Ce cauzează supraîncălzirea rulmentului? O analiză tehnică a cauzelor fundamentale

Cauzele primare ale supraîncălzirii la rulmenți

Supraîncălzirea provine rareori dintr-un singur factor izolat. Cel mai adesea, este rezultatul unor condiții interdependente care agravează stresul termic. Următoarele categorii reprezintă cauzele fundamentale identificate cel mai frecvent în aplicațiile industriale.

Eșecul lubrifierii

Ungerea este elementul vital al oricărui rulment de rulare. Funcțiile sale principale includ separarea elementelor de rulare de căile de rulare, disiparea căldurii și prevenirea coroziunii. Când lubrifierea eșuează, frecarea crește exponențial, generând căldură excesivă.

• Tip sau vâscozitate incorectă de lubrifiant: Utilizarea unui ulei sau unsoare cu vâscozitate prea mare pentru viteza de funcționare crește rezistența și generarea de căldură. În schimb, vâscozitatea scăzută nu reușește să mențină o peliculă elastohidrodinamică (EHD) suficientă, ceea ce duce la contact metal-metal și încălzire prin frecare.
• Degradarea lubrifiantului: Expunerea la temperaturi ridicate, contaminare sau oxidare descompune uleiurile de bază lubrifiante și agenții de îngroșare, reducându-le capacitatea de formare a peliculei. Unsoarea degradată se poate întări sau își poate pierde capacitatea de a separa elementele de rulare.
• Ungerea excesivă sau insuficientă: Unsoare excesivă umple cavitatea rulmentului, provocând agitare și temperaturi de funcționare ridicate. Unsoare insuficientă duce la înfometare și la condiții limită de lubrifiere. Cercetările indică faptul că grăsimile mai rigide (clasele NLGI mai înalte) pot avea rezultate mai bune în aplicații de mare viteză, deoarece rezistă la prăbușirea înapoi în calea de rulare, reducând astfel rezistența.
• Incompatibilitate: Amestecarea diferitelor substanțe chimice ale grăsimilor (de exemplu, pe bază de litiu cu pe bază de poliuree) poate provoca înmuiere, întărire sau separarea uleiului, compromițând stabilitatea termică.

Montare și potriviri necorespunzătoare

Relația dintre un rulment de rulare și componentele sale adiacente (arborele și carcasa) dictează jocul intern și distribuția sarcinii. Montarea incorectă are un impact direct asupra performanței termice.

• Potrivire prin interferență excesivă: O fixare prea strânsă pe arbore sau în carcasă comprimă inelele rulmentului, reducând jocul radial intern. Această reducere poate elimina jocul de operare, determinând blocarea elementelor de rulare și generarea de frecare extremă.
• Spațiu liber insuficient: Chiar și în cazul potrivirilor corecte, selectarea unui rulment cu un joc inițial care este prea mic pentru dilatarea termică așteptată poate duce la blocare pe măsură ce rulmentul se încălzește și se extinde.
• Nealiniere: Nealinierea unghiulară dintre arbore și carcasă forțează elementele de rulare să se deplaseze de-a lungul traseelor înclinate, creând stres neuniform și încălzire localizată. Acest lucru este deosebit de dăunător pentru rulmenții cu role cilindrice și cu ace, care au o capacitate limitată de dezaliniere.

Încărcare excesivă sau încărcare dezechilibrată

Fiecare rulment este evaluat pentru o capacitate specifică de încărcare dinamică și statică. Operarea dincolo de aceste limite sau supunerea rulmentului la o distribuție neuniformă a sarcinii crește stresul și frecarea.

• Supraîncărcare: Depășirea capacității de sarcină calculată a rulmentului crește tensiunile de contact la interfața element de rulare-canal. Tensiunea mai mare se traduce printr-o deformare elastică mai mare și energie de frecare, manifestându-se sub formă de căldură.
• Sarcina axială în rulmenți unidirecționali: Aplicarea sarcinilor de tracțiune la rulmenți care nu sunt proiectați pentru forțe axiale semnificative (de exemplu, rulmenți cu role cilindrice standard) provoacă încărcare pe margine și generare excesivă de căldură. Rulmenții cu role conice sau rulmenții cu bile cu contact unghiular sunt proiectați special pentru a face față sarcinilor combinate.
• Componente rotative dezechilibrate: Un arbore sau un rotor dezechilibrat introduce sarcini ciclice care depășesc valoarea dinamică a rulmentului, ceea ce duce la frecare fluctuantă și vârfuri de temperatură.

Contaminare și particule străine

Particulele precum murdăria, praful, așchiile de metal sau resturile de proces care intră în rulment au un impact profund asupra comportamentului termic.

• Deteriorarea indentării: Particulele pot fi răsturnate de elementele de rulare, creând adâncituri în canalele de rulare. Aceste semne de „brineling” cresc rugozitatea suprafeței și generează frecare pe măsură ce elementele de rulare ulterioare le întâlnesc.
• Uzura abraziva: Particulele fine și dure suspendate în lubrifiant acționează ca un compus de șlefuire, îndepărtând treptat materialul și modificând geometria rulmentului, ceea ce duce la creșterea jocului de rulare și la căldură excesivă.
• Intrarea de umiditate: Contaminarea cu apă reduce grosimea peliculei de ulei și favorizează coroziunea, care aspre suprafețele și accelerează uzura, crescând astfel frecarea și temperatura.

Răcire sau ventilație inadecvată

Chiar și sub sarcini normale de funcționare, rulmenții cu rulare generează o cantitate de bază de căldură care trebuie disipată. Răcirea insuficientă poate cauza acumularea treptată a temperaturii.

• Flux de aer restricționat: La mașinile cu răcire prin convecție naturală, lipsa spațiului liber în jurul carcasei sau aripioarele de răcire murdare pot reține căldura.
• Defecțiunea sistemului de răcire: În carcasele răcite cu lichid, pasajele de lichid de răcire blocate, nivelurile scăzute ale lichidului de răcire sau defecțiunile pompei împiedică îndepărtarea căldurii din regiunea lagărului.
• Temperatura ambientala ridicata: Funcționarea în medii deja calde reduce diferența de temperatură disponibilă pentru disiparea căldurii.