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Tutto sulla durata dei cuscinetti
La durata dei cuscinetti è uno dei fattori chiave che determinano la durata delle apparecchiature meccaniche. Dopo aver determinato lo spazio di lavoro del cuscinetto, per un dato diametro del foro dell'albero, è possibile trovare cuscinetti standard con diametri esterni e larghezze diverse. All'aumentare del diametro esterno e della larghezza del cuscinetto, aumenta di conseguenza la capacità di carico dinamico, aumentando così la durata nominale del cuscinetto. Una volta determinati il carico e la velocità dei cuscinetti, la domanda diventa: “Quante ore di vita nominale richiede una macchina ben progettata?” A volte ciò è dettato da standard di settore specifici o da politiche aziendali basate sul settore e sulla posizione del cliente. Di. In un settore, può essere perfettamente accettabile che gli utenti finali effettuino la manutenzione delle apparecchiature una volta all'anno, sostituendo cuscinetti, guarnizioni, ecc. In un altro settore, i cuscinetti hanno una durata di servizio di almeno dieci anni. Anche la frequenza d'uso dell'apparecchiatura deve essere considerata quando si determina il valore di vita nominale minimo previsto.
AUbearing: un produttore leader di cuscinetti
AUbearing produce oltre 8,000 tipi di cuscinetti utilizzati in una varietà di settori negli Stati Uniti e in tutto il mondo. I cuscinetti di livello industriale prodotti da Aubearing non solo garantiscono una lunga durata in base agli standard di fatica da rotolamento, ma è necessario considerare anche la struttura del cuscinetto in base all'applicazione per prevenire urti, sovraccarico e occasionali escursioni ad alta velocità. A tal fine, il design di ciascun cuscinetto è ottimizzato.
Capacità di carico dinamico del cuscinetto – C
Considerando che il carico dinamico nominale è un carico radiale puro di direzione costante e grandezza costante (per cuscinetti radiali) o un carico assiale centrale (per cuscinetti reggispinta), in questo caso è possibile ottenere una durata nominale di base di 1 milione di giri. Il valore di questo importante parametro del cuscinetto C è mostrato in ogni tabella dei cuscinetti ad eccezione dei cuscinetti del gancio della gru. Il coefficiente di carico dinamico di base indica la capacità del cuscinetto di resistere alla fatica da rotolamento ed è specificato come coefficiente di carico radiale dinamico di base (< ai=3>Cr) per i cuscinetti radiali e coefficiente di carico assiale dinamico di base (Ca) per i cuscinetti assiali. Questi valori sono stati definiti da associazioni come l'American Bearing Manufacturers Association (ABMA) e l'Organizzazione internazionale per la standardizzazione (ISO) per calcolare i carichi dinamici sui cuscinetti. Il carico dinamico dei cuscinetti viene utilizzato per prevedere la durata nominale di ciascun cuscinetto al carico e alla velocità previsti. In generale, un cuscinetto può sopportare solo un carico operativo massimo pari alla metà della sua capacità di carico dinamico.
Capacità Statica - Co
La capacità statica del cuscinetto Co è il carico massimo che può essere applicato in sicurezza a un cuscinetto non rotante senza causare danni al successivo funzionamento del cuscinetto. Si basa sulla sollecitazione di contatto calcolata al centro dell'elemento volvente maggiormente caricato a contatto con l'anello interno. I livelli di sollecitazione per i tre tipi di cuscinetti sono:
– I cuscinetti a sfere autoallineanti sono 4600 MPa (667,000 psi)
– 4200 MPa (609,000 psi) per tutti gli altri cuscinetti a sfera
– Tutti i cuscinetti a rulli sono 4000 MPa (580,000 psi)
Calcolo della durata nominale dei cuscinetti
La durata nominale di base L10 si riferisce alle condizioni di utilizzo di cuscinetti di produzione di alta qualità con una durata di utilizzo del 90% di affidabilità in uso normale. L'interno del cuscinetto è realizzato con i materiali di acciaio per cuscinetti specificati da JIS o con un design standard realizzato con materiali equivalenti. La relazione tra coefficiente di carico dinamico di base e carico dinamico. Il carico equivalente e la durata nominale del cuscinetto possono essere espressi con l'equazione (5-1). Questa formula per il calcolo della durata non è applicabile ai cuscinetti C0 che sono influenzati da fattori quali la deformazione plastica della pista e delle superfici di contatto degli elementi volventi a causa di condizioni di carico estremamente elevate (quando P supera il coefficiente di carico statico di base) (fare riferimento al carico statico di base nominale e carico statico equivalente) o 0.5C) o, al contrario, per condizioni di carico del cuscinetto influenzate da fattori quali superfici di contatto delle piste e scorrimento degli elementi volventi dovuto a uno scorrimento estremamente basso. Questo è il tempo che una serie di cuscinetti apparentemente identici passerà o supererà prima che si sviluppi la scheggiatura per fatica. La formula di base per calcolare la durata nominale del cuscinetto L10 è (1-1):
Per calcolare la durata nominale di base di un cuscinetto, si utilizza l'equazione (1-2) per il funzionamento a velocità costante; quando il cuscinetto viene utilizzato nel materiale rotabile ferroviario o nelle automobili, in termini di distanza percorsa (km), viene utilizzata l'equazione (1-3).
Pertanto, il carico dinamico equivalente è P e la velocità di rotazione è n; quindi è possibile fare riferimento alla tabella delle specifiche del cuscinetto per selezionare la dimensione del cuscinetto più adatta allo scopo specifico. C può calcolare la formula di base per la valutazione del carico dinamico (1-4); la durata di servizio consigliata del cuscinetto varia a seconda della macchina che utilizza il cuscinetto, come mostrato nella Tabella 1-5 Durata di servizio consigliata del cuscinetto (riferimento) .
Fare riferimento a
Il coefficiente di durata utile (fh) e il coefficiente di velocità di rotazione nf vengono calcolati secondo l'equazione (1-2) come segue:
A titolo puramente indicativo, i valori di fn, fh e L10h possono essere facilmente ottenuti utilizzando il nomogramma allegato a questo catalogo come metodo semplificato.
[Riferimento] Velocità (n) e suo coefficiente (f< ai=4>n), coefficiente di vita utile (fh) e vita nominale di base (L10h)
Carichi radiali e assiali combinati
Tutti i cuscinetti a sfere e a rulli possono sopportare grandi carichi assiali di spinta. Quando si verificano carichi radiali e assiali combinati, è necessario calcolare il “carico equivalente sul cuscinetto” P utilizzato nella formula della durata nominale. Questo calcolo può essere alquanto complesso in quanto dipende dall'entità relativa dei carichi radiali e di spinta tra loro e dall'angolo di contatto creato dal cuscinetto. Sarebbe troppo difficile dimostrare il calcolo di P per tutti i tipi di cuscinetti illustrati. Per i cuscinetti a rulli conici viene utilizzato il coefficiente di spinta “K”. Per eventuali calcoli sulla durata nominale che richiedono una combinazione di carichi radiali e di spinta, contattare Aubearing.
I cuscinetti radiali a rulli cilindrici con flange contrapposte sugli anelli interno ed esterno hanno una capacità limitata di resistere ai carichi assiali sulla lunghezza dei rulli. I carichi di spinta accettabili sono quelli che utilizzano estremità dei rulli e flange per scopi di spinta e posizionamento intermittenti. Poiché i carichi assiali saranno perpendicolari ai carichi radiali e verranno utilizzate diverse superfici di contatto dei cuscinetti, i carichi assiali lungo la lunghezza del rullo non costituiscono un fattore nei calcoli della durata dei cuscinetti.
Carichi e velocità variabili
In molte applicazioni i cuscinetti non funzionano a un carico o a una velocità costante e potrebbe non essere economico selezionare un cuscinetto con una durata nominale specifica (in ore) in base alle condizioni operative peggiori. In genere, il ciclo di lavoro può essere definito per varie condizioni operative (carico e velocità) e la percentuale di tempo in ciascuna condizione operativa. Situazioni simili si verificano anche in alcune macchine che producono moto alternativo. Inoltre, questi due esempi possono essere combinati per diverse condizioni operative previste con movimento alternativo e diversi carichi di punta e velocità. Per calcolare la durata nominale per le variazioni di carico e velocità è necessario innanzitutto calcolare la durata nominale L10 per ciascuna condizione operativa del ciclo di lavoro. Successivamente, utilizzare la formula seguente per combinare la durata individuale L10 con la durata nominale durante l'intero ciclo di lavoro.
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T1, T2, T = percentuale di tempo sotto diverse condizioni, espressa come n decimale
T1 + T2 + … T< /span> = 1n
Lp1, Lp2, L = Vita in ore per ciclo a carico e velocità costanti pn
Carico oscillante
Il cuscinetto non ruota completamente durante il funzionamento ma ha un'ampiezza di oscillazione. Possiamo utilizzare la seguente formula per calcolare il carico radiale equivalente inferiore del cuscinetto:
Pe = Pox(β/ 90)1/e
Pe = carico radiale dinamico equivalente
Po = carico radiale oscillante effettivo
β = angolo di oscillazione in gradi
e = 10/3 (cuscinetto a rulli) 3.0 (cuscinetto a sfere)
Carichi radiali e assiali separati
In alcune applicazioni, i cuscinetti sono soggetti a carichi radiali e assiali molto elevati. Per le applicazioni soggette a entrambi i tipi di carico, una soluzione progettuale migliore consiste nell'utilizzare cuscinetti separati per i carichi radiali e assiali. In tal caso, il progettista della macchina deve assicurarsi che i cuscinetti radiali sopportino solo carichi radiali e i cuscinetti assiali solo carichi assiali. Un buon modo per ottenere questo risultato è utilizzare un cuscinetto a rulli cilindrici con pista di rotolamento rettilinea in posizione "radiale", poiché questo tipo di cuscinetto non è in grado di sopportare forze assiali. Una coppia di cuscinetti a contatto angolare o cuscinetti a rulli conici ad ampio angolo sono generalmente una buona scelta per sopportare carichi assiali, ma devono essere protetti da eventuali carichi radiali. Un modo per ottenere ciò è realizzare l'anello esterno con un gioco molto ampio nell'alloggiamento: tipicamente da 0.5 mm/0.020 pollici a 1.0 mm/0.040 pollici.
Fattori di aggiustamento per la durata dei cuscinetti
I fattori di regolazione della durata dei cuscinetti consentono agli OEM di prevedere meglio la durata effettiva e l'affidabilità dei cuscinetti selezionati e installati nelle vostre apparecchiature. La durata nominale L10 modificata viene calcolata utilizzando la seguente formula:
Lna = a1 x a2 x a3 x L10
Lna = vita nominale corretta
a1 = coefficiente di aggiustamento della durata di affidabilità
a2 = fattore di correzione della durata per caratteristiche speciali del cuscinetto (ad es. materiale)
a3 = Fattore correttivo della durata per condizioni operative, lubrificazione, pulizia, ecc.
I fattori di aggiustamento della vita a1, a2 e a3 possono teoricamente essere maggiori o minori di 1.0 a seconda della loro valutazione.
Adeguamento della durata di affidabilità - a1
I produttori di apparecchiature devono migliorare l'affidabilità di determinati cuscinetti per prevedere tempi di servizio più lunghi. Il fattore a1 mostrato di seguito viene utilizzato per aumentare il valore di affidabilità. Se il valore L10 calcolato utilizzando il fattore a1 è inaccettabilmente basso, sarà necessario selezionare un cuscinetto con una maggiore capacità di carico dinamico. (Citazione da JIS B 1518:2013 )
| Affidabilità, % | Lnm | α1 |
|---|---|---|
| 90 | L10m | 1 |
| 95 | L5m | 0.64 |
| 96 | L4m | 0.55 |
| 97 | L3m | 0.47 |
| 98 | L2m | 0.37 |
| 99 | L1m | 0.25 |
| 99.2 | L0.8m | 0.22 |
| 99.4 | L0.6m | 0.19 |
| 99.6 | L0.4m | 0.16 |
| 99.8 | L0.2m | 0.12 |
| 99.9 | L0.1m | 0.093 |
| 99.92 | L0.08m | 0.087 |
| 99.94 | L0.06m | 0.080 |
| 99.95 | L0.05m | 0.077 |
Fattore di aggiustamento della durata per caratteristiche speciali dei cuscinetti - a2
In particolare negli ultimi anni, sono stati apportati numerosi miglioramenti nella progettazione e nella produzione dei cuscinetti, confermati dai test di durata, con conseguente miglioramento dei tempi L10. Alcuni di questi miglioramenti sono:
Migliora la finitura superficiale
Materiali e trattamento termico migliorati
Rulli e piste
Fattore di correzione della durata: αISO
a) Approccio sistematico
I vari effetti sulla durata dei cuscinetti sono interdipendenti. Il metodo sistematico di calcolo della durata corretta è stato valutato come metodo pratico per determinare il fattore di correzione della durata αISO (vedere Figura 5-1). Il coefficiente di correzione della durata αISO viene calcolato con la seguente formula. Sono disponibili diagrammi per ciascun tipo di cuscinetto (cuscinetti radiali a sfere, cuscinetti radiali a rulli, cuscinetti assiali a sfere e cuscinetti assiali a rulli). (Ogni figura (figure da 5-2 a 5-5) è citata da JIS B 1518≤50. ISOα
Si noti che nell'uso effettivo, questo è impostato sul fattore di modifica della durata: 2013.)
Figura 1-1 Soluzione di sistema
1-2 Coefficiente di correzione della durata αISO (cuscinetto radiale a sfere)
1-3 Coefficiente di correzione della durata αISO (cuscinetto radiale a rulli)
1-4 Coefficiente di correzione della durata αISO (cuscinetto reggispinta a sfere)
1-5 Coefficiente di correzione della durata αISO (cuscinetto reggispinta a rulli)
b) Limite di carico di fatica: Cu
A parità di qualità, purché la condizione di carico non superi un determinato valore e in un ambiente con buone condizioni di lubrificazione, livello di pulizia della lubrificazione e altre condizioni operative, la durata del cuscinetto è teoricamente illimitata. Per i cuscinetti realizzati con materiali generalmente di alta qualità e qualità costruttiva, il limite di sollecitazione a fatica viene raggiunto quando la sollecitazione da contatto tra pista ed elementi volventi è di circa 1.5 GPa. Se una o entrambe le qualità del materiale e della produzione sono inferiori, anche il limite di sollecitazione a fatica sarà inferiore. Il termine “limite di carico di fatica” si riferisce al limite di carico di fatica. Cu è definito come “il carico sul cuscinetto che raggiunge appena il limite di sollecitazione a fatica sotto il carico più pesante “contatto con la pista” ISO 281:2007. Ed è influenzato da fattori quali il tipo, le dimensioni e il materiale del cuscinetto. Per quanto riguarda i cuscinetti speciali e non elencati in questo catalogo Per informazioni dettagliate sui limiti di carico di fatica di altri cuscinetti, contattare Aubearing.
c) Fattore di inquinamento: ec
Se particelle solide provenienti da lubrificante contaminato rimangono intrappolate tra le piste e gli elementi volventi, si possono formare delle rientranze su una o entrambe le piste e gli elementi volventi. Queste rientranze causeranno aumenti di pressione localizzati, accorciando così la durata. La durata ridotta dovuta alla contaminazione del lubrificante può essere calcolata in base al grado di contaminazione, ovvero al coefficiente di contaminazione ec. Nella tabella Dpw è mostrato il diametro primitivo del set sfere/rulli, espresso semplicemente come < /span>: diametro interno) Speciale rilevante Per dettagli come condizioni di lubrificazione o indagini dettagliate, contattare JTEKT. d: diametro esterno, D)/2. (d＝(D＋pwD
| Livello di contaminazione | ec | |
|---|---|---|
| Dpw<100mm | Dpw≧ 100 mm | |
| Pulizia estremamente elevata: la dimensione delle particelle è approssimativamente uguale allo spessore del film di olio lubrificante, questo si trova in ambienti a livello di laboratorio. | 1 | 1 |
| Elevata pulizia: l'olio è stato filtrato da un filtro estremamente fine, questo si trova con cuscinetti standard lubrificati con grasso e cuscinetti sigillati. | 0.8 ~ 0.6 | 0.9 ~ 0.8 |
| Pulizia standard: l'olio è stato filtrato da un filtro fine, presente nei cuscinetti standard lubrificati con grasso e nei cuscinetti schermati. | 0.6 ~ 0.5 | 0.8 ~ 0.6 |
| Contaminazione minima: il lubrificante è leggermente contaminato. | 0.5 ~ 0.3 | 0.6 ~ 0.4 |
| Contaminazione normale: si verifica quando non viene utilizzata alcuna guarnizione e viene utilizzato un filtro grosso in un ambiente in cui detriti di usura e particelle provenienti dall'area circostante penetrano nel lubrificante. | 0.3 ~ 0.1 | 0.4 ~ 0.2 |
| Elevata contaminazione: si verifica quando l'ambiente circostante è notevolmente contaminato e la tenuta dei cuscinetti è insufficiente. | 0.1 ~ 0 | 0.1 ~ 0 |
| Contaminazione estremamente elevata | 0 | 0 |
d) Rapporto di viscosità: κ
Il lubrificante forma una pellicola d'olio sulla superficie di contatto dei rulli, separando le piste e gli elementi volventi. Lo stato del film di olio lubrificante è espresso dal rapporto di viscosità κ, che è la viscosità cinematica effettiva ν alla temperatura di esercizio divisa per la viscosità cinematica di riferimento. Per informazioni dettagliate su lubrificanti come grassi e lubrificanti contenenti additivi per pressioni estreme, contattare JTEKT. Maggiore di 4, uguale a 4 e inferiore a 0.1 non sono applicabili. κ A è mostrato nella formula seguente.
Durata di servizio di un sistema di cuscinetti costituito da due o più cuscinetti
La maggior parte delle macchine utilizza due o più cuscinetti su un albero e spesso ne ha due o più. Tutti i cuscinetti di una macchina sono considerati un sistema di cuscinetti. Per scopi commerciali, è importante per i produttori comprendere l'affidabilità delle loro macchine o la longevità del sistema. Questo processo di valutazione considera l'importante fattore della combinazione della durata L10 di tutti i cuscinetti del sistema per rispondere alla domanda: "Per quanto tempo la macchina funzionerà con un'affidabilità del novanta percento?" In parole semplici, l'affidabilità L10 del sistema sarà inferiore alla durata nominale L10 del singolo cuscinetto più basso. La formula di calcolo della durata nominale del sistema è la seguente:
[esempio]
Quando un albero è supportato da due cuscinetti a rulli con durate di esercizio rispettivamente di 50 ore e 000 ore, la durata nominale del sistema di cuscinetti che supporta l'albero viene calcolata come segue: Formula (30-000):
Questa equazione mostra che questi cuscinetti come sistema hanno una durata nominale inferiore rispetto ai cuscinetti con durata inferiore. Questo fatto è importante per stimare la durata operativa dei cuscinetti nelle applicazioni in cui vengono utilizzati due o più cuscinetti.
Durata utile consigliata dei cuscinetti in diverse applicazioni
Poiché una durata utile più lunga non sempre contribuisce a un funzionamento economico, è necessario determinare la durata utile più adatta per ciascuna applicazione e condizione operativa. Per riferimento, la durata di servizio consigliata determinata empiricamente in base all'applicazione è descritta nella tabella seguente.
| Condizione di funzionamento | Applicazione | Vita utile consigliata (h) |
|---|---|---|
| Funzionamento breve o intermittente | Elettrodomestici, utensili elettrici, attrezzature agricole, attrezzature per il sollevamento di carichi pesanti | 4000 ~ 8000 |
| Durata non estesa, ma è richiesto un funzionamento stabile | Motori per condizionatori domestici, macchine edili, trasportatori, ascensori | 8000 ~ 12000 |
| Funzionamento intermittente ma prolungato | Colli di laminazione, piccoli motori, gru | 8000 ~ 12000 |
| Motori utilizzati nelle fabbriche, ingranaggi generali | 12000 ~ 20000 | |
| Macchine utensili, vagli scuotitori, frantoi | 20000 ~ 30000 | |
| Compressori, pompe, ingranaggi per usi essenziali | 40000 ~ 60000 | |
| Funzionamento giornaliero superiore a 8 ore. o funzionamento prolungato continuo | Scale mobili | 12000 ~ 20000 |
| Separatori centrifughi, condizionatori d'aria, ventilatori d'aria, attrezzature per la lavorazione del legno, perni assali per pullman passeggeri | 20000 ~ 30000 | |
| Motori di grandi dimensioni, argani da miniera, perni di assali di locomotive, motori di trazione di materiale rotabile ferroviario | 40000 ~ 60000 | |
| Attrezzature per la produzione della carta | 100000 ~ 200000 | |
| 24 ore. funzionamento (nessun errore consentito) | Impianti di approvvigionamento idrico, centrali elettriche, impianti di scarico delle acque minerarie | 100000 ~ 200000 |