RULMAN EĞİTİMİ VE TEKNİK KONULAR

Rulmanın temel prensibi sabit bir şaftın çevresinde dönen çevrenin şaft yüzeyi ile sürtünmesini minimize etme üzerine kurulmuştur.

Teorik olarak bir yüzeyde yuvarlanan bilya, teker vs. sonsuz sertlikte olsa, yani hiç esnemiyecek  olsa yüzey ile dönen nesne  arasında sıfır sürtünme olur (Bkz. Şekil 1). Ancak döner nesnenin yük altında belli bir miktar esneyerek dokunma yüzeyinde yassılaşması nedeni (Bkz. Şekil 2) ile hareket dönme ve kayma ile birlikte oluşur. Bu ise sürtünmeyi meydana getirir. Rulmanlar söz konusu bu sürtünmeyi azaltmak amacı ile geliştirilmişlerdir.

Yukarıdaki sürtünmeden kastedilen bilya veya tekerleğin yuvarlanmak yerine yüzeyde kaydıkları durumda ortaya çıkan sürtünmedir. Normalde tekerleğin yuvarlanabilmesi için yere tutunmasını sağlayacak sürtünme şarttır ve eğer bu sürtünme olmazsa tekerlek yuvarlanmaz fakat olduğu yerde döner (patinaj yapar). Nitekim patinajı önlemek için rulmanlarda  minimum bir yük olması gerekir. Bu yük özellikle yüksek devirlerde, yüksek ivmelenmelerde veya yükün etki yönündeki ani değişme durumlarında daha fazla önem kazanır.

Minimum yüklerin ne kadar olması gerektiği rulman tipine göre kataloglarda belirtilmiştir..

  

         

ŞEKİL 1

ŞEKİL 2

Rulman seçimi konusunda genel bir kural bulunmamaktadır. Her uygulamanın kendine özel şartlarının gerektirdiği rulman tipi vardır. Bu şartlar aşağıdaki gibi sıralanabilir.

Radyal yük büyüklüğü

Eksenel yük büyüklüğü

Devir sayısı

Çalışma süre ve sürekliliği

Beklenen ömür

Şaft-yatak yerleşim dizaynı (Bearing arrangements)

Rulmanın yerleştirilebileceği hacım büyüklüğü

Yağlama metodu

Sızdırmazlık elemanlarının dizaynı

Çalışma sıcaklığı

Kabul edilebilir ses düzeyi

Kabul edilebilir vibrasyon miktarı

Kabul edilebilir boşluklu çalışma ölçüsü

Kabul edilebilir eksenel oynama miktarı              

   

EŞ DEĞER DİNAMİK YÜK (P)

Radyal ve eksenel yüklerin oluşturduğu bileşke kuvvet rulman ömrünü belirleyen ana etkendir.

Bileşke kuvvete rulman literatüründe “Eş değer dinamik yük (P) denilmektedir ve formülü

P(N)= Fr *cos β+ Fa  * sinβ  dir  (Bkz. şekil 3)

sinβ ve cos β değerleri rulmanın tipine ve büyüklüğüne göre değişir ve bunlar rulman katalogunda X ve Y katsayıları olarak verilir. Böylece;

P=X* Fr + Y* Fa    olur.

Eğer Fa belli bir büyüklüğün altında ise ikinci terim 0 kabul edilir ve formül

P=X* Fr  şekline döner.

Fa değerinin dikate alınıp alınmayacağı ise yine katalogda verilmiş olan “e “ katsayısı ile belirlenir.

Eğer  Fa/Fr > e ise P=X* Fr + Y* Fa  formülü kullanılır

Eğer  Fa/Fr < e ise P=X* Fr  formülü kullanılır

Burada Fr : Radyal yük (N)

            Fa:  Eksenel yük (N)

                                                                       ŞEKİL 3

Belirlenen Eş değer dinamik yük (P) rulmanın ömrünün hesaplanmasında kullanılan ana parametredir. (Rulman ömrünün belirlenmesi için Bkz. bölüm.4).

L10= (C/P)p

L10 : Milyon devir cinsinden rulman ömrü

C    : Newton cinsinden dinamik yük sayısı

P    : Newton cinsinden dinamik eşdeğer yük

p: Bu değer bilyalı rulmanlar için herzaman 3, makaralı rulmanlar için ise her zaman 10/3 dür.

EŞ DEĞER STATİK YÜK (P0)

Ömür hesabında kullanılan “dinamik yük sayısı (C ) “ katalogda ilgili rulmanın tablosundan alınır. Tablolarda C nin yanında birde “statik yük sayısı (C0) verilir.

Statik yük sayısı (C0)  rulman devir sayısının çok düşük olduğu, yavaş salınım hareketlerinde bulunduğu, hareketsiz iken yük altında olduğu durumlarda ve en önemlisi şok darbelerine maruz kalacağı durumlarda dikkate alınır. Bu durumlarda rulman performansının belirlenmesinde yorulma (fatique) değil fakat statik yükün sebeb olduğu kalıcı deformasyon etkin olur. Bu deformasyon rulmanlarda  gürültü, titreşim ve sürtünmenin artmasına sebeb olur.Rulmanın düşük performans sınırına gelmeden çalışmasını temin için hesaplamalarda statik eş değer yük P0 (N) aşağıdaki formülden hesaplanarak kullanılır.

 P0= X0*Fr+Y0*Fa

C0 = s0*P0     ,    s0= C0 / P0

C0 : statik yük sayısı ilgili rulman katalogundan alınır

s0 : statik emniyet faktörü(Bkz. şekil 4)

X0 , Y0 Rulman katalogunun ilgili sayfalarında verilir. Statik yük sayısı C0, Eş değer statik yük P0  oranının ne kadar olması gerektiği s0 statik emniyet faktörü tablosunda (Bkz şekil 4.) verilmiştir. (Bu oran şok yükler yoksa bilyalı rulmanlarda birden küçüktür.) Eğer hesaplanan S0  değeri tablodan bulunan S0 değerinden küçük ise daha büyük C0 değerine sahip rulman seçilmelidir.

   

                                                             ŞEKİL 4

RULMAN DEVRİNİN UYGUNLUĞUNU KONTROL

 Rulmanın hız kapasitesinde etkin olan faktörler şunlardır.

Rulmanın tipi ve büyüklüğü

Rulmanın dizaynı

Rulman yükleri

Yağlama ve soğutma durumu

Kafes dizaynı

Rulman boşlukları

Rulmanlarda bir hız limiti vardır. Bu limiti kullanılan yağ ve rulmanın malzemesinin dayanabileceği sıcaklık belirler. Sıcaklığı ise rulmandaki sürtünmeler ve rulmanın çevre ile yaptığı ısı alışverişi oluşturur.

Rulman katalog sayfalarında rulman için iki hız verilir. Bunlar;

Referans hız (Termal hız)

Limit hız

 1.REFERANS HIZ (TERMAL HIZ)

Referans hız rulman katalogunda verilir ve bu değerin kabul edilebilir hızdan fazla olması aranır.

Kabul edilebilir hız (nper) ise aşağıdaki formülden bulunur.

nper=nr*fp*fv

nr : Katalogda ilgili rulman için verilen referans hız

fp   :P/C0  oranı ve ortalama çapa (dm) göre değişen katsayı (Bkz Diyagram 1)

fv   : P/C0 oranı ve kullanılan yağın viskositesine göre değişen katsayı (Bkz Diyagram 1)   

DİYAGRAM 1

 TABLO 5

                                                                       ŞEKİL 5

 Örnek:

İşletme şartları: Rulman devri N= 6000 rpm

Radyal yük Fr= 5600N,  Eksenel yük Fa=1000N

Seçilmiş rulman SKF 6210 (Bkz Sekil 5)

Katalogdan d=50 mm, D=90 mm, 

C= 37,100N, C0=23,200N, f0 = 14

Referans hız nr= 15,000 rpm

Boşluk: CN normal boşluklu.

Kullanılacak yağ: ISO VG  68

f0 *Fa/C0 = 14*1000/23200 = 0.6

=>  e=0.25, X=0.55, Y=1,7 (Bkz. Tablo5)

Fa/Fr = 1000/5600= 0.178 < e= 0.25 

=> P=Fr=5600N (Bkaz ilgili rulman katalogu)

“Diyagram 1” i kullanabilmek için

P/C0= 5600/23200 =0.24

dm= (d+D) /2 = (50+90)/2= 70mm

Bkz diyagram 1 => fp=0.63, fv=0.85

nper=nr*fp*fv

nper=15000*0.63*0.85 = 8030 rpm > n=6000rpm => Seçilen rulman devri uygun.

Rulmanın maksimum işletme devir sayısının her zaman için kabul edilebilir hız (nper) dan daha düşük olması gerekir. Rulman devrinin referans hızdan fazla olması rulman boşluğunu azaltarak bilya oyuklarında hasara sebeb olur. Diğer bir husus ise rulman devrinin referans hızdan fazla olması iç bilezik ile dış bilezik sıcaklıkları arasındaki farkın artmasına neden olarak rulmanda termal gerilim yaratır. (Not: Dış bilezik sıcaklığı her zaman için iç bilezik sıcaklığından fazladır çünkü bilya veya makaranın dış bileziğe temas noktasındaki çevresel hızı iç bileziğe temas noktasındaki çevresel hızdan daha fazladır.)

                                                                           ŞEKİL 6

Rulmanın referans hızın üstünde çalıştırılabilmesi ancak aşağıdaki şartlar altında mümkündür. Bunlar;

Rulmandaki yağ sirkülasyonun sürekli kontrol edilerek dolaşan yağ miktarını filitreden geçirilerek sürekli temiz ve uygun miktarda tutmak.                                                           (Önemli not: Rulmanlara uygulanan aşırı miktarda yağ sürtünmeyi arttırarak rulmanın ısınmasına ve böylece rulman ömrünün kısalmasına neden olur. Rulmanlarda yağ gereken kadar olmalıdır. Asla fazla değil)

Hava veya su soğutma sistemi ile sirkülasyondaki yağı belli bir sıcaklık aralığında tutmak. Yandaki şekilde yatak yağını sirküle ederek hem filitreden geçirilmesi hemde soğutulmasını sağlayan devre görülmektedir (Bkz. Şekil 6)

2. LİMİT HIZ

Normalde referans hız limit hızdan daha düşüktür. Bu durumda yukarıda örneği verilen hesap yöntemi ile hızın uygunluğu kontrol edilir. Ancak bazı rulmanlarda katalogda verilen limit hız referans hızdan düşüktür. Bu durmda yine yukarıda belirtilen yöntem ile kabul edilebilir maksimum hız (nper) hesaplanır ve limit hızla kıyaslanır. Hangisi daha düşük ise  o değer işletmede kullanılabilecek maksimum hız olarak kabul edilir.