Progettazione e ingegneria
Al centro di Aubearing c'è la nostra capacità di lavorare con i clienti per perseguire progetti e applicazioni unici e per fornire soluzioni innovative ed economicamente vantaggiose. Basandosi su anni di conoscenza applicativa e strumentazione di precisione, il nostro staff tecnico vanta decenni di esperienza pratica in centinaia di applicazioni e settori diversi, tra cui medicale, robotica, attrezzature minerarie, attrezzatura agricola, settore automobilistico, Moto, biciclette, macchinari di ingegneria, attrezzature per movimento terra, silvicoltura, imballaggi, apparecchiature per il trattamento dell'acqua, apparecchiature per la stampa e , consentendo loro di personalizzare la progettazione ottimale dei cuscinetti e soluzioni ingegneristiche per applicazioni specifiche.
Insieme possiamo produrre i migliori cuscinetti per le vostre rigorose specifiche, spesso con tolleranze misurate in milionesimi di pollice. Vi invitiamo a visitare le nostre strutture e cogliamo con favore l'opportunità di visitare le vostre, nel tentativo di fornire soluzioni per ogni vostra esigenza.
Il laboratorio tecnologico interno di Aubearing
Il nostro laboratorio tecnico è dotato di strumenti di precisione avanzati e software di valutazione avanzati (non limitati all'uso, inclusi Solid Works, AutoCAD), in grado di valutare in modo rapido ed efficace le applicazioni dei cuscinetti. L’esclusivo “Sistema di analisi Aubearing” valuta i cuscinetti da molteplici prospettive. I nostri ingegneri progettisti ottimizzano attentamente i profili delle piste per massimizzare i coefficienti di carico, i limiti di velocità e la durata a fatica. Particolare attenzione è stata data al "Design for Manufacture" per garantire una sollecitazione residua ottimale della pista per prestazioni superiori. Allo stesso tempo, molte applicazioni si svolgono in ambienti polverosi e contaminati, quindi anche le tenute dei cuscinetti sono considerate utili per prevenire la contaminazione.
Risparmia sui costi di produzione
Circa il 70% dei costi di produzione dei cuscinetti (costi dei materiali, costi degli utensili e costi di assemblaggio) sono determinati da decisioni di progettazione, mentre il restante 30% dei costi costituisce decisioni di produzione come la pianificazione del processo o la selezione delle macchine utensili. Il nostro obiettivo è ottimizzare i cuscinetti personalizzati affinché siano economicamente vantaggiosi nella produzione, nell'assemblaggio e nella manutenzione, pur mantenendo un'elevata qualità. Aubearing può consigliare dimensioni dei cuscinetti, elementi volventi, durezza, configurazione degli ingranaggi, ecc. e produce cuscinetti di dimensioni che vanno da 200 mm di diametro interno a 6,000 mm di diametro esterno per soddisfare le vostre esigenze di carico, dimensioni, rotazione e ciclo di vita.
Termini e calcoli relativi ai cuscinetti che ogni progettista dovrebbe conoscere
I cuscinetti si trovano praticamente in ogni gruppo rotante di apparecchiature e applicazioni di trasmissione di potenza. Producono un movimento rotatorio regolare e riducono l'attrito e l'usura. Se dimensionati e utilizzati correttamente, la maggior parte dei cuscinetti funzionerà per molti anni senza richiedere la sostituzione.
Cuscinetto rotante è un termine ampio che comprende cuscinetti a strisciamento, cuscinetti idrostatici e idrodinamici, cuscinetti magnetici e cuscinetti volventi. I cuscinetti volventi possono essere ulteriormente suddivisi per tipo di elemento volvente: sfere, rulli e rullini. Ogni ingegnere progettista meccanico che incorpora cuscinetti a sfere o a rulli nel proprio assemblaggio dovrebbe avere familiarità con i calcoli relativi alla durata e al carico dei cuscinetti. La conoscenza di queste formule di base aiuterà a garantire un design robusto e ottimizzato per una lunga durata.
Sopportare la vita
La durata del cuscinetto (L) è definita come il numero di ore in cui il cuscinetto può funzionare a una data velocità costante prima che mostri i primi segni di fatica nel materiale dell'anello del cuscinetto o di uno qualsiasi degli elementi volventi.
La durata nominale del cuscinetto (L10) è la durata in ore a una velocità costante specifica che il 90% di un gruppo di cuscinetti apparentemente identici completerà o supererà. La durata nominale si riferisce anche alla durata di un singolo cuscinetto associata ad un'affidabilità del 90%. La durata nominale dei cuscinetti che funzionano a velocità costante può anche essere espressa in ore e viene denominata L10h. Le unità per la durata nominale sono in milioni di giri (106 giri).
Valori di carico dei cuscinetti
Il carico d'appoggio è espresso con termini diversi, ciascuno con una definizione unica. I carichi statici si riferiscono ai carichi su un cuscinetto non rotante.
Il coefficiente di carico di base (CB) è un carico costante calcolato per i cuscinetti a contatto radiale e angolare. È il carico che un gruppo di cuscinetti apparentemente identici può sopportare per un milione di giri dell'anello interno mentre l'anello esterno è mantenuto fermo. Le unità per il coefficiente di carico di base sono libbre (lb) o Newton (N).
Il coefficiente di carico statico di base (Co) è il carico radiale su un cuscinetto non rotante corrispondente a una sollecitazione di contatto calcolata nel punto di contatto più caricato tra l'elemento volvente e la pista che produce una deformazione permanente totale dell'elemento volvente e della pista di 0.0001 del diametro dell'elemento volvente. Le unità per il coefficiente di carico statico di base sono libbre (lb) o Newton (N).
Il carico statico equivalente (Po) è un carico radiale statico calcolato. È definito come il carico che causerebbe la stessa deformazione permanente totale sul contatto tra elemento volvente e pista più sollecitato di quella che si verifica nelle condizioni di carico effettive. Le unità per il coefficiente di carico statico equivalente sono libbre (lb) o Newton (N).
Il coefficiente di carico dinamico di base (C) è il carico radiale costante calcolato che un gruppo di cuscinetti apparentemente identici con un anello esterno stazionario può sopportare statisticamente un milione di giri dell'anello interno. Le unità per il coefficiente di carico dinamico di base sono libbre (lb) o Newton (N).
Il carico dinamico equivalente (P) è uno dei fattori utilizzati nelle equazioni sulla durata dei cuscinetti. Si tratta di un carico radiale ipotetico e costante, che ha lo stesso impatto sulla durata del cuscinetto di quello che si verifica nelle condizioni di carico effettive. Le unità per il coefficiente di carico dinamico equivalente sono libbre (lb) o Newton (N).
calcoli
La durata del cuscinetto (L10) può essere calcolata con la seguente formula. Le variabili richieste sono il coefficiente di carico dinamico di base (C) e il carico dinamico equivalente del cuscinetto (P).
L10 = (C/P)3
L10 = durata nominale (106giri); C = coefficiente di carico dinamico di base (lb o N); P = carico dinamico equivalente (lb o N)
Per convertire da giri a ore dividere per la velocità (rpm).
L10hrs = (C/P)3 x[(106giri) / (N giri x 60min/ora)] = 16667/N x (C/P)3
N = velocità (rpm)
1. P = VFr
2. P = XVFr +YFa
P = carico dinamico equivalente; V = fattore di rotazione; X = fattore radiale; Y = fattore di spinta; Fr = carico radiale; Fa = carico assiale
Quando il diametro esterno del cuscinetto (OD) è uguale o inferiore a 0.625 pollici, è possibile utilizzare i seguenti valori: X = 0.56, Y = 2.10 ed e = 0.16. Per cuscinetti con diametro superiore a 0.625 pollici, fare riferimento alla tabella seguente. Il fattore “e”, riportato nell'ultima colonna della tabella sottostante, rappresenta il rapporto Fa/VFr. Se Fa /VFr < e, viene utilizzata la formula (1); se Fa/VFr > e, viene utilizzata la formula (2).
Sebbene queste formule offrano un buon punto di partenza, anche altri fattori possono influenzare la durata effettiva dei cuscinetti e i coefficienti di carico.
In alcune applicazioni, i carichi e la velocità possono variare durante il funzionamento. Questo può essere preso in considerazione nei calcoli del carico sul cuscinetto se le variazioni di carico e velocità sono variabili note.
La lubrificazione è un altro fattore che può avere un impatto significativo sulla durata dei cuscinetti. Per i cuscinetti sigillati, la durata del lubrificante spesso determina la durata del cuscinetto.
Anche le condizioni ambientali e la contaminazione possono influire negativamente sulla durata dei cuscinetti.
Anche il materiale dei cuscinetti può influenzare le prestazioni. Ad esempio, i coefficienti di carico per l'acciaio inossidabile 440C dovrebbero essere ridotti di circa il 20% rispetto all'acciaio per cuscinetti 52100. La durata dei cuscinetti non è una scienza esatta a causa di questi e altri fattori, tuttavia, l'uso di queste formule aiuterà gli ingegneri a sviluppare un progetto sicuro e affidabile per i loro gruppi.
Design con cuscinetti a sfera
Le eccezionali caratteristiche dei cuscinetti a sfere sono il risultato di caratteristiche di qualità tecnicamente impegnative che raggiungono i massimi limiti di prestazione. Varie misure progettuali, come il precarico o la disposizione multipla dei cuscinetti, contrastano le limitazioni prestazionali e aumentano le capacità prestazionali dei cuscinetti.
CUSCINETTI DI PRECARICO
Il precarico è definito come una forza assiale agente costantemente su un cuscinetto a sfere che crea una deformazione elastica nell'area di contatto delle sfere e delle piste.
OTTIMIZZAZIONE DELLE PRESTAZIONI TRAMITE PRECARICO
L'installazione di cuscinetti a sfere con precarico rigido o a molla ottimizza molte caratteristiche prestazionali per il funzionamento dei cuscinetti.
Il molleggio ridotto garantisce la generazione di una rigidità radiale e assiale definibile (vedi diagramma)
Elevata precisione di corsa e lavorabilità anche con carichi variabili
Vibrazioni e rumore ridotti
Evitare lo slittamento e l'attrito nel contatto degli elementi volventi ad alte velocità e accelerazioni elevate
Parti con attrito radente ridotto ad alte velocità (ridotta variazione dell'angolo di contatto tra anello interno ed esterno)
Maggiore capacità di carico (grazie ai carichi esterni e alle velocità di rotazione) con una lunga durata
RIGIDITÀ
La rigidità definisce l'entità dell'effetto della forza assiale [N] sul cuscinetto a sfere, che provoca uno spostamento nell'anello del cuscinetto di 1 μm.
Il precarico adeguato aumenta la rigidità del cuscinetto e supporta la capacità di carico del cuscinetto rispetto alle forze operative.
FORZA DI SOLLEVAMENTO
La forza di sollevamento è la forza alla quale il cuscinetto si libera dal carico attraverso un carico assiale centrale su un set di cuscinetti.
Se il carico assiale esterno supera la forza di sollevamento,...
… le sfere e le piste del cuscinetto a sfere senza carico non sono più in costante contatto.
…l’usura aumenta aumentando l’attrito radente.
PRECARICO MOLLA
CARATTERISTICHE PROGETTUALI:
Il cuscinetto 1 (lato di lavoro) è fissato assialmente nell'alloggiamento, il cuscinetto 2 è disposto in modo mobile assialmente (sede fissa degli anelli interni sull'albero)
La forza della molla sull'anello esterno del cuscinetto 2 garantisce un precarico costante per entrambi i cuscinetti
Il precarico della molla necessario viene impostato tramite la corsa della molla (funzione della forza percorso secondo la curva caratteristica della molla)
Per ottenere risultati di precarico perfetti è necessaria una sufficiente mobilità assiale dell'anello esterno regolato sul cuscinetto flottante
La regolazione della molla di regolazione avviene nella direzione di azione del carico assiale esterno
Quando si utilizzano cuscinetti singoli: <~>, è possibile utilizzare cuscinetti non accordati
Quando si utilizzano cuscinetti in tandem (<< ~ >>), cuscinetti dello stesso tipo (L, M o S) garantiscono una distribuzione uniforme del carico
CARATTERISTICHE: Il precarico – indipendente dalla velocità e dalla temperatura – risulta esclusivamente dalla forza della molla
La forza della molla determina un precarico uguale del cuscinetto e del cuscinetto reggispinta
La dilatazione termica dell'albero e dell'alloggiamento non ha alcuna influenza sul precarico
I sistemi di cuscinetti caricati a molla possono avere le velocità più elevate
GRUPPI DI CUSCINETTI RIGIDI DI PRECARICO
La disposizione di più cuscinetti nei cosiddetti set di cuscinetti aumenta la capacità di carico, la rigidità e la forza di sollevamento.
Pertanto la rigidezza radiale per tutte le disposizioni è:
ad α = 15°: Crad ~ 6 · Cax
ad α = 25°: Crad ~ 2 · Cax
Esempio: set di 3 cuscinetti in disposizione TBT
* Valori di riferimento per coppie di cuscinetti con disposizione a O o a X (vedere dati sui cuscinetti).
Gli influssi legati al funzionamento (come numero di giri, carico) non vengono considerati.
DISPOSIZIONE MULTIPLA CON 2 CUSCINETTI (COPPIA DI CUSCINETTI)
Con il precarico dei cuscinetti rigidi, le coppie di cuscinetti specificate nelle disposizioni a O, X o tandem offrono una soluzione tecnica efficace, economica e per molte applicazioni.
O DISPOSIZIONE (DB)
>Le linee di pressione divergono nella direzione dell'asse del cuscinetto
>Ampia base di appoggio (H) ed elevata rigidità ai momenti ribaltanti
Assorbimento della forza assiale in entrambe le direzioni
Coppia di cuscinetti con disposizione a O
DISPOSIZIONE X (DF)
Le linee di pressione convergono nella direzione dell'asse del cuscinetto
>Insensibile agli errori di fuga
>Ridotte dimensioni della base di appoggio e rigidità al ribaltamento
>Assorbimento delle forze assiali in entrambe le direzioni
Coppia di cuscinetti con disposizione a X
DISPOSIZIONE TANDEM (DT)
Disposizione parallela alla direzione del carico
>Capacità di carico assiale maggiore (fattore 2) rispetto al cuscinetto singolo
>Entrambi i cuscinetti hanno lo stesso angolo di contatto e sono posizionati contro un terzo cuscinetto
Coppie di cuscinetti in tandem
DISPOSIZIONE MULTIPLA CON 3 O CUSCINETTI (SET CUSCINETTI)
Con i massimi requisiti di rigidità del sistema o carichi elevati, le disposizioni X, O o tandem con 3 o cuscinetti forniscono caratteristiche prestazionali eccezionali.
PREDISPOSIZIONI CON 3 CUSCINETTI
DISPOSIZIONE A 4 CUSCINETTI
ANELLI INTERMEDI
OTTIMIZZAZIONE DELLE PRESTAZIONI TRAMITE ANELLI INTERMEDI
È possibile ottenere un'ottimizzazione differenziata delle caratteristiche qualitative individuali dei cuscinetti accoppiati installando anelli intermedi (distanziali). La larghezza di un anello intermedio è almeno pari alla larghezza di un singolo cuscinetto.
CARATTERISTICHE:
>Aumento della base di appoggio (H) e aumento della rigidità radiale
>Ottimizzazione della dissipazione del calore
>Lubrificazione dei cuscinetti migliorata grazie all'alimentazione e allo scarico ottimizzati dell'olio
Larghezza anello intermedio ≥ Larghezza singolo cuscinetto
CARATTERISTICHE PROGETTUALI:
>Materiale: 100 Cr6, o simile, temprato (almeno 45 HRC)
>Bisogna prestare attenzione ad assicurare un buon parallelismo planare tra gli anelli intermedi (vedi anche precisione dei componenti).
>Il parallelismo richiesto dell'anello intermedio esterno ed interno viene garantito dalla rettifica planare di entrambi gli anelli in un'unica operazione di serraggio.
>Nei gruppi di cuscinetti con anelli intermedi (ad esempio <||<||>||>), l'anello distanziale tra i cuscinetti viene rettificato con diverse traiettorie delle linee di pressione e quindi il pretensionamento è coordinato.
Anello distanziatore tra i diversi percorsi delle linee di pressione
CAMBIO PRECARICO MEDIANTE ANELLI INTERMEDI
Gli anelli intermedi forniscono una modifica al pretensionamento per i cuscinetti a sfere già coordinati.
Se la larghezza dell'anello intermedio dell'albero è inferiore alla larghezza dell'alloggiamento…
…il precarico nella disposizione ad O aumenta
… il precarico nell'array X è ridotto
ANGOLO DI CONTATTO E PRECISIONE DI COORDINAZIONE
ANGOLO DI CONTATTO ⍺0 L'angolo delle linee rette tra i punti di contatto: pista anello interno – sfera – pista anello esterno e il livello radiale definisce l'angolo di contatto.
L'angolo di contatto viene determinato in base al gioco radiale dei cuscinetti (gioco dei cuscinetti) e all'osculazione delle piste.
I trasferimenti di carico tra entrambi gli anelli dei cuscinetti avvengono sui punti di contatto delle piste con le sfere.
La distribuzione uniforme del carico sui singoli cuscinetti nelle disposizioni di cuscinetti determina lo stesso angolo di contatto su tutti i cuscinetti caricati.
Angolo di contatto standard C (15°) ed E (25°))
L'ANGOLO DI CONTATTO VIENE CAMBIATO A SECONDA DEL FUNZIONAMENTO ATTRAVERSO...
… forze esterne
…forze interne
(Forza centrifuga dell'anello interno e delle sfere ad alte velocità)
… l'anello interno si adatta
…differenze di temperatura tra l’anello interno e l’anello esterno.
Le deviazioni dell'angolo di contatto causano modifiche alle caratteristiche del cuscinetto,
che influenzano il funzionamento dei cuscinetti.
Ulteriori angoli di contatto sono disponibili su richiesta.
PRECISIONE DELLE PARTI DI CONVERSIONE
Valori indicativi per le regolazioni dell'albero e tolleranze di forma e posizione (DIN EN ISO 1101)
OTTIMIZZAZIONE DELL'ATTENZIONE CON GIRI ELEVATI
All'aumentare del numero di giri (da circa n · Dm = 1.5 . 106 mm/min.), la forza centrifuga progressivamente crescente può causare un allargamento dell'anello interno e portare a urti funzionali. Per esempio:
>Scivolamento dell'anello interno al contatto con l'albero e sulle superfici di contatto
>Corrosione da attrito
>Vibrazioni
Per contrastare il sollevamento dell'anello interno, si consiglia un accoppiamento più forte.
Fattori di correzione per design e serie di cuscinetti sovradimensionati:
SM60...: 1
SM619...: 1.10
KH 60...: 1.05
KH 619...: 1.15
Valido per alberi pieni. Per alberi cavi (50%): fattore di correzione = 0.8
GRUPPI DI CUSCINETTI TENSIONANTI
OTTIMIZZAZIONE DELLE PRESTAZIONI GRAZIE A DADI DI PRECISIONE
L'utilizzo di chiocciole di precisione per il bloccaggio dei cuscinetti (set) consente un utilizzo ottimale della capacità prestazionale dei cuscinetti a sfere ad alta precisione GMN.
DESIGN:
Un'installazione accurata con dadi di precisione impedisce (interruzione, eventualmente seguita da un trattino: micromovimenti);
i micromovimenti provocano la corrosione da contatto.
>Molare i lati del dado ad angolo retto rispetto alla filettatura del dado e dell'albero per evitare l'inclinazione del cuscinetto o la flessione dell'albero (tolleranza di concentricità massima di 2 μm)
>Fissare il dado di precisione sull'albero (per evitare che si allenti)
>Le rondelle e le boccole intermedie devono essere realizzate parallele ai piani (max. 2 μm)
Una forza di bloccaggio assiale sufficientemente elevata fissa i cuscinetti nella posizione prevista e garantisce il precarico, la precisione e la rigidità richiesti del cuscinetto.
INSTALLAZIONE:
>Lubrificare leggermente la filettatura
>Avvitare i dadi di precisione con una coppia di serraggio TARGET da 2 a 3 volte, quindi allentarli nuovamente e fissarli con la coppia desiderata (compensazione delle variazioni dimensionali degli anelli interni e delle sedi dipendenti dalla temperatura)
>La necessaria compressione di più cuscinetti (assiale) e il necessario superamento della resistenza all'attrito quando i cuscinetti vengono premuti sull'albero (radiale) sono garantiti dalla coppia di serraggio primaria da 2 a 3 volte superiore (di rottura)
I valori delle forze di serraggio e delle coppie di serraggio sono valori indicativi basati sull'esperienza e possono differire a seconda dell'applicazione.
