TOLERANTELE SI AJUSTAJELE MONTAJELOR CU RULMENTI

Durabilitatea rulmentilor este influentata in mare masura de forma, marimea si starea geometrica a suprafetelor de montaj. Jocurile sau strangerile ce se realizeaza la montaj pot influenta jocurile interioare din rulment .Ele pot determina corectarea deformatiilor remanente ale inelelor respectiv ale cailor de rulare. Repartizarea solicitarilor cat mai uniform pe caile de rulare, limitarea solicitarilor maxime si asigurarea unei uzuri cat mai lente si uniforme se pot obtine prin marimea jocului sau strangerilor la montaj. Alegerea corecta a ajustajelor ce se formeaza intre inelele rulmentului cu fiecare din suprafetele de montaj ( ale arborelui sau carcasei ) este deosebit de importanta.

Alegerea tolerantelor pieselor pe / in care se monteaza rulmenti se face pe baza reglementarilor din STAS 6671-92.

1. Tolerante de executie ale rulmentilor

Prin ISO 1132 : 95 sunt stabilite cinci clase de precizie pentru rulmenti Acestea sunt simbolizate cu: P0; P6; P5 ; P4 si P2, in ordine crescatoare a preciziei dimensionale si de rotire. Rulmentii din clasa P0 sunt considerati cu precizie normala.

Dimensiunile de montaj si diagramele lor de toleranta sunt prezentate in figura 1.

Fig. 1. Tolerantele si ajustajele montajelor cu rulmenti

Suprafetele de montaj ale rulmentilor sunt:

cilindrul exterior, r_e ,cu diametrul nominal D;

cilindrul interior, r_i , cu diametrul nominal d ;

suprafetele laterale plane, paralele intre ele la distanta B si cu planul de simetrie al cailor de rulare.

Campurile de toleranta la diametrele de montaj ale rulmentilor: h^x, M^x (fig. 11.9.) nu sunt stabilite dupa sistemul de tolerante si ajustaje pentu piese cilindrice prin SR EN 20286 : 97. Pozitia campurilor este sub linia zero, tangenta la aceasta, cu abaterile superioare es si ES egale cu zero, ceea ce calitativ corespunde pozitiilor h si aproximativ M din sistemul ISO. Tolerantele de executie ale rulmentilor la dimensiunile de montaj sunt date in cataloagele de rulmenti, pentru fiecare tipodimensiune de rulment, [36]. O selectie din tolerantele de executie este data in tabelul 1.

Tolerantele de executie Tri si Tre , ale rulmentilor (din Catalog [36]) Tabelul 1.

2. Analiza evolutiei uzurii cailor de rulare

Rolul rulmentilor de a favoriza rotirea relativa a doua piese ne sugereaza asamblarea cu joc intre inelul exterior si carcasa, respectiv intre inelul interior si arbore asa cum sunt reprezentate in figura 2.

La contactul intre doua suprafete cilindrice repartitia presiunilor pe circumferinta este aproximativ parabolica. Prezinta un maxim pe directia fortei P si se intinde pe o anumita lungime de arc de cerc in functie de marimea jocului si fortei P. Lungimea maxima, jumatate din lungimea cercului, se realizeaza numai la asamblarile fara joc (cu strangere). In aceasta situatie, presiunea maxima (efortul de compresiune maxim) va fi la valoarea cea mai mica. Rezultatele se pot extinde cu diferentele de rigoare si asupra contactului dintre calea de rulare si corpurile de rulare.

Fig.2. Evolutia uzurii cailor de rulare

In concluzie se poate spune ca solicitarile asupra cailor de rulare ale rulmentului si uzurile sunt minime daca montarea rulmentului se face cu strangere.

Daca se examineaza evolutia uzurii pe circumferinta cailor de rulare cand inelele se rotesc, se observa ca va fi influentata de directia fortei P. La inelul interior, care se roteste in raport cu forta P, uzura progreseaza uniform pe toata circumferinta caii de rulare. Se spune ca forta este rotitoare in raport cu inelul interior sau ca inelul interior are incarcare circulanta. Situatia favorabila este daca asamblarea intre inelul interior si arbore este cu strangere.

Pentru inelul exterior, zona de solicitare este permanenta numai pe partea inferioara. Se spune ca forta este fixa pe inelul exterior sau ca inelul exterior sau ca inelul exterior are incarcarea locala. In aceasta situatie se va uza numai partea de jos a caii de rulare. Este necesara o asamblare cu joc pentru a permite inelului exterior sa se roteasca si prin fortele de frecare, sa aduca in zona de solicitare portiuni fara uzura ale caii de rulare. Astfel, se poate conduce uzura progresiv pe toata circumferinta caii de rulare a inelului exterior.

Pozitia fortei P in raport cu inelele rulmentului determina modurile de incarcare si ajustajele recomandate pentru montarea inelelor in carcasa si pe arbore. La inelul cu incarcare circulanta ajustajul recomandat este de trecere spre cele cu strangere. La inelul cu incarcare locala se recomanda ajustaje cu jocuri foarte mici. O alegere corecta ar trebui sa aiba la baza limitele pentru jocuri si strangeri.

Colaborarea intre fabricantii de rulmenti si proiectantii montajelor cu rulmenti nu este prea buna. Fabricantii nu adopta tolerantele din sistemul ISO pentru piese cilindrice, iar pentru proiectanti recomanda caractere de ajustaj fara sa precizeze limitele jocului si strangerii. Totusi, pentru caracterele recomandate, prezinta jocul minim, jocul maxim si jocul probabil.

Manualele de proiectare prevad si ele caractere de ajustaj recomandate fara sa evalueze limitele jocului. In unele cazuri se fac referiri la jocul optim ceea ce este insuficient.

Alegerea tolerantelor arborilor si carcaselor.

Ajustajele necesare montajelor cu rulmenti se obtin prin alegerea campurilor de toleranta pentru arbori si carcase in functie de conditiile concrete ; constructive si functionale.

Ajustajele si tolerantele arborilor pe care se monteaza rulmentii radiali de precizie obisnuita PO sunt cuprinse in tabelul 2.

Conditiile de lucru se refera la pozitia relativa intre directia sarcinii si calea de rulare a inelului interior, la marimea sarcinii si la necesitatea deplasarii inelului interior pe arbore.

Conditiile constructive se refera la tipul alezajului inelului interior, tipul rulmentului si diametrul inelului interior.

Pentru fiecare combinatie posibila, este notat un simbol al campului de toleranta, iar pentru confirmarea alegerii sunt date cateva aplicatii specifice din constructia de masini.

In mod asemanator se aleg simbolurile campurilor de toleranta pentru carcasele in care se monteaza rulmenti din tabelul

Pentru montajele cu rulmenti de precizie clasele P6, P5, P4(SP) si P2 (UP) tolerantele arborilor si carcaselor se aleg din tabelul 4.

In manualele (cataloagele) de rulmenti exista recomandari pentru campuri de toleranta folosite in principalele domenii ale constructiei de masini.

4. Jocul ( +) probabil sau strangerea ( - ) probabila

Dupa alegerea caracterelor de ajustaj pentru montajul inelului exterior D in carcasa si a inelului interior d pe arbore, se extrag din tabelele corespunzatoare abaterile superioare si inferioare ale pieselor ce formeaza cele doua ajustaje. Pentru siguranta si usurinta calculelor se vor schita cele doua diagrame de tolerante ca in figura

    a b

Fig. 3 Diagramele de toleranta pentru montajul cu rulment.

a) pe arbore; b) in carcasa

In mod obisnuit se considera abatere probabila pentru un domeniu de toleranta, abaterea situata la 1/3 din toleranta sub abaterea superioara es la arbori si respectiv, peste abaterea inferioara EI la alezaje. Aceasta se explica prin tendinta de deplasare a dimensiunii de reglare, dupa principiul maximului de material, in procesele de prelucrare pentru arbori spre diametrul maxim, iar pentru alezaje spre diametrul minim. Pe baza acestor precizari se pot scrie relatiile de calcul pentru abaterile probabile:

(1.)

Campurile de toleranta recomandate pentru arborii pe care se monteaza rulmenti radiali

din clasa P0 (STAS 6671 - 92) Tabelul 2.

Campurile de toleranta recomandate pentru arborii pe care se monteaza

rulmenti radiali din clasa PO (STAS 6671-92). Tabelul

Campurile de tolerante pentru arbori si carcase la montarea

rulmentilor de precizie.(STAS 6671-92). Tabelul.4.

Tinand seama ca jocul unei asamblari este diferenta intre dimensiunile efective ale alezajului si arborelui (j = M - m) aceeasi cu diferenta intre abaterile lor, se poate scrie:

(2.)

Pot apare doua cazuri: j_pr ³ 0 ajustaj cu joc probabil si j_pr < 0 (joc negativ) ajustaj cu strangere probabila, cunoscand ca strangerea este egala cu minus jocul. Pentru exemplele considerate in diagramele din figura rezulta joc probabil la montarea inelului interior pe arbore (fig. , a) si strangere probabila la montarea inelului exterior in carcasa (fig. ,b)

Pentru campurile recomandare in STAS 6677-92 la montarea rulmentilor din clasa PO sunt date in anexe alaturi de abaterile arborilor si carcaselor , valori pentru jocurile minime, probabile si maxime.

5. Prescrierea abaterilor limita pentru forma; pozitia si starea geometrica a suprafetelor.

Forma suprafetelor pe care sau in care se monteaza rulmenti trebuie sa corecteze eventualele deformatii ale inelelor de rulmenti datorate tensiunilor remanente si sa nu introduca deformatii suplimentare care sa modifice jocurile interne ale rulmentului. Abaterile limita de la circularitate si cilindricitate impuse prin STAS 6671-92 sunt prezentate in tabelul 5.

Pozitia corecta a planului de simetrie a cailor de rulare (normala pe axa de rotatie) este asigurata prin rezemarea laterala a inelelor pe suprafete plane practicate pe arbore sau in

carcasa, numite umeri laterali. Aceste suprafete nu trebuie sa prezinte bataie frontala fata de axa de rotatie impusa de suprafetele cilindrice de montaj. Valorile limita pentru bataia fetelor frontale ale umerilor arborilor si carcaselor sunt prezentate in tabelul 6.

Abaterile limita de forma ale suprafetelor cilindrice de montaj(STAS 6671-92 tab. 8). Tabelul 5.

Bataia fetelor frontale ale umerilor abaterilor si carcaselor(STAS 6671-92 tab. 9). Tabelul 6

Suprafetele de montaj trebuie sa asigure preluarea eforturilor de contact fara sa modifice jocul sau strangerea. In acest sens STAS 6671-92 limiteaza starea geometrica a suprafetelor (rugozitatea) prin valorile limita ale parametrului caracteristic de profil, abaterea medie aritmetica Ra , la profilul filtrat "trece sus". Valorile maxime admisibile pentru rugozitatile suprafetelor de montaj sunt prezentate in tabelul 7.

6. Proiectarea montajelor cu rulmenti. Problema rezolvata

Dupa alegerea tipului si dimensiunilor rulmentului care satisface conditiile de functionare si durabilitate impusa se trece la proiectarea formei constructive a pieselor pe si in care se monteaza rulmentul. Din punctul de vedere al preciziei montajului cu rulment, in cele ce urmeaza se vor lua in considerare numai suprafetele cilindrice si umerii laterali.

Rugozitatile suprafetelor pe care se monteaza rulmentii. (STAS 6671-92 tab. 10) Tabelul 7.

Problema nr. Sa se proiecteze tolerantele unui montaj cu rulment radial cu bile pe un rand (Rulment 6206) din clasa PO cunoscand: D = 62 mm; d = 30 mm; B = 16 mm pentru un arbore intermediar din cutia de viteze a unui strung.

Etapa 1. Stabilirea modului de incarcare a rulmentului.

Din conditiile concrete de functionare se observa ca arborele impreuna cu inelul interior se roteste, inelul exterior nu se roteste iar rezultanta fortelor radiale are o directie fixa. Aprecierea daca se roteste sau nu, se face fata de pamant.

Din analiza pozitiilor relative in timpul functionarii se constata ca rezultanta este rotitoare fata de inelul interior (inelul interior are incarcare circulanta) si rezultanta are o directie fixa fata de inelul exterior (inelul exterior are incarcate locala).

Etapa 2. Alegerea caracterelor de ajustaj.

Din tabelul 2. se va alege campul de toleranta recomandat pentru arborele pe care se monteaza rulmentul radial. Conditiile impuse prin enunt corespund randului ce cuprinde: Conditii de lucru - sarcina rotitoare pe inelul interior. Precizie mare de rotire de sarcini mici, Exemple - Masini - unelte, Rulmenti cu bile, Diametrul arborelui, in mm 18 . 100 si Simbolul campului de toleranta, j5.

Pentru carcasa se va alege in mod asemanator caracterul de ajustaj din tabelul 8. Se va alege randul : Conditii de lucru: Carcase separabile sau neseparabile, sarcina fixa pe inelul exterior, Sarcini normale si mici la conditii usoare de lucru, Exemple - Transmisii, Simbolul campului de toleranta, H8, iar la Observatii - Inelul exterior este usor deplasabil.

Etapa Stabilirea si completarea diagramelor de toleranta pentru montajul cu rulment.

Se traseaza diagramele de toleranta ca in figura si se calculeaza tolerantele si abaterile. Pentru cazul considerat se vor gasi, din tabelele cu abateri si tolerante fundamentale, valorile:

pentru arbore f30 j5; ei = - 4; T_d = 9; es = + 5; e_pr = + 2,

pentru alezaj f62 H8; EI = 0; T_d = 46; ES = + 46; E_pr = + 15,

inelul interior f30 ; ES = 0; Tri = 10; EI = - 10; E_pr = - 6,

inelul exterior f62 ; es = 0 ; Tre = 13; ei = - 13; e_pr = - 4.

Cu relatia 2. se vor calcula jocurile probabile.

la inelul interior j_pr = - 6 - (+ 2) = - 8 strangere probabila 8mm

la inelul exterior j_pr = + 15 - (- 4) = + 19 joc probabil 19 mm

Etapa 4. Executarea desenelor de executie, cotarea si inscrierea abaterilor de forma, pozitie (tolerante geometrice)si stare a suprafetelor.

Fig. 4. Desene de executie: a) arbore ;    b) carcasa

Desenele de executie ale arborelui si alezajului prezentate in figura 4. vor cuprinde cotele si simbolurile pentru abaterile de forma, pozitie si stare geometrica a suprafetelor.