I CuscinettiI Volventi

Dispensa a cura del Prof. D. Piperis - ITIS “G. Marconi” - Bari - Corso Serale Progetto “Sirio” 1/7

ITIS “G. MARCONI” – BARI

CORSO SERALE PROGETTO SIRIO

A.S. 2009-2010

DISPENSA DI MECCANICA APPLICATA ALLE MACCHINE

N° 6

GLI ORGANI MECCANICI

I cuscinetti volventi


I CUSCINETTI VOLVENTI

I cuscinetti volventi hanno lo scopo di sostituire l'attrito radente con quello

volvente nel montaggio di un albero nella propria sede.

A seconda del modo di funzionare, abbiamo:

□ Rigidi a una corona di sfere

□ Rigidi a due corone di sfere

□ Orientabili a sfere

Cuscinetti radiali □ Orientabili a rulli

□ A rulli cilindrici

□ A rulli cilindrici a doppia corona

□ A rullini

□ A una corona di sfere

Cuscinetti obliqui □ A due corone di sfere

□ A rulli conici

□ A sfere a semplice effetto


Cuscinetti assiali □ A sfere a doppio effetto

□ A rulli cilindrici

I cuscinetti radiali sopportano solo carichi diretti radialmente:

Anello esterno

Orlo

Anello interno

F

I cuscinetti radiali rigidi a sfere sopportano anche spinte assiali e possono

sostituire in molte applicazioni i cuscinetti assiali.

I cuscinetti orientabili consentono un leggero disassamento dell'albero

rispetto alla sua sede e possono sopportare piccole spinte assiali.

I cuscinetti obliqui possono sopportare invece carichi di notevole entità

diretti secondo una qualsiasi direzione; quelli ad una corona di sfere e quelli a

rulli conici, quando sopportano solo carichi radiali devono essere disposti a

coppia con disposizione a X o ad O ( nel primo caso le rette dei contatti sono

convergenti, mentre nel secondo caso sono divergenti):

Disposizione a X Disposizione a O


Queste disposizioni servono per resistere alle spinte assiali che si

manifestano per l'obliquità delle rette di contatto.

I cuscinetti assiali sopportano solo spinte assiali. Quelli a semplice effetto

sopportano le spinte dirette solo in un senso, quelli a doppio effetto sopportano

spinte dirette anche in senso opposto:

Le ralle esterne di questi cuscinetti possono avere una sede di appoggio

piana o sferica e quest'ultima, accoppiata con una sede di appoggio sferica,

consente leggeri disassamenti.

I montaggi possono essere di due tipi:

- isostatico corrispondente allo schema

F

Gli anelli sono

sfilabili.

Ralla per albero (o interna)

Ralla per alloggiamento (o esterna)

Ralla interna

Ralla esterna

Ralla esterna


- iperstatico corrispondente allo schema

Lo schema isostatico si adotta quando occorre consentire la dilatazione assiale

dell'albero per effetto di fenomeni termici.

La cerniera fissa può essere ottenuta mediante gli spallamenti che bloccano

assialmente gli anelli, la cerniera mobile, invece, può essere ottenuta fissando

solo l'anello interno o quello esterno.

Inoltre, la cerniera può essere realizzata mediante cuscinetti di tipo rigido

oppure utilizzando due cuscinetti obliqui con disposizione a X o ad O.

Per quanto riguarda le tolleranze dimensionali, le qualità di lavorazione vanno

da 5 a 13 nei casi più comuni.

Quello che interessa di un cuscinetto è soprattutto la sua durata sotto assegnate

condizioni di carico. Allo scopo si distinguono due tipi di funzionamento:

dinamico: quando durante l'esercizio il cuscinetto ruota in modo continuo

statico: se invece il cuscinetto è fermo.

CASO DINAMICO

Prove statistiche hanno dimostrato che nel 90% dei cuscinetti di ciascun

campione si ha la seguente relazione di "durata teorica":

L = (C/P)P

(milioni di giri )

in cui: C= coefficiente di carico dinamico in N

P = carico dinamico equivalente in N

p = 3 per cuscinetti a sfere e 10/3 per cuscinetti a rulli

la durata si può esprimere anche in ore.

Lh = 106 · L/60·n (ore)

in cui: n = giri al minuto

Il carico C dipende dal tipo di cuscinetto ed esprime il carico sotto l'azione

del quale il 90% dei cuscinetti di un certo tipo raggiunge o supera un milione

di giri prima che compaiano segni di logoramento.

Il carico C ha direzione radiale per cuscinetti radiali e assiale per cuscinetti

assiali ed è tabellato in funzione del tipo di cuscinetto.

Il carico P è il carico ipotetico, d'intensità costante e retta d'azione fissa

avente direzione puramente radiale (per cuscinetti radiali e obliqui) o


puramente assiale ( per cuscinetti assiali), sotto la cui azione il cuscinetto

avrebbe la stessa durata che in realtà raggiunge per effetto del carico

gravante su di esso.

Il rapporto C/P è chiamato rapporto di carico e deve essere inteso come

rapporto tra due forze aventi la stessa retta d'azione.

Il carico P si determina mediante la equazione seguente:

P = X · Fr + Y · Fa (N)

in cui: Fr = componente radiale del carico in N

Fa = componente assiale del carico in N

X = coefficiente radiale (tabellato)

Y = coefficiente assiale (tabellato)

Se i carichi effettivamente agenti sui cuscinetti sono puramente radiali o

assiali, allora P= Fr oppure P= Fa e i carichi che i cuscinetti possono sopportare si

ottengono dalla equazione della durata:

Fa (Fr) = C/(L)1/p

(N)

Se ci sono vibrazioni occorre moltiplicare P per un coefficiente compreso

tra 1 e 3.

I coefficienti X e Y sono coefficienti tabellati in funzione del tipo di

cuscinetto e del rapporto Fa/Fr .

Il rapporto Fa/Fr deve essere confrontato con un altro coefficiente

numerico tabellato "e" prima di scegliere i valori di X e Y.

CASO STATICO

In questo caso non si possono applicare i metodi visti sopra. Il calcolo si fa

paragonando il carico esterno con il carico C0 (carico statico) riportate nelle

tabelle a fianco di ogni cuscinetto e stabilendo per ogni applicazione un

opportuno fattore di sicurezza s0. Il carico C0 è definito come quel carico che

determina una deformazione permanente nel punto di contatto più sollecitato,

pari a 1/10000 del diametro del corpo volvente.

Il carico C0 si determina nel modo seguente:

P0 = X0 · Fr + Y0 · Fa (N)

in cui: Fr = componente radiale del carico in N


Fa = componente assiale del carico in N

X0 = coefficiente radiale (tabellato)

Y0 = coefficiente assiale (tabellato)

si sceglie s0 e si pone:

C0 = s0 · P0

e dalle tabelle si sceglie un cuscinetto che abbia un C0 uguale o poco superiore a

quello determinato analiticamente.

Se P0 < Fr si assume P0 = Fr.

ESERCIZI

1) Calcolare la durata in ore del cuscinetto 6408, soggetto ad un carico radiale

fisso di 5000 N e ad un carico assiale fisso di 1000 N, supponendo che l'anello

esterno ruoti a 1000 giri/1' (anello interno fisso).

Dal manuale SKF: C = 49000 N; C0 = 36500 N

Fa/C0 = 1000/36500 = 0.027 → e = 0.223

Fa/Fr = 1000/5000 = 0.2 → X=1; Y=0

P = X · Fr + Y · Fa = 5000 N

L = (C/P)P

= 49000/50003 = 941

(milioni di giri )

Lh = 106 · L/60·n = 10

6 · 941/60· 1000 = 15683 (ore)

2) Calcolare la durata in ore del cuscinetto radiale orientabile a rulli 22315 C

soggetto ad un carico radiale fisso di 25000 N e contemporaneamente ad un

carico assiale di 16000 N, supponendo che l'anello esterno ruoti a 200 giri/1'.

Dal manuale SKF: C = 30500 N; e = 0.35

Fa/Fr = 16000/25000 = 0.64 > e → X= 0.67; Y= 2.9

P = X · Fr + Y · Fa = 0.67 ·25000 + 2.9 ·16000 = 63150 N

L = (C/P)P

= 30500/6315010/3

= 190

(milioni di giri )

Lh = 106 · L/60·n = 10

6 · 190/60 · 200 = 15833 (ore)

I CuscinettiI Volventi

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