Τα γνωστά μας ρουλεμάν είναι γνωστά στη μηχανολογία ως έδρανα κύλισης.
Έδρανα υπάρχουν δύο ειδών, τα έδρανα ολίσθησης(κουζινέτα )και τα έδρανα κύλισης (ρουλεμάν).
Τα έδρανα εν γένει χρησιμεύουν σαν «υποδοχείς» των αξόνων και των ατράκτων.
Στο παρακάτω βίντεο θα δούμε την κατασκεύη των ρουλεμάν...
Στο παρακάτω βίντεο θα δούμε την κατασκεύη των ρουλεμάν...
Τα έδρανα λιπαίνονται για να διατηρούνται όσο το δυνατόν πιο χαμηλά οι απώλειες τριβών και οι θερμοκρασίες.
Υπενθυμίζουμε ότι το μέγεθος της τριβής εμφανίζεται είτε ως τριβή κίνησης (που εμποδίζει την αντίθετης κατεύθυνσης σχετική κίνηση δύο επιφανειών), είτε ως τριβή ακινησίας στην περίπτωση που το εμπόδιο της τριβής είναι τέτοιου μεγέθους που καθιστά αδύνατη την κίνηση.
Στην τριβή της κίνησης των ρουλεμάν έχουμε δύο περιπτώσεις: την τριβή κύλισης και την τριβή κυλινδραρίσματος.
 |
| Η κινηση του ρουλεμάν με σφαίρες (Σημείωση:οι κόκκινες κουκκίδες συναντιούνται κάθε 1,5 περιστροφές) |
Η τριβή κυλινδραρίσματος εμφανίζεται όταν δύο σώματα κυλίονται το ένα επί του άλλου, όπου υπάρχουν και ποσοστά κύλισης και ποσοστά ολίσθησης με βάση τους βασικούς νόμους της μηχανικής. Τριβή κυλινδραρίσματος έχουμε χαρακτηριστικά στα έδρανα κύλισης και στις πλευρές των γραναζιών.
Οι κυλινδροτριβείς αποτελούνται από τους κυλιόμενους δακτύλιους ή τους κυλιόμενους δίσκους, τα σώματα κύλισης που μπορούν να είναι σφαιρικά, κυλινδρικά, κωνοειδή ή βαρελοειδή και συνήθως μάλιστα να καλύπτονται από έναν κλωβό.
Ο κλωβός εμποδίζει μια αμοιβαία επαφή των σωμάτων κύλισης. Τα δακτυλιοειδή έδρανα έχουν ένα εσωτερικό κι έναν εξωτερικό δακτύλιο ανάμεσα στους οποίους «ρολλάρουν» τα σώματα κύλισης.
Τα σώματα κύλισης και οι τροχιές κύλισης έχουν σκληρυνθεί, τροχισθεί και λειανθεί.
Για την κατασκευή των κλωβών χρησιμοποιείται συνήθως χαλυβδολαμαρίνα και σπανιότερα ορείχαλκος, ελαφρύ μέταλλο ή συνθετική ύλη.
Τύποι ρουλεμάν
Ανάλογα με τη διεύθυνση της δύναμης την οποία δέχεται ένα έδρανο κύλισης κατά τη λειτουργία του διακρίνουμε δύο βασικές κατηγορίες ρουλεμάν.
Υπάρχουν επίσης τα ακτινικά αυλακωτά ρουλεμάν που δέχονται δυνάμεις και προς τις δύο διευθύνσεις. Στα ακτινικά έδρανα τα σώματα κύλισης κινούνται μεταξύ δακτυλίων, ενώ στα αξονικά έδρανα μεταξύ δίσκων.
Οι πρώτοι εμποδίζουν μια βλάβη του συστήματος κύλισης από ξένα σώματα, οι δεύτεροι εμποδίζουν την έξοδο του γράσου από το έδρανο. Με τους δίσκους αυτούς εξοικονομούνται παρεμβύσματα σε άλλα σημεία. Για απλό αξονικό προσδιορισμό των εξωτερικών δακτυλίων μπορούν αυτά να παραδοθούν και με κυκλικές αύλακες για συνεκτικές ροδέλες.
Από τους διάφορους τύπους ρουλεμάν αξίζει να δώσουμε έμφαση στα βελονοειδή ρουλεμάν.
Τα βελονοειδή ρουλεμάν είναι αξιόλογα λόγω του απαιτούμενου μικρού χώρου τοποθέτησης έναντι των σφαιρικών και κυλινδρικών ρουλεμάν και της σχετικά μεγάλης φόρτισής τους.
Αν τα βελονοειδή έδρανα έχουν εσωτερικό δακτύλιο, οι βελόνες κινούνται άμεσα πάνω σε ένα σκληρυμένο, ρεκτιφιαρισμένο και στιλβωμένο δρομέα, διότι έτσι τα έδρανα χρειάζονται ακόμα λιγότερο χώρο.
Ένας άλλος τύπος ρουλεμάν, τα ρουλεμάν με κωνικούς κυλινδρίσκους, μπορούν να αποσυναρμολογηθούν και ο εσωτερικός και ο εξωτερικός δακτύλιος να τοποθετηθούν χωριστά. Αυτό τα καθιστά συμφερότερα για μονταρίσματα σε σειρά.
Τέλος μια ιδιαίτερη κατασκευαστική μορφή αποτελούν τα έδρανα τεσσάρων σημείων. Αυτά μπορούν να δεχτούν τις δυνάμεις σε τέσσερα σημεία και έτσι επιτυγχάνουν μια υψηλή σταθερότητα. Στα έδρανα αυτά ο εσωτερικός δακτύλιος είναι χωρισμένος. Έτσι μπορούν να τοποθετηθούν πολλά σφαιρίδια, τα οποία σε συνδυασμό με τα ψηλά ερείσματα των δακτυλίων προσδίδουν στα ρουλεμάν αυτά μεγάλη ικανότητα έδρασης.
Τέλος ένας αρκετά σημαντικός τύπος ρουλεμάν είναι τα βαρελοειδή ρουλεμάν.
Τα κλασσικά βαρελοειδή ρουλεμάν έχουν σφικτήρα.
Ένας ξεχωριστός τύπος βαρελοειδών ρουλεμάν είναι τα διαιρούμενα βαρελοειδή ρουλεμάν. Αυτά έχουν κυλινδρική οπή και οι δύο δακτύλιοί τους (εσωτερικός και εξωτερικός) καθώς και το συγκρότημα κλωβού διαιρούνται σε δύο τμήματα.
Οι διαιρεμένοι δακτύλιοι συνδέονται μεταξύ τους με κοχλίες. Ένα σύνηθες κατασκευαστικό στοιχείο των διαιρούμενων βαρελοειδών ρουλεμάν είναι οι ενσωματωμένοι ασφαλιστικοί δακτύλιοι.
Διαβάστε ακόμη
Μετρητής δόνησης Fluke 810
Συνήθως οι εσωτερικοί ημιδακτύλιοι είναι συνδεδεμένοι μεταξύ τους με κοχλίες συναρμολόγησης. Αυτό που πρέπει τελικά να τονιστεί είναι ότι η εσωτερική σχεδίαση των διαιρούμενων βαρελοειδών ρουλεμάν είναι τέτοια ώστε τα ρουλεμάν αυτά να έχουν τη μέγιστη δυνατότητα παραλαβής φορτίου.
Φόρτιση και τζόγος
Τα έδρανα ανάλογα με την περίπτωση τοποθέτησης και τη μορφή κατασκευής τους δέχονται είτε αξονικές, είτε ακτινικές δυνάμεις, είτε και τις δύο ταυτόχρονα. Για να υπολογίσουμε τις φορτίσεις θεωρούμε τη συνδυασμένη φόρτιση στα μεν ακτινικά έδρανα αντικαθιστούμενη από μια ισομεγέθη ακτινική δύναμη, στα δε τα αξονικά έδρανα από μια ισομεγέθη αξονική δύναμη. Η αναγωγή γίνεται και στις δύο περιπτώσεις σε μια ισοδύναμη φόρτιση, η οποία επενεργούσα μόνη της σε δυναμική καταπόνηση, δηλαδή κίνηση περιστροφής, θα μπορούσε να προκαλέσει την ίδια καταπόνηση του υλικού κατασκευής. Η ισοδύναμη φόρτιση επενεργούσα σε στατική καταπόνηση θα μπορούσε να προκαλέσει την ίδια παραμόρφωση με αυτήν που προκαλούν η αξονική και η ακτινική φόρτιση, όταν εφαρμοστούν μαζί. Τα παραπάνω αφορούν έδρανα τα οποία με βάση την κατασκευαστική τους μορφή σα σταθερά έδρανα μπορούν να τοποθετηθούν και είναι ακόμα σε θέση να δεχτούν ακτινικές και αξονικές δυνάμεις.
Για τον καθορισμό των αξόνων και των ατράκτων στην κατά μήκος διεύθυνση προβλέπεται ένα έδρανο συνήθως ως σταθερά έδραση. Για λόγους ανοχής και θερμικής διαστολής δεν γίνονται δύο σταθερές εδράσεις, γιατί τότε τα σώματα κύλισης θα συμπιέζονται πολύ έντονα στις δύο πλευρικές τους τροχιές, έτσι ώστε σε σύντομο χρονικό διάστημα να υπερθερμαίνονται και να κολλάνε. Θα πρέπει πάντοτε να προβλέπεται μια δυνατότητα εξισορρόπησης. Μια σταθερή έδραση μπορεί να δεχτεί εκτός από ακτινικές δυνάμεις και αξονικές δυνάμεις σε μια ή δύο διευθύνσεις. Οι ελεύθερες εδράσεις επιτρέπουν μια χωρίς περιορισμό κατά μήκος μετατόπιση. Η σταθερή έδραση στερεώνεται με τη βοήθεια εσωτερικού και εξωτερικού δακτυλίου, η ελεύθερη έδραση αντιθέτως μόνο με ένα δακτύλιο.
Κάθε ακτινικό έδρανο που παραδίδεται από τον προμηθευτή στον εκάστοτε πελάτη έχει έναν ακτινικό τζόγο μεταξύ των σωμάτων κύλισης και των κυλιόμενων δακτυλίων. Κατά την τοποθέτηση με υπερβάλλον μέτρο μεταξύ του εξωτερικού δακτυλίου και της διάτρησης του περιβλήματος καθώς μεταξύ του εσωτερικού δακτυλίου και της ατράκτου περισφίγγεται ο εξωτερικός δακτύλιος, ενώ ο εσωτερικός δακτύλιος διευρύνεται. Έτσι ο ακτινικός τζόγος σμικρύνεται, αλλά σε καμιά περίπτωση δεν πρέπει να γίνει μηδέν. Τα κανονικά έδρανα κατασκευάζονται έτσι, ώστε στις συνήθεις συναρμογές να μένει ακόμα ένας αρκετός τζόγος λειτουργίας. Αν οι συνθήκες λειτουργίας ή οι συνθήκες θερμοκρασίας απαιτούν μια σταθερότερη συναρμογή τότε το έδρανο θα πρέπει να κατασκευάζεται με έναν αντιστοίχως μεγαλύτερο ακτινικό τζόγο. Αν όμως απαιτείται μια μεγαλύτερη ακρίβεια οδήγησης, τότε τα έδρανα κατασκευάζονται και με ένα μικρότερο ακτινικό τζόγο.
Φθορά και συντήρηση
Τα έδρανα κύλισης αποτελούν εκείνο το μηχανολογικό εξάρτημα των βιομηχανικών εγκαταστάσεων, που δέχεται ίσως τις πλέον μακρόχρονες και έντονες δυναμικές καταπονήσεις. Είναι φυσικό λοιπόν να υφίστανται μεγάλη μηχανική φθορά. Για το λόγο αυτό είναι σημαντική η προσέγγιση της διάρκειας ζωής τους και η ένταξη των διαδικασιών συντήρησης τους σε ιδιαίτερα μελετημένα προγράμματα διαγνωστικής συντήρησης.
Η διάρκεια ζωής ενός εδράνου διατυπώνεται και ως «δυναμική ικανότητα έδρασης» και είναι ο αριθμός των περιστροφών, ή οι ώρες λειτουργίας που αντέχει το έδρανο χωρίς ένδειξη μιας καταπόνησης του υλικού κατασκευής είτε στους δακτυλίους, είτε στους δίσκους, είτε στα σώματα κύλισης. Η καταπόνηση του υλικού μπορεί να φανεί στην αρχή με μικρές σχισμές, οι οποίες αργότερα μπορούν να φτάσουν σε θρυμματισμούς. Για τον υπολογισμό της διάρκειας ζωής ενός εδράνου καθορίζεται ένας δυναμικός συντελεστής έδρασης. Ο συντελεστής αυτός ορίζεται σαν η ισοδύναμη δύναμη φόρτισης κατά την οποία το 90% όλων των εδράνων φτάνουν σε μια ονομαστική διάρκεια ζωής του ενός εκατομμυρίου περιστροφών. Αν τώρα η εμφανιζόμενη κατά την εκάστοτε λειτουργία ισοδύναμη δύναμη φόρτισης είναι μικρότερη από το δυναμικό συντελεστή έδρασης τότε αυτό σημαίνει πως η διάρκεια ζωής του εδράνου θα ξεπεράσει το ένα εκατομμύριο περιστροφές.
Πάντως ο συντελεστής έδρασης μπορεί να έχει διαφορετικές τιμές για περιπτώσεις λειτουργίας που έχουν όμοιες φορτίσεις, αλλά συνθήκες λειτουργίας που δημιουργούν διαφοροποιήσεις στη συνολική λειτουργική καταπόνηση τους. Για παράδειγμα το ίδιο δυναμικό σύστημα όταν λειτουργεί σε πολύ μεγαλύτερη θερμοκρασία επηρεάζει αρνητικά το δυναμικό συντελεστή έδρασης μολονότι τα φορτία δυνάμεων και ροπών παραμένουν τα ίδια.
Ένα άλλο πρόβλημα συντήρησης των ρουλεμάν προκύπτει από την καταπόνησή τους σε διάβρωση. Τα ρουλεμάν χρησιμοποιούνται σε μια ευρεία γκάμα μηχανισμών σε βιομηχανικές παραγωγικές διαδικασίες Για το λόγο αυτό βρίσκονται σε επαφή με μια μεγάλη γκάμα ρευστών τα οποία έχουν λιγότερο ή περισσότερο διαβρωτικές ιδιότητες, όπως το νερό, τα οξέα, οι βάσεις και διάφορα αέρια. Οι κατασκευαστές των ρουλεμάν έχουν εξοπλίσει τα σύγχρονα ρουλεμάν με μηχανισμούς στεγανοποίησής τους από τα διαχειριζόμενα στη παραγωγική διαδικασία ρευστά, ωστόσο ορισμένα από αυτά είναι ιδιαίτερα δραστικά και έτσι είναι αναγκαία η λήψη επιπλέον μέτρων. Επειδή στις περιπτώσεις αυτές τα ρουλεμάν υφίστανται μια σύνθετη καταπόνηση μηχανική και χημική τα μέτρα αυτά δεν συνίστανται στην επίστρωση με ειδικές ρητίνες της καταπονούμενης σε διάβρωση μεταλλικής επιφάνειας, αλλά μπορεί να αφορούν στη χρησιμοποίηση ειδικών υλικών κατά την κατασκευή των ρουλεμάν, στην κατάλληλη μηχανική προετοιμασία των καταπονούμενων επιφανειών καθώς επίσης και στη χρησιμοποίηση εξελιγμένων λιπαντικών στα οποία περιλαμβάνονται και στερεά. Οι συνηθέστερες περιπτώσεις βιομηχανικής παραγωγής, όπου απαιτείται η προστασία των εδράνων κύλισης από διάβρωση συναντώνται στη χημική βιομηχανία και τη βιομηχανία τροφίμων, στη χαλυβουργία καθώς και στην βιομηχανία κατασκευής ημιαγωγών.
Για όλους τους παραπάνω λόγους είναι σκόπιμο να εντάσσεται η συντήρηση των ρουλεμάν μιας βιομηχανικής μονάδας σε ένα πρόγραμμα διαγνωστικής συντήρησης. Σήμερα αυτή η υπηρεσία διατίθεται από εταιρείες του χώρου και επιτυγχάνεται με τη χρησιμοποίηση ειδικής τεχνολογίας οργάνων ελέγχου λειτουργίας των ρουλεμάν και διαγνωστικής συντήρησής τους, τα οποία παρακολουθούν τη αδιαλείπτως τη λειτουργία των μηχανημάτων που φέρουν ρουλεμάν.
Η διαγνωστική συντήρηση των ρουλεμάν
εξασφαλίζει την απρόσκοπτη λειτουργία των μηχανημάτων της παραγωγής, και αποτελεί κρίσιμη διαδικασία για τις περιπτώ σεις εκείνων των γραμμών παραγωγής όπου η ζημιά ενός ρουλεμάν μπορεί να προκαλέσει διακοπή όλης της γραμμής παραγωγής με συνέπεια σοβαρή οικονομική ζημιά για την εταιρία.
Για τα όργανα διάγνωσης και συντήρησης των ρουλεμάν θα αναφέρθω αργότερα σε αλλο άρθρο αναλυτικά.
Πλεονεκτήματα και εφαρμογές
Στους κυλινδροτριβείς το μέγεθος της δύναμης τριβής είναι κατά μέσο όρο 25-50% χαμηλότερο από το αντίστοιχο μέγεθος τριβής στα έδρανα ολίσθησης. Οι κυλινδροτριβείς λοιπόν ζεσταίνονται λιγότερο κι έτσι όταν εργάζονται παρουσιάζουν μικρότερες απώλειες ενέργειας. Αυτό δεν είναι το μοναδικό πλεονέκτημά τους. Κινούνται ακόμη με μικρότερο τζόγο και συνεπώς με μεγαλύτερη ακρίβεια πράγμα ιδιαίτερα σημαντικό για τις ηλεκτρικές μηχανές και τις εργαλειομηχανές.
Επίσης απαιτούν μικρό χώρο και δεν απαιτούν συντήρηση με λιπαντική ύλη. Τέλος η διεθνής τους τυποποίηση εξασφαλίζει την εναλλακτικότητα γεγονός που τους κάνει εξαιρετικά εύχρηστους. Στα μειονεκτήματά τους πρέπει να καταγραφούν η ευπάθειά τους όταν δέχονται κρουστικές φορτίσεις και η θορυβώδης κίνηση τους, ιδιαίτερα όταν τους συγκρίνουμε με τα απλά έδρανα. Έχουν γενικά μεγαλύτερο κόστος από τα απλά έδρανα. Χρειάζονται διατρήσεις στο περίβλημα και στροφείς με περιορισμένες ανοχές.
Τέλος η τοποθέτηση των απλών κυλινδροτριβέων είναι δυσκολότερη από την τοποθέτηση των τεμαχιστών απλών εδράνων.
Οι διάφοροι τύποι των ρουλεμάν εμφανίζουν ορισμένα ιδιαίτερα πλεονεκτήματα που τους καθιστούν κατάλληλους για συγκεκριμένες εφαρμογές.
Για παράδειγμα ο ενδιαφέρων τύπος των διαιρούμενων βαρελοειδών ρουλεμάν μπορεί να καλύψει μια μεγάλη γκάμα ξεχωριστών εφαρμογών. Γενικά η χρήση τους αφορά μηχανήματα και εγκαταστάσεις όπου είτε η αξονική πρόσβαση στο σημείο τοποθέτησης του ρουλεμάν δεν είναι δυνατή, είτε ο ελεύθερος χώρος για το μοντάρισμα είναι εξαιρετικά περιορισμένος.
Τα διαιρούμενα βαρελοειδή ρουλεμάν χρησιμοποιούνται επίσης σε κατασκευές όπου η αποσυναρμολόγηση και αφαίρεση βαριών κιβωτίων μετάδοσης κίνησης είναι δυσχερής καθώς και σε εγκαταστάσεις όπου για λειτουργικούς λόγους ενδείκνυται το άνοιγμα και ο έλεγχος των ρουλεμάν σε σχετικά σύντομα χρονικά διαστήματα.
Με βάση τα παραπάνω χαρακτηριστικά των διαιρούμενων βαρελοειδών ρουλεμάν, αυτά καθίστανται κατάλληλα για μια ευρεία γκάμα ξεχωριστών και σημαντικών για τις βιομηχανικές εγκαταστάσεις εφαρμογών. Χρησιμοποιούνται λοιπόν στα χαλυβουργεία, στη ναυπηγική, σε μονάδες παραγωγής μη σιδηρούχων μετάλλων, σε μονάδες παραγωγής κι επεξεργασίας πετροχημικών και σε μονάδες παραγωγής ηλεκτρισμού. Παράλληλα βρίσκουν πιο κλασσικές εφαρμογές σε συστήματα μετάδοσης κίνησης, σε συστήματα μεταφορικών ταινιών, σε ραουλόδρομους, σε ενδιάμεσους άξονες και σε άξονες με σύνδεσμο καρντάν.
Μια κατηγορία ρουλεμάν που συναντά πολλές εφαρμογές είναι τα βελονοειδή ρουλεμάν.
Τα βελονοειδή ρουλεμάν λόγω του μικρού χώρου που απαιτείται για την τοποθέτηση τους έχουν προβάδισμα έναντι των σφαιρικών και κυλινδρικών ρουλεμάν σε μια σειρά εφαρμφογών. Εδώ και αρκετές δεκαετίες αξιοποιούνται σε σημαντικές εφαρμογές, όπως στη μπιέλα πολύστροφων βενζινοκινητήρων, στις ατράκτους ηλεκτρικών συσκευών, στις πλήμνες ηλεκτρομαγνητικών ζεύξεων, στους οδοντωτούς τροχούς εργαλειομηχανών, σε τροχαλίες ιμάντων κ.λ.π. Τέλος ένας άλλος ενδιαφέρων τύπος ρουλεμάν που συνατά σημαντικές εφαρμογές είναι τα ρουλεμάν με κωνικούς κυλινδρίσκους.
Αυτά παρέχουν το πλεονέκτημα της δυνατότητας ρύθμισης του ακτινικού και αξονικού τζόγου λειτουργίας. Μπορούν να αποσυναρμολογηθούν και να τοποθετηθούν ξεχωριστά ο εσωτερικός και ο εξωτερικός δακτύλιος.
Το γεγονός αυτό τα καθιστά καταλληλότερα για μονταρίσματα στη σειρά. Τα ρουλεμάν αυτά προτιμώνται σαν ακτινικά και αξονικά φορτιζόμενα έδρανα για εδράσεις τροχών και ατράκτων στην κατασκευή αυτοκινήτων και εργαλειομηχανών.
Για τη συγγραφή του άρθρου αξιοποιήθηκε υλικό από το εγχειρίδιο «Στοιχεία Μηχανών» του Ι. Αυγερινού, καθώς και τεχνικές πληροφορίες και στοιχειά από ην εταιρία Κέντρο Εμπορίας Ρουλεμάν και τον οίκο FAG
Αναρτήσεις
