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”).
Cuscinetti volventi: tipi più comuni
Cuscinetti volventi: tipi più comuni
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 volventi: tipi più comuni
Cuscinetti assiali a sfere
Possono sorreggere unicamente carichi assiali.Mal sopportano le spinte centrifughe per cui devono essere usati a velocità relativamente basse.
Cuscinetti volventi: tipi più comuni
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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 volventi: tipi più comuni
Cuscinetti orientabili
I cuscinetti orientabili permettono di compensare effetti di :
Disassamento
Inflessione
Cuscinetti volventi: tipi più comuni
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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 volventi: tipi più comuni
Cuscinetti a rulli conici
Cuscinetti volventi: tipi più comuni
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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
Cuscinetti:configurazioni di montaggio
Configurazione a X
-Minore possibilità di sopportare i momenti ribaltanti
-Aumento del precarico in caso di innalzamento della temperatura
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Cuscinetti:configurazioni di montaggio
Esempi di montaggio dei cuscinetti
CORRETTOCORRETTO NON CORRETTONON CORRETTO
Cuscinetti:configurazioni di montaggio
Esempi di montaggio dei cuscinetti
CORRETTOCORRETTO NON CORRETTONON CORRETTO
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Cuscinetti:configurazioni di montaggio
Esempi di montaggio dei cuscinetti
CORRETTOCORRETTO NON CORRETTONON CORRETTO
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
Cuscinetti volventi: procedure di selezione e verif ica
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
Cuscinetti volventi: procedure di selezione e verif ica
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Cuscinetti rotanti
Cuscinetti volventi: procedure di selezione e verif ica
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
Cuscinetti volventi: procedure di selezione e verif ica
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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Determinazione del coefficiente a2
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 volventi: procedure di selezione e verif ica
Determinazione del coefficiente a3
Cuscinetti rotanti
Cuscinetti volventi: procedure di selezione e verif ica
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Determinazione del coefficiente a3
Cuscinetti rotanti
Cuscinetti volventi: procedure di selezione e verif ica
Cuscinetti rotanti
Cuscinetti volventi: procedure di selezione e verif ica
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
Cuscinetti volventi: procedure di selezione e verif ica
Determinazione del coefficiente ηc
Cuscinetti rotanti
Cuscinetti volventi: procedure di selezione e verif ica
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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
Cuscinetti volventi: procedure di selezione e verif ica
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
Cuscinetti volventi: procedure di selezione e verif ica
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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
Cuscinetti volventi: procedure di selezione e verif ica
Il precarico
ATTENZIONE A NON PRECARICARE TROPPO I CUSCINETTI
Cuscinetti rotanti
Cuscinetti volventi: procedure di selezione e verif ica
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Il precarico
Cuscinetti rotanti
Cuscinetti volventi: procedure di selezione e verif ica
Cuscinetti non rotanti
Cuscinetti volventi: procedure di selezione e verif ica
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