Discuția despre tipuri de rulmenți este una controversată, lungă și complicată. Nu am să încerc să acopăr decât niște tipuri principale de rulmenți pentru a vă ajuta să înțelegeți niște principii. Ulterior am să explic în alte articole unele produse în parte. Cred că este util să cunoașteți aceste informații atunci când doriți să construți ceva rotativ. Rulmenții sunt utilizați peste tot. De la sertarele care alunecă ușor și silențios, până la mașinile industriale de sute de tone. Pentru unele aplicații, rulmenții sunt neadecvați pentru operațiuni rotative, iar atunci utilizăm bucșe.
În două articole viitoare vom discuta despre două tipuri mai avansate de rulmenți precum cele pe aer sau rulmenții pneumatici și cele magnetice sau pe magneți. Însă pentru aceste tipuri de rulmenți este necesar să operăm și alte instalații pentru a le pune în funcțiune. Rulmenții pe aer au nevoie de aer comprimat, iar cei electromagnetici au nevoie de o sursă de curent care stabilizează câmpul magnetic. Acum voi explica câteva lucruri despre rulmenții mecanici, cu bile, role și ace.
Rulmenți cu bile
Acest tip de rulment este poate cel mai ușor de recunoscut. Ansamblul este format de două tuburi concentrice cu un set de bile între ele. Rumentul cu bile este unul dintre exemplele de rulmenți clasici având un avantaj și un dezavantaj. Avantajul este că se comportă relativ bine în aplicații cu viteze mari, dar nu prea rezistă în aplicații unde încărcarea radială sau axială este mare. Încercând să utilizezi un rulment care să reziste la încărcări mari se va observa că diametrul și prețul unui singur rulment cu bile crește foarte mult.
Motivul pentru avantajul și dezavantajul menționat este că bila de oțel atinge tubul interior și cel exterior într-un singur punct al bilei. Când încărcarea pe rulment depășește capacitatea oțelului din care este făcută bila, ea începe să dezvolte imperfecțiuni. Aceste imperfecțiuni vor genera căldură, vibrații și zgomot. Este de ajuns ca o singură bilă să pățească acest lucru ca întregul rulment să aibă probleme și deficiențe de performanță.
Rulmenții cu bile sunt argumentabil cei mai ieftini. Un rulment de calitate este unul care este confecționat din materiale durabile și precise. Cu cât rulmentul este mai precis cu atât el este mai scump. Chiar dacă rulmentul sosește precis confecționat de la furnizor, fără o construcție corectă și un ansamblu alcătuit din materiale bune, el va ajunge imprecis, defectuos și gălăgios într-o perioadă foarte scurtă de timp.
Rulmenți cu cilindri
Am văzut că un rulment cu bile are slăbiciunea unui singur punct de contact. Un rulment cu cilindri are un avantaj în plus, prin faptul că mimează un rând de bile având un punct de contact sub formă de linie. Astfel un rulment cu cilindri are o capacitate de încărcare mai mare decât unul cu bile, dar în același timp va face o gălăgie un pic mai mare decât dacă ar fi mers pe bile. Acest tip de rulment este cel mai utilizat în industria auto pentru că răspunde cu succes la încercările automobilului asupra roților, dar și la vitezele de deplasare.
Cred că este cel mai ieftin tip de rulment raportat la numărul de rotații pe minut și la numărul de kilograme sarcină. Cu alte cuvinte, dacă aveți o aplicație pe care nu o cunoașteți prea bine și faceți lucrurile după ureche, atunci rulmentul cu cilindri este soluția ideală. Rulmentul cu bile, dar și cel cu cilintri pot avea unul sau două rânduri. Adică două rânduri de cilindri sau două rânduri de bile. Când avem un rulment supus la încărcare radială, adică tubul interior vrea să se ducă spre cel exterior, utilizăm un singur rând de cilindri drepți, ca în imaginea de mai jos.
Când avem un rulment supus la încărcare axială, adică tubul interior vrea să aibă un plan diferit de planul tubului exterior sau mai bine spus atunci când tubul interior vrea să iasă din cel exterior, atunci avem nevoie de rulmenți cu role, dar cu formă conică. Se mai numesc role cu came.
De ce sunt importante aceste tipuri de rulmenți
În realitate, acești rulmenți sunt utilizați în perechi sau straturi. Un ax ar putea avea nevoie de două sau mai multe tipuri de rulmenți în funcție de forțele de acțiune asupra acestui ax. Primul exemplu este cel al axului cu două rânduri de rulmenți. Un rând la un capăt al axului, iar celălalt rând la celălalt capăt. Aceasta este cea mai întâlnită situație. Puteți observa că am spus un rând de rulmenți. Nu am spus un rulment indiferent de tip. Putem utiliza diferite tipuri de rulmenți împreună, aproximativ unul lângă altul pentru a distribui încărcarea pe ax în mod corect.
Acest lucru va contribui la capacitatea axului de a se roti cu foarte puțină frecare și implicit cu ineficiențe reduse. Ineficiențele se traduc în zgomot, perioadă mică de exploatare a ansamblului, deteriorarea rapidă a lubrifiantului, etc. Vreau să vă atrag atenția că este destul de greu să alegi rulmenții ideali pentru o anumită aplicație și de aceea este o ideea mai bună să încercăm să alegem un grup sau un rând de rulmenți. Împreună vor răspunde mai bine unei situații standard sau extraordinare decât un singur tip de rulment.
Rulmenții mici sunt relativi ieftini. Pe măsură ce diametrul interior al unul rulment crește, va crește și prețul. Un rulment cu cilindri de calitate, având diametrul interior de 15 mm are un preț de 40 RON, același tip de rulment cu diametrul interior de 100 mm are un preț de 600 RON, iar unul cu diametrul de 220 de mm costă aproximativ 10.000 de RON. Produsul este similar, dar prețul crește exagerat de mult odată cu diametru.
Rulmenți cu ace
În funcție de viteză și de încărcarea radială, rulmenții cu cilindri au o suprafață de contact insuficient de mare. Acest lucru duce la mai multe scenarii. Un scenariu spune că ar trebui să utilizăm materiale mai dure și mai rezistente la temperaturi mari. Un alt scenariu ne îndeamnă să utilizăm mai mulți rulmenți pentru a distribui greutatea aplicată radial pe mai multe produse. Din aceste scenarii au luat naștere rulmenții cu ace.
Aceste ace sunt de fapt niște cilindri mai lungi și cu diametru mai mic, care au prin urmare o linie de contact mai lungă. Deci au mai multe linii de contact în cadrul acelui cilindru pentru că pe circumferința rulmentului încap mai mulți cilindri. Un astfel de design reduce uzura unul singur cilindru și echivalează cumva o grupare de rulmenți amplasați pe același ax și în același punct. Rulmenții cu ace se comportă foarte bine la încărcările radiale, dar mai puțin bine la cele axiale.
O informație la fel de importantă este că un rulment cu ace poate fi utilizat când distanța între carcasă și axul rotativ este foarte mică. Această informație poate fi foarte benefică. Ne putem imagina un scenariu foarte utilizat de producători, în care tubul interior al rulmentului este parte din axul rotativ, iar tubul exterior al rulmentului este parte din carcasă. Astfel tot ce mai rămâne din rulmentul nostru cu ace este o tablă care ține acele la locul lor. Aceste aplicații moderne au dus la libertatea de design cu care sunt construite multe vehicule ușoare și economice. Mulți producători văd rulmenții cu ace ca un tip special de rulment cu cilindri și așa îl și cataloghează pe site-urile și broșurile lor.