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Guida alla scelta di cuscinetti ISB

Guida alla scelta di cuscinetti ISB

SCELTA DEL CUSCINETTO

La scelta del cuscinetto e dettata principalmente dalle caratteristiche di dimensione e di carico a cui il cuscinetto e soggetto. Le dimensioni ed il carico sono spesso vincolate al progetto della macchina nel suo insieme e conseguentemente in molti casi la scelta e limitata a ristrette tipologie.

Non esistono regole o tabelle precise, ma normalmente il cuscinetto a sfere sopporta velocità elevate e carichi ridotti, mentre il cuscinetto a rulli sopporta carichi più elevati ma velocità inferiori.

I limiti di velocità di un cuscinetto volvente sono determinati dalla temperatura di funzionamento. Nella scelta del cuscinetto è importante conoscere e considerare i seguenti parametri:

-           gravosità di esercizio;

-           esigenze di durata della macchina;

-           limiti di ingombro del cuscinetto;

-           fattori negativi (vibrazioni, urti, calore, sporcizia, rumore

 accettabile, ecc.).

SCELTA DELLE DIMENSIONI DEI CUSCINETTI

Le dimensioni di un cuscinetto vengono scelte considerando le condizioni di carico alle quali verranno sottoposti, la durata nominale di esercizio ed i prescritti parametri di sicurezza d'esercizio.

 

COEFFICIENTE DI CARICO DINAMICO DI RIFERIMENTO

 

Per calcolare le dimensioni dei cuscinetti volventi viene adottato il coefficiente di classificazione del carico dinamico di riferimento C. Tale parametro esprime il carico massimo ammissibile del cuscinetto atto a fornire una durata a fatica nominale pari ad 1.000.000 di giri. I coefficienti di carico dinamico di riferimento dei cuscinetti ISB® sono stati determinati in conformità alle norme ISO 281. Tenendo in considerazione i coefficienti di carico dinamico di riferimento, viene calcolato

il tempo di servizio necessario alla comparsa di segni di fatica dei materiali, determinando su tale base la durata teorica. In caso di basse velocità di rotolamento, di ridotti movimenti oscillanti o nelle applicazioni stazionarie, viene tenuto in considerazione il coefficiente di carico statico di riferimento C0. Il coefficiente di carico statico di riferimento viene definito come il carico esplicatosi sul cuscinetto stazionario. Corrisponde ad una sollecitazione di contatto calcolata tra il corpo volvente maggiormente caricato e la pista di rotolamento, pari a:

 - 4600 N/mm2 per i cuscinetti radiali orientabili a sfere.

-  4200 N/mm2 per gli altri cuscinetti a sfere.

-4000 N/mm2 per tutti i cuscinetti a rulli.

 

Tale sollecitazione induce ad una deformazione permanente del corpo volvente e della pista di rotolamento, pari a circa 1/10000 (0,0001 dw) del diametro del corpo volvente. I carichi sono di tipo semplice e radiali, per i cuscinetti radiali, di tipo semplice e assiali, per i cuscinetti assiali.

 

COEFFICIENTE DI CARICO STATICO

 

Quando il cuscinetto è stazionario o sottoposto a rotazioni o oscillazioni particolarmente lente (inferiori a 10 giri/minuto), il coefficiente di carico statico non verrà determinato in funzione alla fatica del materiale, ma in base alla deformazione permanente indotta in corrispondenza del

punto di contatto tra il corpo volvente e la pista di rotolamento.

Questo vale anche per i cuscinetti volventi sottoposti ad ingenti carichi d'urto che si esplichino nel corso di una frazione di giro. In genere, il valore di carico potrà aumentare sino ad equivalere al coefficiente di carico statico C0 senza alterare le caratteristiche operative del cuscinetto. Si dovrà

convertire in carico statico equivalente il carico statico combinato (carico radiale ed assiale agenti simultaneamente). Questo viene definito come il carico (radiale per i cuscinetti radiali e assiale per i cuscinetti assiali) che, se applicato, causerebbe nel cuscinetto la stessa deformazione permanente inducibile da reali condizioni di carico.

Il carico statico equivalente viene dato dalla formula:

 

P0 = X0 Fr + Y0 Fa

 

dove:

P0 consiste nel carico statico equivalente, espresso in N;

Fr rappresenta la componente radiale del carico

statico di entità maggiore, espressa in N;

Fa rappresenta la componente assiale del carico

statico di entità maggiore, espressa in N;

X0 rappresenta il fattore di carico radiale;

Y0 rappresenta il fattore di carico assiale.

 

DURATA DEI CUSCINETTI

 

La durata dei cuscinetti volventi viene definita come il numero di giri, o di ore di funzionamento, che il cuscinetto è in grado di sopportare prima che compaiano i primi segni di fatica su uno dei suoi anelli, o sulla pista di rotolamento o sugli elementi volventi. Ove si voglia tenere in considerazione solamente la fatica nelle superfici di lavoro del cuscinetto, si dovranno osservare le seguenti condizioni:

-          Le forze e le velocità tenute in considerazione per la valutazione del cuscinetto dovranno corrispondere a  quelle esplicantesi alle reali condizioni di esercizio.

-           Durante l'intero periodo di esercizio dovrà essere assicurata un'adeguata lubrificazione.

-          L'esperienza dimostra come il cedimento di molti cuscinetti  sia da attribuirsi a cause diverse dalla fatica,  quali: scelta di un cuscinetto di tipo inadeguato, difetti di  funzionamento o di lubrificazione, presenza di particelle estranee nel cuscinetto, od altro.

 

DURATA A FATICA NOMINALE

 

La durata a fatica nominale di un singolo cuscinetto, o di una campionatura di cuscinetti identici e operanti a identiche condizioni di esercizio, consiste nella durata di esercizio pari almeno ad un grado di affidabilità del 90%. La durata media di un gruppo di cuscinetti è di molto superiore

alla durata nominale. La durata a fatica nominale è espressa con L10 (milioni di giri) o L10h (ore di esercizio). Il valore L10 potrà essere calcolato avvalendosi dell'equazione:

 

L10 =(C/P)p

 

dove:

L10 corrispondente alla durata a fatica nominale,

espressa in milioni di giri;

C corrispondente al carico dinamico del cuscinetto,

espresso in N;

P corrispondente al carico dinamico equivalente

sul cuscinetto, espresso in N;

p corrispondente all'esponente di durata

 

dell'equazione, con i seguenti valori:

P=3 per i cuscinetti a sfere.

P=10/3 per i cuscinetti a rulli Per i cuscinetti che operino a velocità costante, la durata a fatica nominale, espressa in ore di funzionamento, potrà essere calcolata con la presente equazione:

 

L10h =(1.000.000 / n · 60) · (C / P)p

 

n corrispondente alla velocità rotativa, espressa in giri/minuto.

 

La tabella 1 riporta i valori relativi alla durata a fatica nominale L10 (in milioni di giri) in funzione al rapporto C/P. Le tabella 1.1 e 1.2 riportano, rispettivamente per i cuscinetti a sfere e per i cuscinetti a rulli, i valori relativi alla durata a fatica nominale L10h (in ore di esercizio), in funzione al rapporto C/P ed alla velocità. Nella determinazione delle dimensioni del cuscinetto e necessario basare i calcoli sulla durata a fatica nominale corrispondente all'effettivo impiego. Di solito questo dipende dal tipo di macchina, dalla durata richiesta e dai requisiti inerenti la sicurezza di funzionamento.

 

LIMITE DI VELOCITÀ

 

Il limite di velocità può essere definito come la velocità di rotazione più elevata che un cuscinetto può raggiungere in funzione all’impiego, senza comprometterne le prestazioni e la durata. Il limite di velocità dei cuscinetti dipende da svariati fattori, quali: tipo di cuscinetto, entità di carico, classe

di tolleranza, configurazione della gabbia, giuoco di lavoro, lubrificante, condizioni di lubrificazione e di raffreddamento, ecc. In caso di lubrificazione a olio, il limite di velocità potrà essere  approssimativamente determinato, per i cuscinetti radiali, in funzione al diametro medio del cuscinetto, e, per i cuscinetti assiali, in funzione al diametro e al carico di montaggio del cuscinetto. Nelle tabelle dei dati caratteristici vengono forniti i limiti di velocità riferiti sia alla lubrificazione con olio che con grasso. Ove non siano su"scientemente note le condizioni operative dei cuscinetti e la qualità del lubrificante, si raccomanda che la velocità effettiva non superi il  75%dei valori di velocità forniti nel presente catalogo. In caso di carichi di forte entità, di durata nominale inferiore alle 75000 ore di esercizio e di cuscinetti a diametro medio superiore a 100 mm, i valori di velocità forniti dal catalogo dovranno essere moltiplicati per il fattore f. In caso di carico combinato, i valori di velocità forniti dal catalogo dovranno essere moltiplicati per il fattore f1.

 

CASI SPECIALI  BASSE VELOCITÀ

A velocità notevolmente ridotte non si potrà formare la pellicola di lubrificante elastodinamico tra le superfici a contatto del corpo volvente e della pista di scorrimento. In tal caso, si dovranno impiegare lubrificanti provvisti di determinati additivi.

 

CONDIZIONI STAZIONARIE

 

Nel caso in cui, in seguito al protrarsi di condizioni stazionarie, i cuscinetti volventi tendano a vibrare, i micromovimenti che si verificano in corrispondenza delle superfici di contatto tra l’elemento volvente e la pista di scorrimento potrebbero danneggiare queste ultime, con un conseguente aumento di livello delle vibrazioni e compromissione della durata operativa. Risulta inoltre preferibile la lubrificazione ad olio rispetto a quella a grasso.