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Guida al Montaggio, Utilizzo e Manutenzione di Snodi Sferici

Guida al Montaggio, Utilizzo e Manutenzione di Snodi Sferici

FISSAGGIO RADIALE DEI CUSCINETTI

Tra la superficie sferica dell’anello interno e quella dell’anello esterno avviene un movimento definito “strisciamento”, ed in base a questo è adeguata la qualità ed il trattamento superficiale del prodotto. Movimenti a strisciamento imprecisi sull’albero o nell’alloggiamento possono provocare danni e guasti a parti della macchina; risulta pertanto importante adeguare gli elementi della struttura di montaggio agli anelli dei cuscinetti. Per ottenere un coefficiente d’attrito superiore a quello del cuscinetto, si possono utilizzare accoppiamenti fissi, che consentono il massimo attrito degli anelli sfruttandone la totale capacità di carico.

Qualora si presentasse la necessità di proteggere gli anelli del cuscinetto da eventuali movimenti di strisciamento indesiderati, è possibile l’utilizzo di dispositivi di bloccaggio assiale.

Nella scelta degli accoppiamenti fissi occorre prestare molta attenzione, potrebbero infatti verificarsi una contrazione dell’anello esterno provocata da un’interferenza tra lo stesso e l’alloggiamento, ed una dilatazione dell’anello interno causata sempre da un’interferenza tra l’albero ed il foro del cuscinetto. Le deformazioni elastiche sopracitate, possono portare ad una diminuzione del giuoco dello snodo sferico. Il giuoco del cuscinetto e l’osculazione delle superfici di strisciamento devono sempre mantenere un rapporto di equilibrio reciproco.

Di seguito (tabella 2 e 3) sono raccomandati i valori d’accoppiamento più idonei per ottenere quanto sopra indicato.

 

 

LAVORAZIONE ED ESECUZIONE DELL’ALLOGGIAMENTO

 

Di seguito (tabella 4 e 5) sono espressi i valori  relativi agli scostamenti possibili per quanto riguarda il foro d’alloggiamento e l’albero.

 

 

QUALITA DELL’ALBERO E DEL FORO DALL’ALLOGGIAMENTO

 

Gli snodi sferici sono normalmente sottoposti a carichi molto elevati, per questo motivo le sedi d’alloggiamento, gli alberi e gli stessi snodi devono essere configurati in modo che le forze trasmesse non causino deformazioni permanenti tali da comprometterne l’utilizzo (C/P ≤ 1,2). Le precisioni di forma delle sedi sono comprese nelle tolleranze dei diversi accoppiamenti indicati. Per quanto riguarda la qualità superficiale, possono essere validi i valori di rugosità sotto riportati ed espressi in μm:

Foro alloggiamento: da Rz 10 a Rz 16

Albero: ≤ Rz 10

 

CONDIZIONI D’ACCOPPIAMENTO

 

Assemblando component i con campi di tolleranza diversi, possono veri! carsi dei fattori di dispersione. In fase di progetto e difficoltoso calcolare dei valori teorici; si puo' comunque tenere in considerazione dei valori medi sulle possibili e reali condizioni d’accoppiamento.

Le moderne tecnologie consentono di costruire prodotti (snodi, alberi e sedi) con tolleranze medie sempre più precise. Le tabelle sotto indicate (tabella 6 e 7), basano i loro dati su accoppiamenti ISO in riferimento alle tolleranze DIN, considerando sempre che anche le dimensioni siano nella tolleranza media.

 

FISSAGGIO ASSIALE DEI CUSCINETTI

 

Durante il funzionamento ed a causa dei carichi, gli snodi sferici, subiscono costanti formazioni elastiche che provocano micromovimenti tra le parti accoppiate. Indipendentemente dagli accoppiamenti fissi, quanto sopra esposto può provocare un graduale spostamento assiale degli anelli del cuscinetto, risolvibile bloccando assialmente gli anelli.

Le sedi dei supporti mobili devono essere progettate in modo che lo spostamento assiale avvenga tra l’albero ed il foro del cuscinetto in cui è montato. Nel caso di snodi sferici con l’anello esterno spaccato assialmente, lo stesso verrà dilatato da una forza assiale applicata, che provoca il passaggio nella sede di riferimento. Attraverso l’utilizzo di anelli di sicurezza, gli snodi possono essere fissati assialmente. Nel caso non sia possibile ricavare delle scanalature sull’albero è opportuno provvedere al bloccaggio del cuscinetto attraverso anelli o astucci distanziatori, che consentono, se disposti in fianco agli anelli del cuscinetto di agire con precarico assiale sulle superfici frontali degli anelli del cuscinetto.

 

UTILIZZO (MONTAGGIO E SMONTAGGIO)

 

Gli snodi sferici, possono essere considerati a tutti gli effetti componenti di elevata precisione, questo perché dall’esperienza dei produttori ISB®, da sempre al fianco dei maggiori costruttori, è emerso nella grande maggioranza dei casi che un montaggio non idoneo dello snodo sferico può portare a fermi macchina e/o rotture spesso molto onerose. Da qui l’esigenza di non manipolare assolutamente il prodotto, pulendolo con liquidi non idonei o anche semplicemente toccando le superfici a mani nude. Si ricorda infatti che il sudore delle mani può essere corrosivo e creare punti di ruggine sulle superfici degli anelli, compromettendone pertanto il corretto utilizzo. L’applicazione precisa dello snodo è il primo presupposto ad un buon funzionamento. Gli spigoli del lato di montaggio dell’albero e dell’alloggiamento dovrebbero essere smussati circa con un angolo compreso tra i 10° ed i 20° questo dovrebbe consentire

risultati apprezzabili in termini di durata del prodotto.

 

In presenza di accoppiamenti fissi e condizioni particolarmente gravose, è consentito oliare leggermente le superfici, dell’albero e della sede d’alloggiamento. Si ricorda che per supporti esenti da manutenzione, il montaggio dovrebbe avvenire senza alcuna lubrificazione. Quando si utilizzano snodi sferici aventi l’anello esterno tagliato, sarebbe indicato che lo spacco venisse posto a 90° (% g. 3) rispetto al carico principale, assicurando che i fori di lubrificazione si trovino nell’area di carico, questo dovrebbe ripartire in maniera più uniforme il liquido lubrificante nella zona di maggior carico. In fase di montaggio dello snodo sferico è indicato l’utilizzo di appropriati strumenti, ad esempio: bussola di montaggio, tubo e pressa idraulica. È sempre meglio evitare colpi diretti sui lati frontali, possibile causa di microdanneggiamenti e malfunzionamento.

 

Nel caso non fosse possibile l’utilizzo di strumenti ordinari, come quelli sopracitati, è possibile il montaggio attraverso tecniche di riscaldamento e di raffreddamento, ma è sempre consigliabile rivolgersi ai produttori ISB® poiché l’applicazione scorretta di queste tecniche potrebbe compromettere definitivamente l’utilizzo dello snodo sferico. La fase di smontaggio dello snodo sferico, può risultare estremamente delicata, in quanto, proprio grazie alla conformazione del prodotto agendo sull’anello da smontare, la resistenza dovuta all’accoppiamento dell’altro anello, crea proprio un effetto di bloccaggio. Per ovviare a questo problema, sarebbe già indicato, in fase di progetto prevedere sulla sede fori filettati per viti di smontaggio o fresature sull’albero per l’utilizzo di strumenti per lo smontaggio.

 

PROTEZIONE DELLA SEDE

 

Per ottenere un funzionamento ed un’usura corretta degli snodi sferici, è fondamentale

l’utilizzo di una protezione da eventuali agenti esterni contaminanti (polvere, umidità ecc…),

applicando un’adeguata tenuta. Esistono diversi criteri per la scelta della tenuta: spazio, movimento radiale, angolo di ribaltamento del cuscinetto, condizioni ambientali ecc.

Una possibilità di tenuta molto semplice ed efficace, può essere data dallo strato di grasso

utilizzato per la lubrificazione.

Con una costante manutenzione, questo tipo di tenuta da ottimi risultati in particolari condizioni

di funzionamento.

Nel caso di applicazioni interne, è sufficiente, montata bilateralmente, la comune tenuta 2RS

costituita da poliuretano. Esistono “tenute speciali” adatte per applicazioni in ambienti con condizioni estreme ($ no a +200 °C). Esternamente è possibile l’utilizzo di semplici tenute in poliuretano elastomero, particolarmente indicate per gli snodi sferici radiali. È

possibile anche l’utilizzo di anelli V, particolarmente indicato in presenza di movimenti ribaltanti

significativi; anelli in plastica con armatura in acciaio ed anelli con labbro antipolvere supplementare.

 

LUBRIFICAZIONE

 

In senso generale, la lubrificazione dei cuscinetti, è senz’altro importante, in quanto porta ad una riduzione dell’attrito, protegge dagli agenti corrosivi esterni e funge da separatore delle superfici di strisciamento. La scelta del lubrificante da utilizzare è determinata da diversi fattori, quali ad esempio: carico, direzione del carico, angolo d’oscillazione, velocità e condizioni

Per applicazioni standard, è indicato utilizzare i comuni lubrificanti presenti in commercio,

anticorrosione, resistenti alla pressione ed a base di sapone di litio con additivi lubrificanti solidi ed EP.

Questi additivi solidi, miscelati con il lubrificante, consentono la perfetta separazione delle superfici di strisciamento anche in caso di elevata pressione superficiale, evitando pertanto la rottura del cuscinetto. Sono adatti i lubrificanti con circa il 3% di MoS2, oppure additivi solidi contenenti calcio e zincofosfato combinati.

 

Per gli snodi con accoppiamento acciaio/bronzo è particolarmente indicato un lubrificante a base di sapone di litio, anticorrosione, idrorepellente e di consistenza normale, che non contenga additivi di MoS2 o altri lubrificanti solidi. La fase iniziale della lubrificazione è molto importante; occorre prestare attenzione alle condizioni tecniche in cui si opera, per ottenere un deterioramento uniforme ed una resa ottimale dello snodo sferico nel tempo.

Per gli snodi sferici con accoppiamento acciaio/acciaio, occorre una regolare lubrificazione; attraverso quest’attività sono eliminati i residui di lubrificante usato e sostituito con quello nuovo, sono espulsi i residui di abrasione e le impurità presenti. La frequenza e gli intervalli di lubrificazione, devono essere valutati attentamente a fronte di diversi fattori, quali: carico, velocità, condizioni d’impiego ecc… in quanto una lubrificazione troppo frequente può

portare anche ad un malfunzionamento dello snodo sferico riducendone la durata.

Gli snodi sferici esenti da manutenzione non devono essere lubrificati, sono pertanto già forniti senza alcun dispositivo di rilubrificazione.  Il processo di scorrimento è agevolato durante il periodo di rodaggio, quando il trasferimento di particelle di PTFE, dall’anello esterno alla superficie di strisciamento dell’anello interno, serve a colmare le eventuali rugosità che potrebbero essere presenti sulla superficie dello stesso anello interno.

Nel caso che gli snodi sferici esenti da manutenzione,fossero lubrificati, verrebbe a meno l’effetto di trasferimento e levigatura, considerando le scarse capacità adesive delle particelle di PTFE su superfici lubrificate.

Tutti i concetti sopra espressi, sono da intendersi validi anche per le teste a snodo.

 

ATTRITO

 

Il fenomeno dell’attrito che si crea durante lo strisciamento di due superfici, può dipendere da diversi fattori, quali ad esempio: l’accoppiamento, il carico, la velocità, le condizioni di lubrificazione e dalla qualità dei materiali delle superfici di strisciamento. Durante la fase di vita dello snodo sferico, i valori d’attrito non sono sempre uguali, infatti nelle fasi iniziali e  finali si rilevano i valori più alti, mentre per uno snodo sferico ben rodato i valori si abbassano sensibilmente. È però opportuno, per ragioni di sicurezza, prendere sempre per riferimento i valori più elevati.

Dalla (tabella 8) sotto riportata, è possibile verificare i coefficienti d’attrito di riferimento per gli snodi sferici.

Qualora i coefficienti di attrito superassero i valori indicati, si verrebbe a generare una maggior usura, aumenti di temperatura ed eventuali inconvenienti nel funzionamento.

 

 

TEMPERATURA

 

L’accoppiamento di  Strisciamento è un elemento che influenza direttamente il livello

di temperatura d’esercizio raggiungibile. Nella tabella seguente (tabella 9) sono espressi i valori

di temperatura raggiungibile dagli snodi sferici in diverse esecuzioni. 

 

Se sono raggiunte temperature d’esercizio elevate, la durata degli snodi sferici diminuisce e

proporzionalmente anche l’efficienza delle tenute. Nei casi in cui non fosse possibile l’applicazione di snodi sferici con tenute, sarebbe indicato utilizzare snodi sferici ai quali applicare in seguito delle tenute dall’esterno o utilizzare lubrificanti, come schermatura, che garantiscano una buona resistenza termica. Se il calore dovesse estendersi attraverso

l’anello interno, questo porterebbe ad un’espansione dello stesso, rendendosi pertanto necessario l’utilizzo di snodi sferici con giuoco maggiorato, ad esempio C3. I tipi di materiali con cui sono costruite le tenute (tabella 10), garantiscono risultati diversi in termini di

resistenza termica, ad esempio:

 

 

CARICO 

Il carico applicato, è sicuramente uno tra gli elementi principali che influenzano la durata e la scelta di uno snodo sferico. Insieme al carico, devono sempre essere considerati altri elementi, come il movimento, la durata e la manutenzione, se prevista. La scelta della dimensione del cuscinetto varia al variare del carico oltre alla direzione ed all’accoppiamento di strisciamento.

In base a tutti gli elementi sopracitati, può essere eseguita la scelta più idonea sul tipo di snodo sferico da utilizzare. Determinato il valore del carico, è possibile, considerando anche questo valore, determinare la durata teorica, a patto che il carico agisca in senso radiale per snodi sferici radiali ed in senso assiale per snodi sferici assiali e che durante il funzionamento, direzione ed entità rimangano invariate.

 

È possibile che gli snodi vengano sollecitati contemporaneamente in direzione radiale ed assiale, è pertanto opportuno indicare un valore P nella formula della durata, che verrà calcolato come segue: 

P = “X” • Fr

P = “Y” • Fa

considerando,

• P: carico dinamico equivalente kN

• Fr: carico radiale kN

• Fa: carico assiale kN

• “X”: fattore di supposto carico assiale, riferito a

snodi sferici radiali

• “Y”: fattore di supposto carico radiale, riferito a

snodi sferici assiali

 

CARICO DINAMICO C 

Si definisce “carico dinamico C” il carico applicato su snodi sferici e/o teste a snodo sottoposte a sollecitazioni dinamiche, in presenza pertanto di movimenti oscillanti, di ribaltamento o di rotazione. L’azione del carico sarà in senso radiale per snodi sferici radiali ed a contatto obliquo e per le teste a snodo, mentre puramente assiale e centrato per snodi sferici assiali. Ogni movimento sulle superfici di strisciamento genera usura ed affaticamento e di questo occorre tenere conto. Le indicazioni dei coefficienti di carico sono spesso legate al produttore e pertanto diventerebbe difficoltoso effettuare confronti con altri prodotti della stessa categoria.          

 

CARICO STATICO C0

 

Si definisce “carico statico C0” il carico massimo applicato sugli snodi sferici o teste a snodo in

presenza di:

• piccoli movimenti di assestamento

• aggiunta di carichi ad urto

• situazioni di staticità.

A temperatura ambiente il carico statico non deve influire sul funzionamento del prodotto in modo tale da non provocare rotture o danneggiamenti sulle superfici di strisciamento. E fondamentale per ottenere una buona durata d’esercizio che il carico sia adatto alle condizioni di funzionamento.

Il carico statico, determina la pressione superficiale sullo snodo sferico. Per determinare tale pressione specifica, si puo adottare la seguente formula:

 

 

Gli snodi sferici, sono stati progettati per resistere ad alti carichi con movimenti di tipo oscillante, ribaltante e rotante. Il movimento oscillante si traduce nello spostamento dei due anelli dello snodo l’uno rispetto all’altro intorno all’asse dello snodo stesso. L’ampiezza di questo movimento e espresso dall’angolo di oscillazione . Il movimento ribaltante, prevede che l’anello interno si muova in senso trasversale rispetto all’anello esterno. Il valore , cioè l’angolo di ribaltamento esprime la separazione degli assi relativi agli anelli. Nel movimento rotante

l’angolo b= 180° poichè il movimento di andata e ritorno corrisponde circa al doppio degli angoli e alfa.  I movimenti principali sono visibili dalla (fig. 4) ed a seconda della tipologia e del numero influenzano direttamente la durata dello snodo sferico.