Cuscinetti volventi [modalit compatibilit ] · - hanno un basso coefficiente d’attrito...

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La storia

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La storia

Primordiale sistema per la produzione di sfere in pietra 1683

La storia

Prima macchina rettificatrice per sfere progettata da FriedrichFischer nel 1883

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La funzione dei cuscinetti a strisciamento e a rotolamento è quella di interporsi tra organi di macchina in rotazione reciproca.Questi elementi possono essere opportunamente combinati per vincolare in vario modo le parti mobili di un meccanismo per realizzare i vicoli di cerniera, carrello, incastro e nodo sferico, oltre che per consentirne la rotazione relativa.In particolare, i cuscinetti a rotolamento (o cuscinetti volventi) sono realizzati in numerosissime varianti standardizzate tali da soddisfare la maggior parte delle esigenze costruttive attraverso una semplice selezione da catalogo.

Cuscinetti a strisciamento e a rotolamento

Cuscinetti a strisciamento e a rotolamento

Le classi dei cuscinetti a strisciamento e a rotolamento possono essere confrontate elencando le caratteristiche per cui ciascuna tipologia prevale sull’atra.

Cuscinetti a strisciamento:

- sono più silenziosi- assorbono meglio vibrazioni e urti- hanno minore ingombro radiale- hanno una maggiore facilità di montaggio- sono meno costosi

Cuscinetti volventi:

- hanno un basso coefficiente d’attrito all’avviamento- il coefficiente d’attrito è poco dipendente dalla velocità- non richiedono rodaggio- hanno generalmente un minore ingombro assiale- sono svincolati dal materiale con cui è realizzato l’albero- sono più costosi rispetto ai cuscinetti a strisciamento- richiedono una minima manutenzione- sono fabbricati in serie (dimensioni unificate, controllo qualità, ecc.)

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Principalmente si fa riferimento a:

• Il tipo di elemento volvente: SFERE, RULLI o RULLINI

• La direzione del carico: RADIALE , OBLIQUA o ASSIALE

• La orientabilità relativa degli anelli: RIGIDI, ORIENTABILI

• Il numero delle corone di sfere o rulli: UNA o DUE

Cuscinetti volventi: classificazione

Esistono poi numerose esecuzioni speciali per soddisfare casi particolari.

I cuscinetti volventi sono classificati secondo le loro caratteristiche costruttive e le loro modalità di funzionamento:

Anello esterno

Anello interno

Gabbia

Elementi volventi

Cuscinetti radiali rigidi a una corona di sfere

Sono il modello più utilizzato. Possono sopportare sia carichiradiali che assiali (Fass <= 0.5 Frad).

Cuscinetti volventi: tipi più comuni

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Cuscinetti radiali rigidi a rulli

Sopportano carichi radiali maggiori di quelli a sfere di uguali dimensioni ma solo piccoli carichi assiali (nulli per le esecuzioni “sfilabili”).



Confronto rigidezze

Andando a graficare la deformazione rispetto al carico è possibile vedere che la deformazione minore risulta essere quella della coppia rullino-piano

µm

Sfera d=9mm

Rullo d=9mm

Rullini=3 da 3mm

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Cuscinetti obliqui a sfere

Possono sopportare carichi cospicui sia in direzione radiale che assiale. Sono montati sempre a coppie con orientamento contrapposto secondo le configurazioni a “X” od a “O” (più rigida).


Cuscinetti assiali a sfere

Possono sorreggere unicamente carichi assiali.Mal sopportano le spinte centrifughe per cui devono essere usati a velocità relativamente basse.


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Cuscinetti radiali orientabili a rulli

Hanno una grande versatilità di utilizzo. In particolare sono adatti a sopportare elevatissimi carichi radiali.


Cuscinetti orientabili

I cuscinetti orientabili permettono di compensare effetti di :

Disassamento

Inflessione


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Cuscinetti a rulli conici

Sono per l’impiego analoghi ai cuscinetti obliqui a sfere ma hanno una superiore capacità di carico e un minore ingombro radiale.


Cuscinetti a rulli conici


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Configurazione a O

Cuscinetti:configurazioni di montaggio

-Possibilità di sopportare maggiormente i momenti ribaltanti

-Diminuzione del precarico in caso di aumento della temperatura


Configurazione a X

-Minore possibilità di sopportare i momenti ribaltanti

-Aumento del precarico in caso di innalzamento della temperatura

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Esempi di montaggio dei cuscinetti

CORRETTOCORRETTO NON CORRETTONON CORRETTO




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I cuscinetti volventi rotanti sono organi meccanici sollecitati a fatica.Pertanto il loro progetto deve essere fatto sulla base del numero di cicli(rotazioni) che devono sopportare.Il danneggiamento a cui sono soggette le piste e le sfere dei cuscinetti(fatica superficiale) non presenta una chiara transizione tra vita finita evita infinita, per cui essi devono essere sempre dimensionati a vita finitaanche per durate richieste di molte decine di milioni di cicli.

La relazione di base tra carico e durata per la verifica ed il progetto è una relazione lineare sul piano doppio-logaritmico del tipo:

costNm =σ

Cuscinetti rotanti

Cuscinetti volventi: procedure di selezione e verif ica

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In particolare i costruttori di cuscinetti suggeriscono di usare la legge lineare citata nella seguente forma:

p

P

CL

=10

In cui:

L10 = durata in milioni di cicli

C = coefficiente di carico dinamico in Newton (da catalogo)

P = carico equivalente

p = (esponente) vale 3 per i cuscinetti a sfere e 10/3 per quelli a rulli

Cuscinetti rotanti


Durata (cicli)

Car

ico

106

C

-1/p

Il coefficiente di carico dinamico C rappresenta il carico equivalente per la durata convenzionale di un milione di cicli riferito ad una probabilità di sopravvivenza del 90%.Ne segue che in molti casi non è necessario introdurre un ulteriore coefficiente di sicurezza sui carichi.

Il carico equivalente P si ricava dalle componenti (radiale ed assiale) del carico

applicato F con la formula:

assrad FYFXP +=In cui i coefficienti della combinazione X e Y sono tabellati sui cataloghi e dipendono dal tipo di cuscinetto e dal rapporto tra Fass/Frad. Ad esempio, per i cuscinetti radiali a sfere con prevalente carico radiale, X è

uguale a 1 e Y è nullo, per cui P = Frad

Cuscinetti rotanti


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Cuscinetti rotanti


p

na P

CaaaL

= 321

Formula durata di base corretta

a1 = fattore correttivo della durata relativo all`affidabilità

a2 = fattore correttivo della durata relativo al tipo di materiale

a3 = fattore correttivo della durata relativo alle condizioni di funzionamento

Determinazione del coefficiente a1

Cuscinetti rotanti


Affidabilità % Lna a1

90 L10a 1

95 L5a 0,62

96 L4a 0,53

97 L3a 0,44

98 L2a 0,33

99 L1a 0,21

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Generalmente utilizzando materiali standard si pone uguale a 1

Nel caso si utilizzino materiali speciali assume valori maggiori di 1, queste informazioni vengono fornite generalmente dal costruttore

Cuscinetti rotanti



Cuscinetti rotanti


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Cuscinetti rotanti


Cuscinetti rotanti


p

dinna P

CaaL

= 1

Formula durata di base corretta (formulazione alternativa)

a1 = fattore correttivo della durata relativo all`affidabilità

adin = fattore correttivo della durata relativo totale

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Determinazione del coefficiente adin

Cuscinetti rotanti


Determinazione del coefficiente ηc

Cuscinetti rotanti


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Il carico minimo

Per poter garantire un soddisfacente funzionamento del cuscinetto ènecessario che questa venga fatto funzionare con un carico minimo.

In mancanza di questo carico minimo si possono verificare degli strisciamenti che risultano essere deleteri per quanto riguarda la vita del cuscinetto stesso

Cuscinetti rotanti


Strisciamento

Il danneggiamento dovuto allo strisciamento fa si che la lubrificazione in quel punto non sia più efficace innescando un fenomeno di danneggiamento progressivo che crea un innalzamento della temperatura un aumento di vibrazioni e un aumento della rumorosità.

Il carico minimo

Esistono diverse formulazioni per calcolare il carico minimo una di queste risulta essere:

Cuscinetti rotanti


232

1001000

= mrrm

dnkF

ν

kr = fattore di carico minimo

ν = viscosità dell`olio alla temperatura di funzionamento

n = velocità di rotazione in giri/minuto

dm = diametro medio del cuscinetto

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Il precarico

Alcune applicazioni per poter funzionare in modo corretto hanno bisogno di un precarico. Il precarico ha diverse funzioni tra cui:

-raggiungimento del carico minimo-aumento della rigidezza-minore rumorosità -compensazione dell`usura e degli assestamenti di funzionamento -aumento della durata di esercizio

Questo può essere ottenuto mediante interferenza, utilizzo di molle, o di organi meccanici adatti allo scopo.

Cuscinetti rotanti


Il precarico

ATTENZIONE A NON PRECARICARE TROPPO I CUSCINETTI

Cuscinetti rotanti


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Il precarico

Cuscinetti rotanti


Cuscinetti non rotanti


Carichi statici eccessivi possono danneggiare i cuscinetti volventi nel senso che una elevata pressione di contatto tra elementi volventi ed anelli può dar luogo a deformazioni permanenti (brinelling) che possono essere fonte di rumore e vibrazioni quando il cuscinetto è in rotazione.

La relazione di verifica è data dalla formula:

In cui:

C0 = coefficiente di carico statico in Newton (da catalogo)

P0 = carico statico equivalente è calcolabile come:

assrad FYFXP 000 ++++====

00 CP ≤≤≤≤

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Cuscinetti volventi: il catalogo

Cuscinetti volventi: il catalogo

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Cuscinetti volventi: esercizio 1

Nella figura a lato è rappresentato un riduttore di velocità formato da due coppie uguali di ruote dentate a denti elicoidali. Il pignone di destra trasmette il moto

secondo il verso indicato.Nell’ipotesi che solo il cuscinetto di destra sia in grado di opporsi a carichi

assiali, si calcolino le forze agenti sui cuscinetti.Si scelgano inoltre i cuscinetti adatti a per una durata

minima di 100 milioni di giri.DATI:

P = 9 kW (Potenza trasmessa)tau = 0.5 (Rapporto di trasmissione di ognuna delle

due coppie di ruote dentate)n = 2000 rpm (Velocità angolare del pignone)

a = 40 b = 60

alfa = 20°(Angolo dell’elica del dente)D1 = 60 mm (Diametro del pignone)

Theta n= 20°

a a b

D1

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