Valutazione dei cuscinetti

Jul 01, 2023

Markus Raabe esplora i metodi di calcolo dei cuscinetti.

I cuscinetti volventi sono componenti importanti all'interno delle trasmissioni. Di solito, vengono selezionati in base a restrizioni geometriche, requisiti sulle direzioni del carico e durata nominale.

La durata nominale viene calcolata per lo più in base alla norma ISO 281 utilizzando un carico equivalente e il coefficiente di carico dinamico del catalogo. Ulteriori fattori di influenza come la lubrificazione e la pulizia possono essere considerati in una valutazione della durata modificata. La valutazione della durata limita il carico massimo. Per quanto riguarda il carico minimo, i cataloghi dei cuscinetti forniscono limitazioni nell'ordine dell'1-2% del coefficiente di carico dinamico o statico poiché lo slittamento può causare usura o striature. Utilizzando un carico equivalente basato sulla norma ISO 281, il disallineamento, il momento del carico o il gioco dei cuscinetti non vengono considerati.

Un approccio più dettagliato per calcolare la durata nominale del cuscinetto è fornito dalla norma ISO/TS 16281. Questa non può essere valutata manualmente poiché si basa sulla distribuzione del carico all'interno del cuscinetto. Considerando la distribuzione del carico è possibile includere ulteriori effetti come disallineamenti, gioco dei cuscinetti o montaggio. L'ampliamento di questo approccio consente di considerare le deformazioni dell'alloggiamento, che influenzeranno anche la distribuzione del carico all'interno del cuscinetto.

Ulteriori valutazioni possono essere effettuate utilizzando la distribuzione del carico basata su un equilibrio quasi statico. Per i cuscinetti a sfere il rischio di troncamento su carichi assiali elevati può essere valutato confrontando l'estensione dell'ellisse di contatto con l'altezza dello spallamento. Il rapporto rotazione-rotolo e l'avanzamento circonferenziale della sfera sono proprietà cinematiche utilizzate per valutare i cuscinetti a sfere ad alta velocità. Per le applicazioni ad alta velocità, la sollecitazione di contatto minima dovrebbe essere sufficiente per evitare scivolamenti. Oltre a valutare la durata, è possibile valutare la massima sollecitazione da contatto, opzione preferita da alcuni settori. Il calcolo della distribuzione del carico sui cuscinetti fornirà anche matrici di rigidità dei cuscinetti che possono essere utilizzate per calcolare le deflessioni o la dinamica del rotore. Per i cuscinetti con angoli di contatto ci sarà un accoppiamento tra deflessioni assiali, radiali e angoli di inclinazione nella matrice di rigidezza.

Per il calcolo della distribuzione del carico sui cuscinetti e della risultante durata nominale di riferimento secondo ISO/TS 16281, sono disponibili diversi programmi, solitamente in combinazione con un calcolo dell'albero in modo da poter rilevare il disallineamento.

Per alcune ulteriori modalità di danno, sono necessari calcoli transitori utilizzando un approccio multicorpo invece di un equilibrio quasi statico. Di solito solo i produttori di cuscinetti effettuano tali valutazioni, che prendono in considerazione le interazioni locali tra gli elementi volventi e le piste o la gabbia.

Gli attuali standard per il calcolo della durata dei cuscinetti presentano ancora alcune carenze. Fig. 1. mostra un esempio di durata nominale di un cuscinetto a contatto angolare con variazione dell'angolo di contatto sotto carico assiale puro costante. Per un angolo di contatto di circa 40° la durata nominale di riferimento secondo ISO/TS 16281 è quasi il doppio della durata nominale secondo ISO 281. Per un angolo di contatto superiore a 45° il cuscinetto è considerato come cuscinetto reggispinta e la durata nominale di riferimento secondo La norma ISO/TS 16281 sarà ridotta di un fattore 2,6. Se si considera un ulteriore disallineamento dovuto alle deflessioni dell'albero per i cuscinetti reggispinta, la durata nominale di riferimento secondo ISO/TS 16281 sarà inferiore alla durata nominale secondo ISO 281.

Markus Raabe è amministratore delegato diMesis