul adsorbit de

cele două suprafeţe, a unui alt strat de lubrifiant, cu grosime mult mai mare decât a celui adsorbit. În acest strat are loc curgerea lubrifiantului. Condiţia de existenţă a acestui tip de frecare este ca asperităţile suprafeţelor să fie complet separate prin lubrifiant. Forţele de frecare care iau naştere în stratul de lubrifiant sunt datorate viscozităţii acestuia şi se determină pe baza legilor de curgere a fluidelor (Fig. 16).

Fig. 16. Frecarea fluidăMajoritatea lagărelor funcţionează cu ungere. Din momentul pornirii şi

până ajung la turaţia de regim, acestea trec prin toate fazele frecării, prezentate în figura 17.

Fig. 17. Fazele funcţionării unui lagăr

16

Dacă asociem fiecărei faze de lucru tipul de frecare, vom avea:● înainte de pornire şi în momentul pornirii – frecare uscată;● zona turaţiei redusă, înainte de atingerea turaţiei de regim –

frecarea la limită;● zona turaţiei de regim – frecare fluidă; în acest moment, începe

antrenarea lubrifiantului în mişcarea de rotaţie, ceea ce duce la modificarea coeficientului de frecare.

Funcţionarea lagărelor de alunecare se face, în majoritatea cazurilor, în regim de frecare fluidă. Acest lucru duce la reducerea semnificativă a frecării, la evitarea blocării şi la micşorarea uzării.

În funcţie de regimul de ungere lagărele sunt :-hidrostatice – desprinderea fusului de pe cuzinet se face cu

lubrifiant sub presiune atunci când fusul stă pe loc (fig 18). Pornirea se face numai după realizarea desprinderii. Lubrifiantul este introdus sub presiune prin fante sau orificii.

Metoda este mai costisitoare, dar favorizează reducerea coeficienţilor de frecare până la valori foarte mici şi împiedică apariţia uzurii.

Filmul de lubrifiant amortizează într-o oarecare măsură vibraţiile care apar în timpul exploatării.

- hidrodinamice (fig.19) – din momentul pornirii (n = 0) şi până la turaţia de regim, aceste lagăre trec prin toate regimurile de frecare :

-uscată (n = 0) ;-semifluidă (turaţie redusă) ;-fluidă (turaţie de regim).Majoritatea lagărelor funcţionează în acest regim.

17

Fig. 18

a) starea de repaus, cu suprafeţele aflate în contact direct. Centrul fusului se găseşte pe aceeaşi verticală cu centrul cuzinetului,

distanţate cu , unde :

D – diametrul cuzinetului ;D – diametrul fusului.b) funcţionarea la turaţii scăzute – frecare semilichidă. În momentul

punerii în funcţiune a fusului, prin rotirea sa în sensul săgeţii, uleiul aderat pe fus este deplasat în sensul mişcării şi datorită vâscozităţii formează filmul portant. Pentru ca uleiul să treacă din partea dreaptă în partea stângă este necesar ca presiunea uleiului din zona de intrare să fie mai mare decât în zona de ieşire de sub fus. Datorită acestei diferenţe de presiune, fusul va fi ridicat şi deplasat în sensul mişcării astfel încât poziţia centrului său se schimbă, ocupând poziţia O2

’. Odată cu schimbarea poziţiei centrului fusului se va schimba şi grosimea filtrului de lubrifiant.

c) pe măsură ce turaţia creşte, se măreşte cantitatea de lubrifiant ce trece prin interstiţiul dintre fus şi cuzinet, ceea ce determină ridicarea fusului, dar în acelaşi timp, din cauza diferenţei de presiune între cele două pene de ulei, fusul va fi împins înapoi în sensul săgeţii.

d- funcţionare la turaţii ridicate – ungere hidrodinamică, iar centrul fusului coincide cu al cuzinetului (fenomenul de autocentrare).

Pentru ca frecarea fluidă să poată fi posibilă este necesar ca între suprafaţa fusului şi cea a cuzinetului să se menţină permanent un strat continuu de lubrifiant, numit peliculă sau film. Acest lucru este posibil numai

18

Fig.19

dacă distanţa cea mai mică dintre fus şi cuzinet (numită joc minim) depăşeşte suma înălţimilor asperităţilor fusului şi cuzinetului.

Repartizarea uniformă a peliculei de lubrifiant se realizează prin adoptarea uneia din soluţiile constructive (ale cuzinetului) de mai jos (fig. 20):

Forţa din exploatare, pe care fusul o transmite cuzinetului, va fi echilibrată de rezultanta presiunilor din filmul de lubrifiant (fig .21).

Lubrifianţi folosiţi pot fi :-lichizi : uleiuri minerale, uleiuri vegetale etc.-solizi : grafit, teflon etc. Se utilizează în general la temperaturi

ridicate.-gazoşi : în general aer. Se utilizează în cazul existenţei unor

temperaturi scăzute sau a unui câmp de radiaţii.Alegerea corectă a tipului de lubrifiant trebuie să aibă în vedere :-valoarea presiunii din lagăr;-valoarea turaţiei de funcţionare ;-condiţiile de funcţionare.Formele de uzură întâlnite în funcţionarea lagărelor sunt :-uzura de contact (adezivă) – se manifestă prin deformaţii plastice şi

prin formarea unor punţi de sudură care se desfac prin forfecare (fig 22 ).-uzura de gripaj – punţile de sudură cresc şi se ajunge la smulgeri

de particule relativ mari, având uneori ca efect blocarea subansamblului fus – cuzinet.

-uzura abrazivă – apare atunci când între suprafeţele de contact pătrund accidental particule dure din exterior, sau ca urmare a desprinderii particulelor suprafeţei mai dure a subansamblului.

19

Fig .20

Fig. 21

Fr

Cap. 6 UZAREA LAGĂRELOR DE ALUNECARE

Uzarea reprezintă procesul de distrugere a suprafeţelor în contact, în timpul frecării, care este urmat de o schimbare a calităţii, a geometriei şi a proprietăţilor stratului superficial al materialului.

Factorii care determină micşorarea uzurii sunt:● starea de ungere;● natura lubrifiantului;● cuplul de materiale fus-cuzinet;● aspectul microasperităţilor suprafeţelor în contact.Îmbunătăţirea calităţilor de ungere, precum şi a proprietăţilor fizico-

chimice, se face prin adăugarea în uleiuri a unor mici cantităţi de aditivi, conform recomandărilor din tabelul 2.

Tabelul 2Nr. crt. Tipul aditivului Caracteristici

1. de viscozitate îmbunătăţesc variaţia viscozităţii de temperatură2. de onctuozitate favorizează absorţia formând un strat aderent pe suprafeţele

solide3. antigripanţi au o activitate pronunţată de fixare a stratului superficial4. depresanţi au rolul de a facilita curgerea fluidului la temperaturi coborâte şi

20

Fig.22

de a micşora punctul de congelare 5. inhibitori oferă stabilitatea chimică şi împiedică oxidarea6. anticorozivi împiedică acţiunea de coroziune a lubrifiantului

În tabelul 3 sunt prezentate diverse tipuri de lubrifianţi, care sunt recomandaţi în scopul micşorării uzurii lagărelor de alunecare.

Tabel 3Nr. crt. Tipul de lubrifiant Caracterizare

1. Unsori consistente Sunt amestecuri de uleiuri minerale cu un săpun sau un amestec de săpunuri metalice. Se folosesc săpunurile de: calciu, sodiu, aluminiu, bariu sau litiu.Au următoarele proprietăţi:●punctul de picurare, adică temperatura la care unsoarea separă uleiul în faza lichidă, este mai mare decât a mediului ambiant;●au stabilitate coloidală, adică nu se pot separa în componente;●au stabilitate la oxidare;●sunt rezistente la apă.

2. Lubrifianţii solizi Au forma unei pulberi fine. Ei trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:●eforturile unitare de forfecare să fie mici;●să prezinte afinitate faţă de suprafeţele solide.Aceste condiţii sunt satisfăcute cu grafit şi de bisulfură de molibden. Lubrifianţii solizi se folosesc sub formă de pulberi fine sau adăugaţi în lubrifianţii obişnuiţi.

3. Lubrifianţii gazoşi Au o viscozitate mică faţă de uleiuri. Se întrebuinţează pentru lagărele cu turaţii foarte mari şi cu sarcini mici. În prezent, drept lubrifianţi gazoşi sunt folosiţi: aerul, azotul şi hidrogenul.

4. Masele plastice Când sunt depuse în straturi subţiri pe suprafeţele aflate în contact, materialele plastice sunt considerate lubrifianţi solizi. Trebuie urmărit ca temperatura de funcţionare a lagărului să nu depăşească temperatura de curgere a materialului şi ca presiunea specifică să se încadreze în anumite limite.La sarcini şi viteze mari, datorită slabei conductivităţi termice şi rezistenţei mecanice insufuciente, se recomandă introducerea unor ingrediente cum ar fi: fibrele de sticlă, grafitul, bronzul sau bisulfura de molibden.

5. Autolubrifianţii Sunt materiale sintetizate poroase, impregnate cu lubrifiant. Se consideră autolubrifianţi şi materialele plastice depuse în straturi subţiri pe suprafeţe de frecare dure (teflon).

Cap. 7 CALCULUL TERMIC AL LAGĂRELOR DE ALUNECARE

21

Se consideră lagărul cu alunecare din fig 23, pentru care se cunosc:

- diametrul fusului ; mL 31060 - lungimea lagărului ; - jocul radial în lagăr.

Se vor determina (în funcţie de turaţie) :

A. Puterea consumată (necesară) pentru învingerea forţelor de frecare considerând regim hidrodinamic de ungere ;

B. Variaţia temperaturii peliculei de ulei din lagăr (cât creşte temperatura sa în timpul funcţionării).

Date de intrare: d, L, εr ;

vâscozitatea dinamică a uleiului: ;

turaţia fusului: n [rot / min] – variabilă de la 0 până la nmax (rezultă din calcul) ;

- temperatura mediului ambiant = temperatura iniţială a peliculei de ulei ;

[m2] - aria exterioară a lagărului (necesară pentru degajarea căldurii) ;

- coeficient de transfer de căldură (coeficient de

convecţie termică a lagărului).

Algoritm de calcul :1. n = 0 regim de frecare uscată. Se variază n astfel

încât la n = 100 rot / min să se ajungă la regimul

22

Fig .22

hidrodinamic (trecând prin toate fazele de funcţionare) apar forţe de frecare vâscoase (datorate vâscozităţii uleiului) care trebuie învinse consum de putere.

2. Se calculează puterea necesară pentru învingerea frecării

 ; unde :Pf = putere necesară [W] ;Ff = forţă de frecare (de vâscozitate) [N];v = viteza periferică a fusului [m / s].

a) ; unde:

= viteza unghiulară a fusului; [rad / s]

r = raza fusului; [m].

[m / s].

b) ; unde

= vâscozitate dinamică a uleiului [ ];

v = viteza periferică a fusului [m / s];= joc radial în lagăr [m];

A = aria laterală a fusului [m2]; .

Se variază n de la 0 la nmax şi se obţin diverse valori pentru Pf (vezi punctul 4 – exemple de calcul).

3. Se calculează temperatura finală a peliculei de ulei t.  ; unde

coeficient de transfer de căldură ;S = aria exterioară a lagărului ;

= variaţia temperaturii peliculei de ulei;t = temperatura finală a peliculei de ulei ;t0 = temperatura mediului = temperatura iniţială a peliculei de ulei.

23

Variind turaţia n se obţin diferite valori pentru t care nu trebuie să depăşească Atunci când se depăşeşte această valoare :-se limitează turaţia n ;-se calculează debitul de ulei necesar, care circulă prin lagăr, astfel încât temperatura peliculei de ulei să se menţină la o valoare impusă (maximă).

4. Exemple de calculn = 0 Pf = 0 ; t = t0 = 20 0Cn = 50 [rot / min] Pf = 1,61 W ; t = 21,56 0Cn = 100 [rot / min] Pf = 6,46 W ; t = 26,2 0Cn = 120 [rot / min] Pf = 9,3 W ; t = 28,98 0Cn = 150 [rot / min] Pf = 14,53 W ; t = 34,03 0Cn = 200 [rot / min] Pf = 25,83 W ; t = 44,96 0Cn = 300 [rot / min] Pf = 58,13 W ; t = 76,17 0C

Bibliografie

24

1.Mihai Gafitanu – Organe de Masini Volumul I, Editura Tehnica Bucuresti-19812.3.Imagini,Google Imagini.

25