Ce sunt solicitările de contact Hertz și cum afectează rulmenții liniari?

rulmenții liniari care folosesc bile sau role pentru a transporta o sarcină sunt supuși tensiunilor de contact Hertz — un tip de stres material care joacă un rol semnificativ în determinarea capacității de încărcare a rulmentului și a duratei de viață a oboselii.

când două suprafețe de raze diferite sunt în contact și se aplică o sarcină (chiar și o sarcină extrem de mică), se formează o mică zonă de contact, iar suprafețele se confruntă cu solicitări foarte mari. Aceste tensiuni sunt cunoscute sub numele de tensiuni de contact Hertz (sau Hertizian). În rulmenții liniari ai elementelor de rulare, tensiunile de contact Hertz apar pe bile (sau cilindri) și pe căile de rulare.

în teorie, contactul dintre două sfere are loc într-un punct, iar contactul dintre doi cilindri are loc ca o linie. În ambele cazuri — contact punct sau linie-presiunea rezultată între cele două suprafețe ar fi infinită, iar suprafețele ar avea un randament imediat. Dar în aplicațiile din lumea reală, când două suprafețe sunt presate împreună cu o forță, apare o deformare elastică la fiecare suprafață și se formează o zonă de contact. Tensiunile care apar pe cele două suprafețe pot fi încă foarte mari — suficiente pentru a iniția exfolierea sau alte forme de eșec — dar nu mai sunt infinite.

analiza tensiunilor de contact Hertzian se bazează pe patru ipoteze principale:

– suprafețele sunt netede și fără frecare
– corpurile sunt izotrope și elastice
– zona de contact este mică în raport cu dimensiunile corpurilor în contact
– tulpinile de pe corpuri sunt mici și în limita elastică

tensiunile hertziene sunt prezente atunci când oricare două suprafețe cu raze diferite sunt în contact — chiar dacă o suprafață este plană sau dacă o suprafață este convexă și cealaltă este concavă, ceea ce este cazul rulmenților elementelor de rulare: mingea sau rola este convexă, iar calea de rulare este concavă. În analiza tensiunilor de contact Hertz, o suprafață convexă (mingea sau rola) are o rază pozitivă, iar suprafața concavă (calea de rulare) are o rază negativă. (Rețineți că suprafețele plane au o rază infinită.)

deoarece suprafețele au raze diferite, zona de contact dintre o bilă sferică (sau o rolă cilindrică) și o cale de rulare a rulmentului are o formă eliptică. În aceste condiții, presiunea maximă dintre cele două suprafețe este dată ca:

minge sferică și cale de rulare

role cilindrice și căi de rulare

tensiunile de contact Hertz și rulmenții liniari

tensiunile de contact Hertz au un efect semnificativ asupra capacității de încărcare dinamică a rulmentului și a duratei de viață L10. Tensiunile de forfecare, care provoacă oboseală — un mod primar de defectare a elementelor de rulare-sunt proporționale cu presiunea maximă Hertz dintre cele două corpuri.

contactul Hertz și deformarea rezultată a suprafețelor sunt, de asemenea, ceea ce face ca rulmenții să alunece mai degrabă decât să se rostogolească. Acest lucru se datorează faptului că zonele de contact Hertz au diametre diferite decât elementele de rulare în sine, astfel încât elementele de rulare alunecă. Contactul Hertz are implicații și pentru preîncărcarea rulmentului. Preîncărcarea elementelor de rulare le conferă o zonă de contact Hertz mai mare și finită, ceea ce crește rigiditatea. Dar contactul crescut are ca rezultat generarea de căldură ridicată.

acesta este motivul pentru care o cantitate de preîncărcare de doar 8% este considerată preîncărcare ridicată pentru rulmenții liniari, preîncărcarea mai mare de 10 până la 15% fiind extrem de rară. De asemenea, deoarece contactul Hertz este neliniar, o cantitate mică de preîncărcare poate oferi o creștere semnificativă a rigidității, fără a duce la alunecare inacceptabilă, frecare și căldură.

credit imagine caracteristică: L. C. Brezeanu