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Tutto quello che dovresti sapere sui cuscinetti a sfera
I cuscinetti sono uno dei componenti più critici in qualsiasi macchinario industriale. Questi componenti ad alta precisione sono fondamentali per ridurre l'attrito e trasportare carichi durante il movimento rotatorio. Esistono migliaia di tipi di cuscinetti sul mercato, inclusi cuscinetti a sfera, cuscinetti a rulli cilindrici, cuscinetti a rulli conici, cuscinetti a rullini e unità cuscinetto. Mentre i cuscinetti a sfera sono i più comuni tipo di cuscinetto, ciascuna tipologia ha le proprie caratteristiche e vantaggi che la rendono adatta a determinati usi e applicazioni e non ad altri in ambienti operativi.
Ora, AUB Bearing Manufacturing Co., Ltd. riassume tutte le informazioni sui cuscinetti a sfere in base agli anni di esperienza esperienza nella produzione di cuscinetti. I cuscinetti a sfere sono cuscinetti volventi che utilizzano sfere rotanti tenute tra le piste interne ed esterne per supportare i carichi radiali e assiali che agiscono sugli alberi rotanti e alternativi. Questi cuscinetti a sfere vengono utilizzati per fornire un movimento fluido e a basso attrito nelle applicazioni rotanti. Forniscono prestazioni elevate e lunga durata, trasferendo il carico dalle sfere all'anello interno. In questo articolo discuteremo di diversi tipi di cuscinetti a sfera.
I cuscinetti a sfere sono costituiti da quattro parti principali che sono: 2 anelli/gare, sfere (elementi volventi) e fermi (separatori di sfere).
L'anello esterno è fisso e montato nell'alloggiamento. L'anello esterno contribuisce inoltre al trasferimento dei carichi radiali dal cuscinetto all'alloggiamento. L'anello interno supporta e guida l'albero durante la rotazione ed è montato sull'albero rotante. La funzione degli elementi volventi è quella di trasportare i carichi e distribuirli sulle piste.
Gli elementi volventi ruotano a una velocità diversa rispetto all'anello interno, ma ruotano attorno all'anello interno. Il portiere funge da barriera che impedisce alle palline di scontrarsi tra loro. I cuscinetti reggispinta sono soggetti a carichi paralleli all'asse di rotazione, chiamati carichi assiali. I cuscinetti reggispinta a sfere sono costituiti da due anelli di uguali dimensioni.
Tipi di cuscinetti a sfera
In base al design e alla struttura del cuscinetto a sfere, può essere suddiviso in diversi tipi. Di seguito vengono descritte le versioni più comuni dei cuscinetti a sfere. Continua a leggere per conoscere il diversi tipi di cuscinetti a sfera e i loro usi.
Cuscinetti a una corona di sfere a contatto obliquo
Cuscinetti a doppia corona di sfere a contatto obliquo
Cuscinetti a sfere a contatto obliquo a quattro punti
Cuscinetti a sfere a gola profonda ad una corona
Cuscinetti a sfere a doppia corona di sfere
Cuscinetto reggispinta a sfere a doppio effetto
Doppio cuscinetto a sfere
Cuscinetti a sfere a contatto obliquo sono progettati in modo che il cuscinetto formi un angolo di contatto tra le piste e le sfere quando il cuscinetto è in uso. La principale caratteristica progettuale di questo tipo di cuscinetto a sfere è che lo spallamento di uno o entrambi gli anelli è più alto dell'altro. Affinché questi cuscinetti funzionino correttamente, è necessario applicare carichi reggispinta durante il montaggio. Questo carico (o precarico) crea una linea di contatto (o angolo di contatto) tra l'anello interno, le sfere e l'anello esterno. Il precarico può essere integrato nel cuscinetto oppure creato quando il cuscinetto viene inserito nel gruppo. Gli angoli di contatto variano da 15° a 40° e sono misurati rispetto ad una linea perpendicolare all'asse del cuscinetto. I cuscinetti a sfere a contatto obliquo hanno le piste dell'anello interno ed esterno spostate l'una rispetto all'altra nella direzione dell'asse del cuscinetto. Ciò significa che questi cuscinetti sono progettati per sopportare carichi combinati, ovvero carichi radiali e assiali che agiscono contemporaneamente. Questi tipi di cuscinetti a sfere sono disponibili in diversi stili di design, con guarnizioni o schermi. Non solo prevengono la contaminazione, ma fungono anche da trattenitore per i lubrificanti. Questi cuscinetti possono essere realizzati in acciaio inossidabile, ceramica ibrida o plastica e possono essere cromati, cadmio o altri placcati. Inoltre, possono essere prelubrificati, rilubrificati o avere solide capacità di lubrificazione. I cuscinetti obliqui a sfere si suddividono ulteriormente nei seguenti sottotipi:
Cuscinetti a sfere a contatto obliquo a fila singola
Questi cuscinetti utilizzano un gran numero di sfere per fornire una capacità di carico relativamente elevata, possono sopportare carichi assiali solo in una direzione, sono generalmente adattati per un secondo cuscinetto e hanno anelli del cuscinetto non separabili.
I vantaggi dei cuscinetti a sfere a contatto obliquo ad una corona includono:
Elevata capacità di carico
Buone prestazioni di corsa
Cuscinetti universali facili da installare
Cuscinetti a sfere a contatto obliquo a doppia corona
Con un design corrispondente a due cuscinetti a fila singola disposti uno contro l'altro, ma laddove due cuscinetti a fila singola occupano troppo spazio assiale, possono sopportare carichi radiali e assiali in entrambe le direzioni e momenti di ribaltamento. I vantaggi dei cuscinetti a sfere a contatto obliquo a doppia corona includono:
Meno spazio assiale
Accetta carichi radiali e assiali in entrambe le direzioni
Assorbe i momenti di ribaltamento
Disposizione di cuscinetti rigidi
Cuscinetti a sfere a contatto obliquo a quattro punti
I cuscinetti a sfere a contatto obliquo a quattro punti sono progettati per supportare carichi assiali in due direzioni e hanno un'elevata capacità di carico, possono supportare carichi radiali limitati per un dato carico assiale, utilizzano meno spazio assiale rispetto ai cuscinetti a doppia corona e sono separabili.
I vantaggi dei cuscinetti a sfere a quattro punti di contatto obliquo includono:
Adatto per carichi assiali in entrambe le direzioni
Meno spazio assiale
Elevata capacità di carico
Design separato
Flusso d'olio migliorato
Deformazione limitata dell'anello interno se sottoposto a forze di bloccaggio elevate
I cuscinetti a sfere a gola profonda sono i più comuni tipo di cuscinetto a sfere e possono essere acquistati in configurazioni sigillate, schermate e con anello elastico. Le dimensioni delle piste di questi tipi di cuscinetti corrispondono strettamente alle dimensioni delle sfere contenute. Sono ottimi anche per sostenere carichi pesanti. I cuscinetti a gola profonda forniscono supporto radiale e assiale. Tuttavia, non esiste alcun modo per regolare l'angolo di contatto per modificare il livello relativo di tale carico. I cuscinetti radiali a sfere sono ulteriormente suddivisi nei seguenti sottotipi:
Cuscinetti a sfere a gola profonda a una corona
I cuscinetti a sfere a gola profonda a una corona sono il tipo più comune di cuscinetti a sfere. Sono usati molto ampiamente. Le scanalature delle piste degli anelli interno ed esterno sono archi circolari con un raggio leggermente maggiore di quello delle sfere. Oltre ai carichi radiali, è possibile applicare anche carichi assiali in entrambe le direzioni. Grazie alla loro bassa coppia, sono ideali per applicazioni che richiedono alta velocità e bassa perdita di potenza. Inoltre, i cuscinetti aperti sono generalmente dotati di protezioni in acciaio o guarnizioni in gomma su uno o entrambi i lati e sono prelubrificati con grasso.
Cuscinetti a sfere a gola profonda a doppia corona
I cuscinetti a sfere a gola profonda a doppia corona corrispondono nel design ai cuscinetti a sfere a gola profonda a una corona. Le scanalature profonde e continue delle piste sono strettamente integrate con le sfere, consentendo ai cuscinetti di resistere a carichi radiali e assiali in entrambe le direzioni. Questi tipi di cuscinetti a sfere sono particolarmente adatti per disposizioni di cuscinetti in cui la capacità di carico dei cuscinetti a corona singola è insufficiente. A parità di foro e diametro esterno, i cuscinetti a doppia corona sono leggermente più larghi dei cuscinetti a corona singola delle serie 62 e 63, ma hanno una capacità di carico molto più elevata. I cuscinetti a sfere a doppia corona di sfere possono essere utilizzati solo come cuscinetti aperti (senza guarnizioni o schermi).
Cuscinetti assiali a sfere sono progettati per carichi puramente assiali. Questi cuscinetti possono sopportare un carico radiale minimo o nullo. Gli elementi volventi possono essere sfere, aghi o rulli. Le ralle o i cuscinetti della piattaforma girevole possono sopportare carichi assiali, radiali e momenti. Non sono montati sull'alloggiamento o sull'albero, ma direttamente sulla superficie della base. Sia l'anello interno che quello esterno sono dotati di fori di montaggio. L'anello interno, l'anello esterno o entrambi possono avere ingranaggi integrali. Questi cuscinetti sono noti come cuscinetti per tavola, cuscinetti per ralla girevole e ralle. I cuscinetti assiali a sfere offrono silenziosità, funzionamento regolare e capacità per applicazioni ad alta velocità. Possono essere utilizzati come cuscinetti unidirezionali o bidirezionali, la scelta dipende se il carico è unidirezionale o bidirezionale.
Cuscinetti a sfere a singolo effetto di spinta sono costituiti da un anello del cuscinetto a forma di rondella con scanalature sulla pista. L'anello collegato all'albero è chiamato anello dell'albero (o anello interno), mentre l'anello collegato all'alloggiamento del cuscinetto è chiamato anello di sede (o anello esterno).
In un cuscinetto assiale a sfere a doppia direzione, sono presenti tre anelli e l'anello centrale (l'anello centrale) è fissato all'albero. Sono inoltre disponibili cuscinetti reggispinta a sfere con una ralla della sede allineante sotto la ralla dell'alloggiamento per compensare il disallineamento dell'albero o gli errori di montaggio. Le gabbie in acciaio stampato vengono generalmente utilizzate per i cuscinetti più piccoli, mentre le gabbie lavorate vengono utilizzate per i cuscinetti più grandi.
Cuscinetto a sfere duplex
Una combinazione di due cuscinetti a sfere a contatto obliquo forma un cuscinetto duplex. Le combinazioni possibili includono "faccia a faccia", che ha le facce dell'anello esterno insieme (tipo DF), "dorso a dorso" (tipo DB) o entrambe le facce anteriori nella stessa direzione (tipo DT). I cuscinetti duplex DF e DB sono in grado di sopportare carichi radiali e assiali in entrambe le direzioni. Il tipo DT viene utilizzato quando è presente un forte carico assiale in una direzione ed è necessario imporre il carico equamente su ciascun cuscinetto.
Ora che hai familiarità con le forme comuni dei cuscinetti a sfere, conosciamo i tipi di costruzione dei cuscinetti a sfere.
Cuscinetto a sfere Conrad
Questi tipi di cuscinetti a sfere vengono assemblati posizionando l'anello interno in una posizione eccentrica rispetto all'anello esterno, con i due anelli in contatto in un punto, risultando in un ampio spazio opposto al punto di contatto. Le sfere vengono inserite attraverso lo spazio e quindi distribuite uniformemente attorno al gruppo cuscinetto, facendo sì che gli anelli diventino concentrici. L'assemblaggio viene completato montando una gabbia sulle sfere per mantenere la loro posizione l'una rispetto all'altra.
I cuscinetti Conrad possono sopportare sia carichi radiali che assiali ma presentano lo svantaggio di una capacità di carico inferiore a causa del numero limitato di sfere che possono essere caricate nel gruppo cuscinetto. Probabilmente il cuscinetto a sfere industriale più familiare è lo stile Conrad a scanalatura profonda. Il cuscinetto è utilizzato nella maggior parte delle industrie meccaniche.
Cuscinetto a sfere con riempimento a fessura
In un cuscinetto radiale con riempimento a fessura, le piste interna ed esterna sono dentellate su una faccia in modo che quando le tacche sono allineate, le sfere possono essere inserite nella fessura risultante per assemblare il cuscinetto. Un cuscinetto slot-fill presenta il vantaggio che le sfere possono essere assemblate, con conseguente capacità di carico radiale maggiore rispetto a un cuscinetto Conrad delle stesse dimensioni e tipo di materiale. Tuttavia, un cuscinetto con riempimento di scanalature non può sopportare un carico assiale significativo e le scanalature causano discontinuità nelle piste che possono avere un effetto piccolo ma negativo sulla resistenza.
Cuscinetto a sfere autoallineante
Cuscinetti a sfere autoallineanti hanno due file di sfere, una pista comunemente sferica nell'anello esterno e due scanalature profonde e ininterrotte nell'anello interno. Sono disponibili aperti o sigillati. Questi tipi di cuscinetti a sfere sono insensibili al disallineamento angolare dell'albero rispetto all'alloggiamento, che può essere causato, ad esempio, dalla flessione dell'albero.
I vantaggi dei cuscinetti a sfere autoallineanti includono:
Accomoda il disallineamento statico e dinamico
Eccellenti prestazioni ad alta velocità
Manutenzione minima
Bassa frizione
Eccellenti prestazioni di carico leggero
I cuscinetti a sfere autoallineanti possono ridurre i livelli di rumore e vibrazioni, ad esempio nei ventilatori.
Cuscinetti a sfera lineari
I cuscinetti a sfere lineari sono progettati per fornire movimento libero in una direzione. Sono la varietà di guide lineari più utilizzata e garantiscono un movimento fluido e preciso lungo un design lineare a singolo asse. Dotati di tecnologia di autolubrificazione, questi cuscinetti a sfere consentono prestazioni e affidabilità ottimali. Sono costituiti da due file lineari di cuscinetti a sfere, integrate all'interno di quattro aste sui lati alterni della base.
Cuscinetto a sfere radiale
Adatti per un'ampia gamma di scopi, i cuscinetti radiali a sfere offrono livelli di prestazioni eccezionali. Questi tipi di cuscinetti a sfere hanno la capacità di sopportare carichi radiali o assiali applicati all'albero. Tuttavia, l'applicazione combinata di tali carichi richiede un contatto angolare assiale. La regolazione dell'angolo del cuscinetto assiale-radiale consente un'equa distribuzione dei carichi assiali e radiali insieme ai cuscinetti a sfere a contatto obliquo.
Cuscinetto a sfere da corsa alleviato
I cuscinetti a sfere con corsa alleggerita vengono "alleggeriti", come suggerisce il nome, riducendo il diametro esterno dell'anello interno su un lato e aumentando il diametro interno dell'anello esterno su un lato. Ciò consente di assemblare un numero maggiore di sfere nella pista interna o esterna e quindi inserirle a pressione sul rilievo. A volte l'anello esterno verrà riscaldato per facilitare il montaggio. Come la costruzione slot-fill, la costruzione con pista alleggerita consente un numero maggiore di palline rispetto alla costruzione Conrad, fino al pieno riempimento compreso, e il numero extra di palline offre una capacità di carico aggiuntiva. Tuttavia, un cuscinetto ad anello scarico può supportare solo carichi assiali significativi in una direzione.
Cuscinetto a sfere da corsa fratturato
Un altro modo per montare le sfere in un cuscinetto a sfere radiale è "fratturare" radialmente uno degli anelli completamente, caricare le sfere, riassemblare la parte fratturata e quindi utilizzare una coppia di fasce d'acciaio per trattenere l'anello fratturato. sezioni insieme in allineamento. Ancora una volta, questo consente l'uso delle sfere, compreso il pieno complemento di sfere, tuttavia, a differenza delle costruzioni con riempimento di scanalature o piste alleggerite, può supportare un carico assiale significativo in entrambe le direzioni.
Cuscinetti con flangia sull'anello esterno semplificano il posizionamento assiale. L'alloggiamento per questi tipi di cuscinetti a sfere può essere costituito da un foro passante di diametro uniforme, ma la faccia di ingresso dell'alloggiamento deve essere lavorata perpendicolarmente all'asse del foro. Tuttavia tali flange sono molto costose da produrre. Una disposizione economicamente vantaggiosa dell'anello esterno del cuscinetto, con vantaggi simili, è una scanalatura dell'anello elastico su una o entrambe le estremità del diametro esterno. L'anello elastico assume la funzione di flangia.
Cuscinetto a sfere in gabbia
gabbie sono tipicamente utilizzati per fissare le sfere in un cuscinetto a sfere stile Conrad. In altri tipi di costruzione dei cuscinetti a sfere, a seconda della forma specifica della gabbia, il numero di sfere può diminuire e quindi la capacità di carico. Senza gabbie, la posizione tangenziale è stabilizzata dallo scorrimento di due superfici convesse l'una sull'altra. Con una gabbia, la posizione tangenziale è stabilizzata dallo scorrimento di una superficie convessa su una superficie concava accoppiata, che evita ammaccature nelle sfere e ha un minore attrito.
Cuscinetto a sfere ibrido
Sfere con cuscinetti in ceramica possono pesare fino al 40% in meno rispetto a quelli in acciaio, a seconda delle dimensioni e del materiale. Ciò riduce il carico centrifugo e lo slittamento, pertanto i cuscinetti ceramici ibridi possono funzionare dal 20% al 40% più velocemente rispetto ai cuscinetti convenzionali. Ciò significa che la scanalatura esterna esercita meno forza verso l'interno contro la sfera mentre il cuscinetto gira. Questa riduzione della forza riduce l'attrito e la resistenza al rotolamento. Le sfere più leggere consentono al cuscinetto di ruotare più velocemente e di utilizzare meno energia per mantenere la sua velocità.
Questi cuscinetti utilizzare sia le sfere in ceramica che la corsa. Questi cuscinetti sono resistenti alla corrosione e raramente richiedono lubrificazione, se non del tutto. A causa della rigidità e durezza delle sfere e della pista, questi cuscinetti sono rumorosi alle alte velocità. La rigidità della ceramica rende questi cuscinetti fragili e soggetti a rompersi sotto carico o impatto. Poiché sia la sfera che l'anello hanno una durezza simile, l'usura può portare alla scheggiatura ad alte velocità sia delle sfere che dell'anello, con conseguente formazione di scintille.
Materiali utilizzati nei cuscinetti a sfera
materiali utilizzati per realizzare i cuscinetti a sfera variano ampiamente, ma c'è sempre stata una grande attenzione al materiale degli anelli. Ciò garantisce un'interazione coordinata tra gabbia, anelli esterni ed interni. Ciò è spesso importante quando l'applicazione prevede il riscaldamento o il raffreddamento del cuscinetto. Le prestazioni di funzionamento dei cuscinetti a sfere sono importanti; devono essere buoni. Di seguito è riportato un elenco dei materiali più comuni utilizzati per la produzione dei cuscinetti a sfere e la loro relazione con i materiali degli anelli:
Maggiore durezza e quindi durata più lunga
Costo inferiore
Buono per temperature da 120°C costanti fino a 150°C intermittenti
Scarsa resistenza alla corrosione
Questo è l'acciaio standard per la maggior parte dei cuscinetti a sfera. È più duro dell'acciaio inossidabile, il che significa una maggiore durata. Presenta inoltre qualità di silenziosità superiori rispetto all'acciaio inossidabile standard di grado 440. L'acciaio al cromo in realtà ha un basso contenuto di cromo e non è resistente alla corrosione. L'acciaio al cromo può tollerare temperature continue fino a 120°C. Al di sopra di questa temperatura subisce una maggiore variazione dimensionale e la durezza ne risente riducendo la capacità di carico. Può resistere fino a 150°C in modo intermittente ma al di sopra di questa temperatura la durata dei cuscinetti è notevolmente ridotta.
Acciaio inossidabile martensitico grado 440 (prefisso "S")
Buona resistenza alla corrosione dell'acqua e di molti prodotti chimici deboli
Adatto per temperature costanti da -70°C a 250°C o temperature intermittenti di 300°C
Leggermente più morbido dell'acciaio al cromo e quindi capacità di carico inferiori
Corrosione in acqua salata o nebbia salina, scarsa resistenza agli acidi e agli alcali
costoso dell'acciaio cromato
resistente alla corrosione grazie al maggiore contenuto di cromo e all'aggiunta di nichel, l'acciaio inossidabile di grado 440 è più comunemente utilizzato per i cuscinetti a sfere resistenti alla corrosione. Il cromo reagisce con l'ossigeno presente nell'aria per formare uno strato di ossido di cromo sulla superficie dell'acciaio, chiamato film di passivazione. È indurito mediante trattamento termico e ha una buona combinazione di robustezza e resistenza alla corrosione. A differenza dell'acciaio austenitico di grado 300, questo acciaio è magnetico.
La capacità di carico del grado AISI440 è inferiore di circa il 20% rispetto a quella dell'acciaio al cromo, quindi la durata sarà leggermente ridotta. Questo grado mostra una buona resistenza alla corrosione se esposto all'acqua dolce e ad alcuni prodotti chimici più deboli, ma si corrode in ambienti con acqua di mare o quando viene a contatto con molti prodotti chimici aggressivi.
Acciaio inossidabile di grado KS440/ACD34/X65Cr13 con un contenuto di carbonio inferiore, rispetto al grado standard AISI440C, ha una maggiore resistenza alla corrosione, maggiore capacità di carico (circa il 10% inferiore rispetto all'acciaio al cromo) ed eccellenti qualità di silenziosità. L'acciaio inossidabile grado 440 può resistere anche a temperature più elevate dell'acciaio al cromo, fino a 250°C costanti e fino a 300°C intermittenti, ma con capacità di carico ridotta. Al di sopra dei 300°C la durata dei cuscinetti è notevolmente ridotta.
Eccellente resistenza alla corrosione all'acqua, all'acqua salata e a molti prodotti chimici
Adatto per temperature a pieno carico fino a 500°C
Adatto per applicazioni criogeniche fino a -250°C
Risposta trascurabile ai campi magnetici
Costoso rispetto al grado 440 a causa della resa inferiore.
Adatto solo per carichi molto bassi e basse velocità
Non adatto per applicazioni a bassa rumorosità
I cuscinetti in acciaio inossidabile di grado 316 sono utilizzati per una migliore resistenza alla corrosione dell'acqua di mare, della nebbia salina e di alcuni acidi/alcali. Sono adatti per applicazioni a temperature molto elevate poiché l'acciaio può essere utilizzato a temperature fino a 500°C. Possono essere utilizzati anche in applicazioni criogeniche, poiché l'acciaio rimane duttile fino a -250°C. A differenza dei cuscinetti di grado 440, i cuscinetti in acciaio inossidabile 316 sono classificati come non magnetici a causa della loro risposta trascurabile ai campi magnetici, sebbene l'acciaio inossidabile 316 possa diventare magnetico dopo la lavorazione a freddo.
L'acciaio inossidabile di grado 316 non può essere indurito mediante trattamento termico e può supportare solo carichi e velocità bassi. I cuscinetti a sfere in acciaio inossidabile 316 hanno valori di carico e velocità significativamente inferiori rispetto ai cuscinetti equivalenti di classe 440. L'acciaio inossidabile di grado 316 mostra una buona resistenza alla corrosione in ambienti marini se utilizzato sopra la linea di galleggiamento o temporaneamente immerso se lavato con acqua pulita. Non adatto per l'immersione permanente a meno che non sia presente un flusso d'acqua regolare ad alta velocità sul cuscinetto. Questo perché il film di passivazione sulla superficie dell'acciaio inossidabile dipende dalla presenza di ossigeno per rigenerarsi. In ambienti marini subacquei a basso contenuto di ossigeno, come acqua di mare stagnante o sotto fango/limo, l'acciaio può essere soggetto a vaiolatura o corrosione interstiziale. L'acciaio inossidabile 316 è meno resistente all'acqua calda del mare. La corrosione per vaiolatura è un rischio in acqua di mare a temperature superiori a 30°C, mentre la corrosione interstiziale può verificarsi a 10-15°C. Il grado 316 è comunque resistente alla corrosione rispetto al 440. I cuscinetti in acciaio inossidabile di grado 316 possono essere utilizzati a temperature elevate, a condizione che venga utilizzato materiale della gabbia adatto o che il cuscinetto sia pieno. Polietilene, PEEK o PTFE sono comunemente utilizzati per le gabbie dei cuscinetti in acciaio inossidabile 316.
Plastica di ingegneria
Resina acetalica/POM-C (AC)
Eccellente resistenza alla corrosione all'acqua, all'acqua salata e agli agenti chimici deboli
Non magnetico
È possibile solo la gradazione di semiprecisione
Intervallo di temperatura da -40 ° C a + 110 ° C
Adatto solo per carichi molto bassi e basse velocità
PEEK (PK)
Eccellente resistenza alla corrosione all'acqua, all'acqua salata e alla maggior parte dei prodotti chimici
Buone prestazioni alle alte temperature
Non magnetico
Ampio intervallo di temperature da -70°C a +250°C
Solo semiprecisione ma maggiore resistenza, quindi adatta a carichi e velocità più elevati rispetto ad altre materie plastiche
Polietilene (PE)
Eccellente resistenza alla corrosione all'acqua, all'acqua salata e a molti prodotti chimici
Assorbimento di umidità estremamente basso
Non magnetico
Intervallo di temperatura da -40 ° C a + 80 ° C
Adatto solo per carico basso, bassa velocità e semiprecisione
PTFE (PT)
Eccellente resistenza alla corrosione all'acqua, all'acqua salata e alla maggior parte dei prodotti chimici
Assorbimento di umidità estremamente basso
Buone prestazioni alle alte temperature
Non magnetico
Intervallo di temperatura molto ampio da -190°C a +200°C
Adatto solo per carichi e velocità inferiori rispetto ad altre plastiche e semiprecisione
PVDF (PV)
Eccellente resistenza alla corrosione all'acqua, all'acqua salata e alla maggior parte dei prodotti chimici
Assorbimento di umidità estremamente basso
Può resistere a temperature più elevate rispetto all'acetale e al polipropilene
Non magnetico
Intervallo di temperatura abbastanza ampio da -50°C a +150°C
Adatto solo per carico basso, bassa velocità e semiprecisione
I cuscinetti polimerici standard resistenti alla corrosione di AUB sono dotati di anelli in resina poliossimetilene (POM-C), gabbie in nylon (PA66) e sfere in acciaio inossidabile 316 o vetro. Sono adatti anche per applicazioni alimentari. Tuttavia, si corrodono in presenza di determinati prodotti chimici e le gabbie in PA66 assorbono acqua dopo un'esposizione prolungata, con conseguente perdita di resistenza alla trazione. Esistono molti materiali alternativi per anelli, gabbie e sfere come polipropilene, PTFE, PEEK o PVDF.
Tutti i cuscinetti in plastica sono cuscinetti di semiprecisione e, come i cuscinetti in acciaio inossidabile 316, non devono essere utilizzati in applicazioni di precisione. A causa del materiale più morbido, sebbene il PEEK abbia una migliore capacità di carico, non sono adatti a nient'altro che carichi bassi e basse velocità. I materiali PTFE, PEEK e PVDF variano in termini di resistenza alla corrosione per fornire la migliore resistenza chimica complessiva.
Quando si utilizzano cuscinetti in plastica ad alte temperature, è necessario prestare attenzione nella selezione del materiale corretto. I cuscinetti in acetale non devono essere utilizzati a temperature superiori a 110°C, il polipropilene solo fino a 80°C, ma altri materiali hanno una buona resistenza alle alte temperature, in particolare PTFE e PEEK, che sono adatti per temperature fino a 250°C, nonostante il carico inferiore classificazione del PTFE. In generale, i cuscinetti in plastica non sono consigliati per le applicazioni con vuoto. L'eccezione è il PEEK, che ha ottime proprietà di degassamento.
Ceramici
Zirconia / ZrO2 (prefisso "CCZR")
Elevata resistenza alla corrosione da acidi e alcali, ma può degradarsi dopo un'esposizione prolungata all'acqua calda o al vapore. Sono stati condotti studi anche sulla degradazione della zirconia a bassa temperatura in presenza di umidità o acqua. Esistono prove di un certo indebolimento della superficie, ma l'effetto sulle prestazioni dei cuscinetti non è conclusivo e non si ritiene possa influenzare seriamente i cuscinetti in zirconio a basse temperature o a temperatura ambiente.
Ampio intervallo di temperature da -190°C a 400°C senza gabbia
Non magnetico ed elettricamente isolante
Velocità e carico inferiori rispetto ai cuscinetti in acciaio
Non adatto per applicazioni a bassa rumorosità
75% della densità dell'acciaio
Maggiore resistenza alla flessione e modulo elastico inferiore rispetto ad altre ceramiche, quindi migliore per piccoli carichi d'urto e accoppiamenti con interferenza
Espansione simile all'acciaio al cromo e uguale all'acciaio inossidabile 440, quindi nessun problema da utilizzare con alberi in acciaio ad alta temperatura
Ottima resistenza alla corrosione all'acqua, all'acqua salata, agli acidi e agli alcali
Intervallo di temperatura molto ampio da -210°C a 800°C senza gabbia
Non magnetico, elettricamente isolante e adatto all'uso in applicazioni ad alto vuoto
Velocità e carico inferiori rispetto ai cuscinetti di precisione in acciaio, ma nei cuscinetti ibridi ad alta velocità vengono utilizzate sfere Si3N4
Non adatto per applicazioni a bassa rumorosità
40% della densità dell'acciaio
Espansione termica molto bassa, quindi considerare l'adattamento albero/alloggiamento per applicazioni ad alta temperatura
Non consigliato per carichi d'urto o accoppiamenti con interferenza
Migliore resistenza alla corrosione della ceramica
Migliori prestazioni alle alte temperature fino a 1600°C senza gabbia
Non magnetico
Elettricamente conduttivo
40% della densità dell'acciaio
Espansione termica molto bassa, quindi considerare l'adattamento albero/alloggiamento per applicazioni ad alta temperatura
Sono molto fragili e quindi non possono tollerare carichi d'urto
Non fornito a magazzino
I cuscinetti interamente in ceramica sono molto costosi rispetto ai cuscinetti in acciaio e vengono quindi spesso utilizzati in ambienti troppo difficili per i cuscinetti in acciaio. Hanno una resistenza alla corrosione da buona a eccellente, a seconda del materiale e delle sostanze chimiche incontrate, e vengono generalmente forniti senza lubrificazione. Non sono magnetici e, a differenza del carburo di silicio, sono elettricamente isolanti. I cuscinetti interamente in ceramica possono avere gabbie in PTFE o PEEK oppure essere forniti a pieno riempimento, ovvero senza gabbie. Se forniti come supplemento completo possono essere utilizzati a temperature molto elevate.
Poiché la ceramica è molto più dura dell'acciaio, è fragile. L'acciaio può resistere a grandi impatti attraverso la deformazione plastica, mentre la ceramica è soggetta a fessurazioni. Pertanto, i cuscinetti interamente in ceramica, in particolare il nitruro di silicio e il carburo di silicio, non sono consigliati per l'uso laddove sono probabili carichi d'urto pesanti. A causa della maggiore fragilità, i cuscinetti interamente in ceramica possono sopportare circa il 65%-75% del carico dei cuscinetti in acciaio. La velocità limite dei cuscinetti interamente in ceramica è solo circa il 25% della velocità dello stesso cuscinetto in acciaio, perché gli anelli sono meno rotondi e c'è un rischio maggiore di guasti improvvisi a causa della minore resistenza alla flessione rispetto all'acciaio.
L'utilizzo di cuscinetti in nitruro di silicio o carburo di silicio con alberi o alloggiamenti in acciaio in applicazioni ad alta temperatura può causare problemi di assemblaggio a causa di grandi differenze nel coefficiente di dilatazione. Se non si tiene conto della maggiore dilatazione dell'albero in acciaio nell'anello interno in ceramica alle alte temperature, possono verificarsi danni ai cuscinetti. La zirconia è meno problematica perché il coefficiente di dilatazione è simile a quello dell'acciaio. Per i dettagli consultare la sezione relativa all'adattamento di albero/alloggiamento.
Cuscinetti ibridi (prefisso “CB” o “SCB”): Il nitruro di silicio è il più popolare per le sfere dei cuscinetti ibridi poiché ha solo il 40% della densità dell'acciaio per cuscinetti ma è molto più duro e offre una maggiore resistenza all'usura. I cuscinetti ibridi sono anche in grado di raggiungere velocità più elevate grazie alla minore forza centrifuga generata dalle sfere in ceramica. Tuttavia, a causa della minore elasticità delle sfere, l'area di contatto tra le sfere e la pista è più piccola, il che provoca una maggiore pressione di contatto. Ciò può causare un'usura più rapida delle piste. L'aumento di velocità per i cuscinetti ibridi è di circa il 30-40% con una lubrificazione adeguata. I cuscinetti ibridi possono anche funzionare meglio con una lubrificazione limitata, ma la velocità di funzionamento dovrebbe essere ridotta. Sono inoltre meno soggetti allo slittamento della palla in caso di accelerazione elevata e carico ridotto.
Fermi dei cuscinetti
I fermi dei cuscinetti distribuiscono le sfere in modo uniforme attorno alle piste per evitare il contatto tra sfere e consentire velocità più elevate. Aiutano inoltre a trattenere il grasso attorno alle sfere e alle piste. Per una maggiore precisione e per prevenire ulteriore attrito, è importante non consentire un movimento radiale eccessivo del fermo. Per questo, la gabbia è guidata da sfere o da uno degli anelli.
Corona/nastro in metallo
Questi fermi standard sono realizzati in acciaio al carbonio per cuscinetti cromati e acciaio inossidabile di grado AISI304 o AISI420 per cuscinetti inossidabili. Questi erano spesso realizzati in ottone che offriva anche una capacità di alta temperatura, ma questo è molto meno comune a causa del costo più elevato dell'ottone e dei progressi nella tecnologia dell'acciaio.
Per temperature più elevate, di solito si consiglia l'acciaio inossidabile. La gabbia della corona e la gabbia a nastro svolgono la stessa funzione, ma la gabbia della corona viene utilizzata principalmente su cuscinetti miniaturizzati più piccoli e cuscinetti a sezione sottile dove lo spazio è limitato. Le gabbie in acciaio sono preferite per condizioni operative difficili e dove si verificano elevati livelli di vibrazioni. Le gabbie in acciaio inossidabile 316 possono essere montate su cuscinetti interamente in ceramica con foro da 8 mm in su.
Adatto per medie e basse velocità
Può resistere a temperature più elevate a seconda del tipo di acciaio
Tipo di corona: guidata dall'anello interno
Tipo di nastro – principalmente guida a sfera
Corona in nylon rinforzato (TW)
Questa gabbia sintetica stampata rinforzata con fibra di vetro presenta caratteristiche di scorrimento migliori rispetto alle gabbie in acciaio e produce minori fluttuazioni della coppia di funzionamento. Può aumentare la velocità massima fino al 60%, quindi viene spesso utilizzato in applicazioni ad alta velocità e presenta buone caratteristiche di silenziosità. Questo fermo non è adatto per applicazioni criogeniche poiché perde la sua elasticità al di sotto di circa 30°C. Nelle applicazioni sotto vuoto potrebbe diventare fragile.
Alta velocità e basso rumore
Intervallo di temperatura circa –
Da 30 a + 120 ° C Palla guidata
Corona in polietilene (PE)
Questo fermo a bassa velocità è realizzato in polietilene ad alta densità (HDPE) e viene utilizzato nei cuscinetti in acciaio inossidabile 316. Ha un'ottima resistenza alla corrosione, quindi può essere utilizzato in presenza di acqua di mare e di molti prodotti chimici.
Molto resistente alla corrosione
Intervallo di temperatura da -40 a +80°C
Anello interno guidato
Corona PEEK (PK)
Le gabbie in PEEK sono comunemente utilizzate nei cuscinetti in ceramica, nei cuscinetti in acciaio inossidabile 316 e nei cuscinetti in PEEK. Sono altamente resistenti alla corrosione, hanno un ampio intervallo di temperature e sono adatti per l'uso in ambienti sotto vuoto.
Molto resistente alla corrosione
Basso degassamento quindi adatto per l'uso sottovuoto
Intervallo di temperatura –
Da 70 a + 250 ° C Anello interno guidato
Corona in PTFE (PT)
Questa gabbia viene utilizzata per cuscinetti in ceramica, cuscinetti in acciaio inossidabile 316 e cuscinetti in PTFE. È altamente resistente alla corrosione e ha un intervallo di temperature molto ampio.
Molto resistente alla corrosione
Intervallo di temperatura –
Da 190 a + 200 ° C Anello interno guidato
Corona in nylon (PA)
Questo viene utilizzato principalmente nei nostri cuscinetti in plastica acetalica. A differenza della gabbia TW, questa non è una gabbia rinforzata quindi non adatta alle alte velocità. È resistente alla corrosione ma può gonfiarsi dopo alcuni mesi se utilizzato costantemente in acqua o in un ambiente costantemente umido.
Resistente alla corrosione
Intervallo di temperatura da -30 a +100°C
Anello interno guidato
Complemento completo (F/B)
Un cuscinetto a pieno riempimento (o a sfere completo) contiene sfere extra e non ha fermo. Viene utilizzato per la sua maggiore capacità di carico radiale sebbene la capacità di carico assiale sia molto ridotta. Questi cuscinetti possono essere utilizzati solo a basse velocità e la coppia dei cuscinetti aumenta a causa dell'attrito tra sfere. Il miglioramento delle tecniche di tempra e dell'acciaio ha aumentato le capacità di carico dei cuscinetti con gabbie e i cuscinetti a pieno riempimento sono ora molto meno comuni.
Maggiore capacità di carico radiale
Velocità molto inferiori rispetto al tipo con gabbia
Basso carico assiale
Maggiore coppia dei cuscinetti
Combattere i problemi comuni di contenzione
Dalla mancata lubrificazione al disallineamento, i guasti dei cuscinetti si verificano per una serie di ragioni. Gli apparecchi di contenzione, tuttavia, possono soccombere a due problemi comuni:
In cerchio
Il fenomeno in cui il fermo oscilla come un hula-hoop provoca picchi di coppia nel gruppo rotante. Il fermo deve seguire un vero piano circonferenziale concentrico al diametro primitivo delle sfere.
Riagganciare (chiusura)
Quando viene applicato un carico assiale a cuscinetti statici che hanno l'asse dell'albero in modalità orizzontale, le sfere cadono verso il basso in una posizione in cui sono distanziate in modo diseguale prima dell'applicazione del carico. Quando viene applicato il carico assiale, le sfere vengono schiacciate tra le piste interne ed esterne. Ora che le sfere sono tenute saldamente in posizioni distanziate in modo diseguale, il fermo si blocca. Questo legame è chiamato "riagganciare il fermo". Una volta iniziata la rotazione del cuscinetto, il fermo viene sollecitato e alcune sfere potrebbero scivolare causando danni che daranno inizio al cedimento prematuro del cuscinetto.
Protezioni e guarnizioni dei cuscinetti
I cuscinetti hanno diversi tipi di scudi e sigilli, spesso chiamate chiusure. Queste chiusure non sono sempre necessarie; tuttavia, i cuscinetti schermati e sigillati forniscono una migliore protezione dalla contaminazione e aiutano a trattenere i lubrificanti dei cuscinetti.
Scudo (ZZ)
La maggior parte dei nostri cuscinetti hanno scudi metallici. Lo schermo è progettato per impedire l'ingresso di particelle più grandi nel cuscinetto mantenendo il grasso all'interno del cuscinetto. Possono essere premuti nell'anello esterno del cuscinetto (non rimovibili) o fissati tramite anelli di sicurezza (rimovibili). Poiché la protezione non entra in contatto con la pista interna, non vi è alcun aumento della coppia di avviamento o di funzionamento. Le protezioni sui cuscinetti in acciaio inossidabile sono generalmente realizzate in acciaio inossidabile AISI 304.
Prevenire la contaminazione da particelle più grandi
Ridurre le perdite di lubrificante
Non aumentare la coppia
Ampio intervallo di temperature, soprattutto per l'acciaio inossidabile
Guarnizione a contatto (2RS)
Le guarnizioni dei cuscinetti standard sono costituite da gomma nitrile/BUNA-N incollata su una rondella metallica. Le rondelle sono realizzate in acciaio laminato a freddo SPCC per cuscinetti in acciaio cromato o in acciaio inossidabile 304 per cuscinetti in acciaio inossidabile. Alcune misure sono disponibili con guarnizioni in PTFE per alte temperature (fino a 250°C) o guarnizioni in Viton (fino a 230°C). Il labbro interno della guarnizione sfrega contro l'anello interno del cuscinetto per fornire una tenuta efficace contro particelle più piccole come polvere e umidità, prevenendo al contempo perdite di lubrificante. Le tenute a contatto generano livelli di coppia di attrito molto più elevati rispetto alle tenute e ridurranno la velocità massima del cuscinetto. Al di sotto di -40°C il nitrile e il viton si induriscono e forniscono una scarsa tenuta, pertanto per temperature molto basse è necessario prendere in considerazione guarnizioni in PTFE o schermi metallici.
Buona protezione contro l'inquinamento
Riduce significativamente le perdite di lubrificante
Velocità massima ridotta di circa il 40%
Coppia dei cuscinetti notevolmente aumentata
Temperatura. Campo –40°C/+110°C per NBR
Temperatura. Campo PE –50°C/+110°C
Temperatura. Gamma Viton –40°C/+230°C
Temperatura. Intervallo PEEK –70°C/+250°C
temperatura. Gamma PTFE –190°C/+250°C
Guarnizione senza contatto (2RU)
Anche queste guarnizioni sono realizzate in gomma nitrilica incollata su rondelle metalliche, ma non sfregano contro la pista interna del cuscinetto e quindi hanno un effetto minore sulla coppia del cuscinetto e sulla velocità massima rispetto alle guarnizioni a contatto e possono quindi essere utilizzate in applicazioni a bassa coppia e alta velocità . Forniscono una protezione migliore rispetto alla schermatura metallica ma non sigillano bene il contatto.
Buona protezione contro l'inquinamento
Ridurre le perdite di lubrificante
Nessun aumento di coppia
Non influisce sulla velocità massima
Temperatura. Campo –40°C/+110°C per NBR
Temperatura. Campo PE –50°C/+110°C
Temperatura. Intervallo PEEK –70°C/+250°C
Temperatura. Gamma PTFE –190°C/+250°C
Hai bisogno di cuscinetti protetti da elevata contaminazione?
Per le applicazioni nell'industria alimentare e delle bevande o farmaceutica, le apparecchiature devono rispettare rigorosi standard di igiene e sicurezza. In questi ambienti, la protezione dalla contaminazione è fondamentale, quindi è vantaggioso scegliere una tenuta strisciante per garantire che lo sporco non penetri nel cuscinetto. Per le apparecchiature che gestiscono lavaggi regolari, una guarnizione a contatto fornirà anche un'efficace resistenza all'acqua. Ciò impedirà la fuoriuscita del grasso dal cuscinetto, dallo slittamento o dal surriscaldamento del rullo o della sfera. Molti cuscinetti in acciaio in questo settore richiedono la fornitura di lubrificanti non tossici che soddisfano gli standard H1 o H2 della NSF.
Il cuscinetto funzionerà in condizioni di temperature estreme?
I cuscinetti metallici schermati possono generalmente resistere a temperature più elevate rispetto ai cuscinetti sigillati. Per applicazioni ad alta temperatura, i cuscinetti in acciaio inossidabile di grado 440 possono essere utilizzati a temperature fino a 300°C. Se esposte a condizioni estreme, la gomma o la plastica possono sciogliersi e, se i detriti si sciolgono ed entrano nelle piste, possono causare il cedimento del cuscinetto. In questi casi si consigliano cuscinetti schermati.
A quale velocità funzionerà il cuscinetto?
Per le applicazioni ad alta velocità come il ciclismo e lo skateboard, le guarnizioni senza contatto sono la scelta preferita. Offre una migliore protezione dalla contaminazione rispetto alle protezioni e le guarnizioni senza contatto non influiscono sulla velocità massima o sulla coppia dei cuscinetti.
capacità di carico è una linea guida per il carico che un cuscinetto può sopportare in un'applicazione e viene utilizzata nei calcoli della durata. Esprimiamo sempre il coefficiente di carico di un cuscinetto in Kgf (chilogrammo forza). Questa è la forza esercitata da un chilogrammo di massa sulla superficie terrestre. Altrove, potresti vedere le forze espresse in Newton. Un Newton è definito come la forza che accelera una massa di un chilogrammo alla velocità di un metro al secondo (o 1 m/s²). Poiché la gravità sulla superficie terrestre è 9.80665 m/s², 1 Kgf = 9.80665 Newton, ma per semplicità diciamo 1 Kgf = 10 Newton.
Coefficiente di carico radiale dinamico
Il coefficiente di carico radiale dinamico è ufficialmente definito come: "Carico radiale costante del 90% in un set di cuscinetti identici in acciaio al cromo, con solo l'anello interno che ruota, per un milione di giri prima di mostrare segni di fatica".
Un milione di giri può sembrare molto, ma diamo un'occhiata più da vicino. Se si corre a circa 10,000 giri al minuto (rpm) e si applica il carico dinamico massimo, il cuscinetto durerà solo poco più di un'ora e mezza (100 minuti).
Questi numeri vengono utilizzati per calcolare la durata nominale, ma nelle applicazioni normali i cuscinetti non dovrebbero essere soggetti a carichi simili a meno che non si preveda che durino molto a lungo.
Se è necessaria una lunga durata, è meglio limitare il carico effettivo tra il 6% e il 12% del coefficiente di carico dinamico del cuscinetto. Può sopportare carichi più pesanti, ma la vita sarà ridotta.
I cuscinetti in acciaio inossidabile AISI440C/KS440 supportano circa l'80% - 85% delle cifre di carico dei cuscinetti in acciaio cromato. I valori di carico dei cuscinetti reggispinta si basano su un carico assiale costante di un milione di giri. Il team di esperti di AUB Bearings può aiutare a fornire dati sulla durata nominale per un'ampia gamma di cuscinetti diversi.
Carico radiale statico nominale
I coefficienti di carico radiale statico sono carichi radiali puri (o carichi assiali per i cuscinetti reggispinta) che causano una deformazione permanente completa delle sfere o delle piste.
Carichi statici vicini a questo numero possono essere accettabili per alcune applicazioni, ma non dove è richiesta morbidezza o precisione. I coefficienti di carico statico per i cuscinetti in acciaio inossidabile sono circa dal 75% all'80% di quelli per i cuscinetti in acciaio al cromo.
La capacità di carico di un cuscinetto può essere limitata dal lubrificante. Alcuni lubrificanti sono adatti solo per carichi leggeri, mentre altri sono progettati per applicazioni con carichi elevati. I cuscinetti a pieno riempimento hanno coefficienti di carico più elevati. La capacità di carico assiale dei cuscinetti radiali a sfere può essere aumentata specificando un gioco radiale libero.
Carico assiale nominale
I tipi di cuscinetti per carichi pesanti come le serie 6200 o 6300 possono sopportare carichi assiali fino al 50% del carico radiale statico nominale. A causa delle piste poco profonde, i cuscinetti a sfere con gola profonda a pareti sottili possono sopportare solo carichi assiali compresi tra il 10% e il 30% del coefficiente di carico radiale statico del cuscinetto.
Si noti che queste cifre si basano su carichi assiali puri. Carichi o momenti radiali aggiuntivi (carichi di disallineamento) influenzeranno la capacità di carico assiale. Il superamento dei limiti totali consigliati per i carichi combinati avrà un effetto negativo sulla durata dei cuscinetti.
I cuscinetti a pieno riempimento di sfere hanno una scanalatura di riempimento ricavata negli anelli interno ed esterno. Sotto carichi assiali, la scanalatura interferisce con la rotazione della sfera, pertanto i cuscinetti a pieno riempimento non sono consigliati per i carichi assiali.
Cuscinetto vita
Il calcolato vita di un cuscinetto dipende dal carico, dalla velocità operativa e da fattori ambientali. Gli standard di settore in genere richiedono che il 90% dei cuscinetti sia riparabile dopo 1 milione di giri e che il 50% dei cuscinetti sia riparabile dopo 5 milioni di giri. Questo è noto come durata a fatica del cuscinetto. La durata dei cuscinetti viene spesso sottovalutata (per ragioni di sicurezza) e le variabili applicabili vengono utilizzate per calcolare tale durata.
Si può fare anche con la seguente formula:
Gioco interno dei cuscinetti a sfere
Gioco interno o gioco radiale è il grado di gioco tra le sfere e le piste di un cuscinetto.
Il gioco radiale è il gioco misurato perpendicolarmente all'asse del cuscinetto, o in particolare: diametro medio della pista dell'anello esterno meno diametro medio della pista dell'anello interno meno (2 x diametro della sfera).
Il gioco assiale è il gioco misurato lungo l'asse del cuscinetto, chiamato gioco assiale. Il gioco assiale è circa 10 volte il valore del gioco radiale.
Il gioco radiale in un cuscinetto prima dell'installazione può essere definito gioco radiale “iniziale”. Il gioco radiale “residuo” o “di funzionamento” è ciò che rimane dopo l'installazione del cuscinetto. Idealmente, il gioco radiale residuo nel cuscinetto dovrebbe essere zero per minimizzare lo slittamento delle sfere e ridurre il gioco assiale (gioco finale), quindi è molto importante scegliere correttamente il gioco radiale iniziale.
Durante l'installazione, sono molti i fattori che possono modificare il gioco radiale. Un accoppiamento stretto dell'albero (comunemente chiamato accoppiamento con interferenza o accoppiamento a pressione) in cui l'albero è leggermente più grande dell'anello interno del cuscinetto allungherà l'anello interno, rendendolo più grande. Ciò riduce il gioco radiale dell'accoppiamento con interferenza fino all'80%. Una situazione simile può verificarsi se l'anello esterno è saldamente accoppiato all'alloggiamento. Anche la differenza tra la temperatura dell'albero e quella della custodia può essere un problema. Se l'anello interno del cuscinetto è più caldo dell'anello esterno, si espanderà e ridurrà il gioco radiale. Questo può essere calcolato come segue:
Acciaio al cromo: 0.0000125 x (temperatura anello interno – temperatura anello esterno °C) x diametro pista anello esterno* in mm.
Acciaio inossidabile 440: 0.0000103 x (temperatura anello interno – temperatura anello esterno °C) x diametro pista anello esterno * (mm).
* Il diametro della pista dell'anello esterno può essere calcolato approssimativamente come: 0.2 x (d + 4D) dove d è il foro in mm e D è il diametro esterno in mm.
Possono verificarsi anche problemi, ad esempio l'albero è realizzato con un materiale diverso rispetto ai cuscinetti e all'alloggiamento e si dilata a causa di un diverso coefficiente di dilatazione. In questo caso potrebbero essere necessari cuscinetti con gioco radiale minore.
Il gioco radiale standard è generalmente adatto e questi cuscinetti sono facilmente disponibili, ma a volte è consigliato un gioco non standard. Se il carico è puramente radiale, un gioco radiale ridotto favorisce una bassa rumorosità, una maggiore rigidità e una precisione di funzionamento. Per carichi assiali elevati è auspicabile un gioco radiale minore poiché aumenta la capacità di carico assiale del cuscinetto. Inoltre, consentirà di compensare meglio il disallineamento tra l'albero e l'alloggiamento.
Gioco radiale stretto (MC1/MC2, PO2/P13, C2): Considerato per carichi puramente radiali e applicazioni a bassa rumorosità e basse vibrazioni. Fare attenzione ai carichi assiali, alle applicazioni ad alta velocità, alle forti vibrazioni e alle applicazioni con coppia molto bassa. Non deve essere utilizzato un adattamento con interferenza.
Gioco radiale medio (MC3/MC4, P24/P35, CN): più comunemente usato e disponibile come standard, ad eccezione dei cuscinetti interamente in ceramica con C3 come standard.
Gioco radiale ampio (MC5/MC6, P58/P811, C3/C4): A causa della maggiore capacità di carico di spinta, considerare carichi assiali più elevati. Possono essere tollerati accoppiamenti con interferenze maggiori e disallineamenti dell'albero. Adatto anche per carichi pesanti o carichi d'urto. Non consigliato per applicazioni a bassa rumorosità a meno che non siano adatti giochi radiali più stretti.
Gioco radiale medio (MC3/MC4, P24/P35, CN): Più comunemente utilizzati e disponibili di serie, ad eccezione dei cuscinetti interamente in ceramica con C3 di serie.
Gioco radiale ampio (MC5/MC6, P58/P811, C3/C4): A causa della maggiore capacità di carico di spinta, considerare carichi assiali più elevati. Possono essere tollerati accoppiamenti con interferenze maggiori e disallineamenti dell'albero. Adatto anche per carichi pesanti o carichi d'urto. Non consigliato per applicazioni a bassa rumorosità a meno che non siano adatti giochi radiali più stretti.
Il gioco radiale non ha nulla a che fare con la classe di precisione o la tolleranza. Un cuscinetto allentato non significa necessariamente una bassa precisione del cuscinetto. È possibile utilizzare cuscinetti di classe P4 (Abec7) con gioco radiale più ampio, così come è possibile utilizzare cuscinetti P0 (Abec1) con gioco radiale più stretto, un gioco eccessivo indica la necessità di un gioco radiale più stretto o di un precarico assiale.
Nelle applicazioni a bassa rumorosità o ad alta velocità, è auspicabile un gioco radiale residuo pari a zero. Ciò fornisce maggiore rigidità, riduce il rumore, fornisce una maggiore precisione di corsa ed elimina lo slittamento della sfera in accelerazione. Ciò si ottiene applicando un precarico al cuscinetto. Questo è il carico assiale applicato all'anello interno o esterno per contrastare l'effetto dell'anello esterno sull'anello interno ed eliminare il gioco radiale.
precarico viene solitamente applicato mediante l'uso di rondelle ondulate o elastiche e viene solitamente applicato a un anello stazionario che dovrebbe avere un accoppiamento scorrevole con l'albero o l'alloggiamento per consentire il movimento assiale. Se il cuscinetto è incollato all'albero o all'alloggiamento, è possibile utilizzare un peso per mantenere il cuscinetto precaricato mentre l'adesivo polimerizza. La quantità di precarico dovrebbe essere la più piccola possibile. Un precarico eccessivo comporterà una coppia di attrito elevata e un rapido guasto.
Precarico guida
Categoria di precarico | Importo precarico Cuscinetto in miniatura e piccolo (Cr = coefficiente di carico dinamico di base) | Importo precarico Cuscinetto standard (Cr = coefficiente di carico dinamico di base) | Caratteristiche |
| Leggero precarico | 0.50% x Cr | 0.15% x Cr | Rigidità del cuscinetto non richiesta. Enfasi sulla coppia bassa. |
| Precarico leggero | 1.25% x Cr | 0.58% x Cr | Sono necessarie sia la rigidità del cuscinetto che una bassa coppia. |
| Precarico medio | 1.75% x Cr | 1.28% x Cr | Enfasi sulla rigidità dei cuscinetti. Coppia relativamente elevata. |
| Precarico pesante | 2.50% x Cr | 2.64% x Cr | Enfasi sulla rigidità dei cuscinetti. Coppia elevata. |
Velocità massima del cuscinetto a sfere
Numerosi fattori influiscono sulla limitazione della velocità dei cuscinetti a sfere, quali temperatura, carico, vibrazioni, gioco radiale, fermo, lubrificante, materiale delle sfere e chiusure.
Le velocità indicate nei nostri disegni tecnici sono solo approssimative e valide per cuscinetti utilizzati su un albero orizzontale con gabbia metallica, grado di tolleranza e gioco radiale standard, carico medio, anello interno rotante e lubrificante adatto (vedere sotto). Le applicazioni con albero verticale richiederanno una riduzione della velocità massima di circa il 20% a causa della guida ridotta della gabbia e della ritenzione meno efficace del lubrificante.
Temperature eccessive e carichi più elevati richiederanno anche velocità inferiori. I cuscinetti dotati di tenute striscianti non possono raggiungere la stessa velocità a causa del maggiore attrito tra il labbro della tenuta e l'anello interno del cuscinetto. Anche la scelta del lubrificante può avere un impatto significativo sulla velocità nominale. La velocità massima alla quale un lubrificante può funzionare efficacemente varia a seconda del tipo.
I seguenti fattori di regolazione sono approssimativi e basati su cuscinetti con corone metalliche o gabbie a nastro. Se viene utilizzato un lubrificante adatto, la velocità massima del cuscinetto può essere aumentata utilizzando gabbie in nylon o fenoliche. L'uso di sfere in ceramica può aumentare la velocità del cuscinetto fino al 40%, ma le sfere in ceramica riducono anche la capacità di carico del cuscinetto a causa della maggiore sollecitazione sugli anelli del cuscinetto causata dalle sfere in ceramica più dure.
Tabella di riduzione della velocità:
| Anello interno rotante | Anello esterno rotante | ||
|---|---|---|---|---|
Apri/ZZ | 2RS | Apri/ZZ | 2RS | |
Olio di petrolio | Riduzione nulla | Riduzione del 40% | Riduzione del 20% | Riduzione del 40% |
Olio sintetico | Riduzione nulla | Riduzione del 40% | Riduzione del 20% | Riduzione del 40% |
Olio di silicone | Riduzione del 30% | Riduzione del 40% | Riduzione del 50% | Riduzione del 50% |
Grasso standard | Riduzione del 30% | Riduzione del 40% | Riduzione del 50% | Riduzione del 50% |
Grasso ad alta velocità | Riduzione nulla | Riduzione del 40% | Riduzione del 20% | Riduzione del 40% |
Grasso al silicone | Riduzione del 30% | Riduzione del 40% | Riduzione del 50% | Riduzione del 50% |
Coppia di attrito del cuscinetto a sfere
La coppia di attrito influisce sulla corsa libera del cuscinetto. I cuscinetti che contengono grasso tenace avranno difficoltà a girare. Ciò significa che ha un momento di attrito relativamente elevato. Un cuscinetto non lubrificato ruoterà liberamente, il che significa che ha una bassa coppia di attrito. La forza necessaria per far girare un cuscinetto dipende in gran parte dalla rotondità del cuscinetto, dal carico applicato, dalla lubrificazione e dalla chiusura. La migliore rotondità e finitura superficiale delle sfere e delle piste significa che è necessaria meno forza per far girare il cuscinetto. Maggiore è il carico, maggiore è la deformazione dei componenti del cuscinetto, con conseguente aumento della resistenza.
Per quanto riguarda la lubrificazione, gli oli indicatori generalmente producono livelli di coppia inferiori, soprattutto a velocità molto basse, ma la differenza tra questi oli e molti grassi a bassa coppia può essere molto piccola, soprattutto se si utilizzano bassi livelli di grasso. I lubrificanti ad alta viscosità possono aumentare significativamente la coppia dei cuscinetti grazie alla maggiore resistenza del lubrificante. I cuscinetti a grasso subiscono brevi picchi nei livelli di coppia poiché il grasso impiega poco tempo per "rodarsi" o distribuirsi all'interno del cuscinetto. Le tenute a contatto aumenteranno notevolmente i valori di coppia. La forza necessaria per ruotare un cuscinetto dalla posizione di riposo (coppia iniziale) è leggermente maggiore della forza necessaria per mantenerlo in rotazione (coppia operativa).
È possibile calcolare cifre approssimative per la coppia di attrito utilizzando questa semplice formula:
Cuscinetti radiali a sfere: 0.5 x 0.0015 x carico radiale in Newton* x foro del cuscinetto (mm)
Cuscinetti assiali a sfere: 0.5 x 0.0013 x carico assiale in Newton* x foro del cuscinetto (mm)
Ciò è valido solo se il cuscinetto ha un riempimento standard di lubrificazione a bassa coppia, non ha guarnizioni striscianti ed è soggetto a bassa velocità e basso carico. Per i cuscinetti radiali a sfere, il carico assiale deve essere inferiore al 20% del carico radiale mentre per i cuscinetti assiali il carico deve essere puramente assiale. Contattaci se hai bisogno di dati precisi che tengano conto della velocità e della viscosità del lubrificante.
Le misure sono in Newton millimetri (Nmm). Si tratta di un'unità di coppia composta corrispondente alla coppia risultante da una forza di un newton (circa 0.1 Kgf) applicata su un braccio distanziatore di un millimetro.
Rumore e vibrazioni dei cuscinetti a sfera
Le vibrazioni eccessive aumentano il rumore dei cuscinetti e possono ridurne significativamente la durata. Gli anelli e le sfere dei cuscinetti non sono perfettamente rotondi e le sfere e le piste, anche dopo un'accurata levigatura e lucidatura, non sono perfettamente lisce. Le imperfezioni di lavorazione sotto forma di superfici ruvide o irregolari possono causare lo spostamento o l'oscillazione di un anello radialmente rispetto all'altro, causando vibrazioni e rumore del cuscinetto. La scorrevolezza o la silenziosità del cuscinetto può essere verificata con un accelerometro che misura le vibrazioni del cuscinetto nell'anello esterno, solitamente l'anello interno ruota a 1800 giri al minuto. Per capire come misurare le vibrazioni dei cuscinetti, è importante capire come funzionano le vibrazioni.
Viene chiamata la quantità di oscillazione in un oggetto vibrante spostamento. Quando l'anello esterno del cuscinetto vibra, la superficie esterna si sposterà verso l'alto fino al limite superiore, poi verso il basso fino al limite inferiore e infine di nuovo al punto iniziale. La misurazione tra il limite superiore e quello inferiore è chiamata spostamento da picco a picco. L'intero movimento di oscillazione dal punto iniziale attraverso i limiti superiore e inferiore e ritorno al punto iniziale è chiamato a ciclo. Questo ciclo di vibrazione si ripeterà finché il cuscinetto ruota. Possiamo anche misurare il numero di questi cicli in un dato tempo. Questo ci dà il frequenza. La frequenza è più comunemente espressa come cicli al secondo (CPS) o Hertz (Hz), che è la stessa cosa.
Le vibrazioni possono aumentare il tasso di fatica e ridurre la durata dei cuscinetti. Le misurazioni degli spostamenti non ci dicono abbastanza. Le vibrazioni in un cuscinetto o in una macchina si verificano solitamente a molte frequenze diverse e tutte contribuiscono alla fatica, quindi dobbiamo tenere conto di tutte queste frequenze di vibrazione nelle nostre misurazioni delle vibrazioni. Possiamo raggiungere questo obiettivo misurando la velocità di vibrazione.
Velocità di vibrazione (spostamento x frequenza) ci dà una buona indicazione della gravità della vibrazione. Se un componente del cuscinetto si muove per una determinata distanza (spostamento) a una determinata velocità (frequenza), deve muoversi a una certa velocità. Maggiore è la misurazione della velocità di vibrazione, più rumoroso è il cuscinetto. La velocità di vibrazione viene misurata su un Bearing Vibration Tester in micron al secondo o su un misuratore Anderon in Anderons. Un Anderon equivale a 7.5 micron al secondo. Le letture sono suddivise in tre bande di frequenza: bassa (da 50 a 300 Hz); medio (da 300 a 1800 Hz) e alto (da 1800 a 10000 Hz). Sebbene la velocità di vibrazione mostri il potenziale di fatica, la forza di vibrazione può causare deformazione alle sfere e agli anelli e può essere molto dannosa alle alte frequenze dove le letture della velocità possono essere piuttosto basse. Per questo motivo misuriamo anche l’accelerazione delle vibrazioni.
Accelerazione delle vibrazioni è un'indicazione della forza vibratoria (forza = massa x accelerazione) e poiché la forza è dannosa a frequenze più elevate, l'accelerazione della vibrazione è una misura utile laddove un cuscinetto subirà frequenze di vibrazione superiori a 2000 Hz. L'accelerazione delle vibrazioni è misurata in G (9.81 m/s²) ma spesso vedrai queste misurazioni convertite in decibel (dB).
Un basso livello di rumore/vibrazioni si ottiene prestando particolare attenzione alla finitura superficiale delle piste e delle sfere, alla rotondità degli anelli e delle sfere e al corretto design della gabbia. Possono essere utilizzati anche grassi a bassa rumorosità finemente filtrati. Questi contengono meno particelle solide più piccole che generano rumore quando passano tra le sfere e la pista.
Fattori esterni come le vibrazioni circostanti possono influenzare il rumore dei cuscinetti. Un altro problema, in particolare con i cuscinetti più piccoli e a sezione sottile, è la distorsione dell'anello causata dalla scarsa rotondità dell'albero o dell'alloggiamento. La contaminazione da sporco o polvere aumenterà anche i livelli di rumore e vibrazioni. A volte la colpa è di una cattiva pratica di montaggio o di una manipolazione errata, che causa carichi d'urto che, a loro volta, creano graffi o ammaccature sulla pista.
Lubrificanti per cuscinetti a sfera
Lubrificazione adeguata è fondamentale per le prestazioni dei cuscinetti. La lubrificazione crea una pellicola sottile tra le aree di contatto del cuscinetto per ridurre l'attrito, dissipare il calore e inibire la corrosione delle sfere e delle piste. I lubrificanti influiscono sulle velocità e temperature massime di esercizio, sui livelli di coppia, sui livelli di rumore e, in ultima analisi, sulla durata dei cuscinetti. I lubrificanti a base minerale o sintetica sono quelli più comunemente utilizzati. Esistono molti tipi diversi progettati per uso generale o ad alta velocità, applicazioni a bassa rumorosità, impermeabilizzazione o temperature estreme.
Lubrificanti siliconici hanno un ampio intervallo di temperature e mostrano minori variazioni di viscosità con la temperatura. Sono anche ben resistenti all'acqua e sicuri da usare con la maggior parte delle materie plastiche. Non sono adatti per carichi elevati e velocità elevate.
Lubrificanti perfluorurati o PFPE sono non infiammabili, compatibili con l'ossigeno e altamente resistenti a molti prodotti chimici. Non reagiscono con plastica o elastomeri. Molti hanno una bassa pressione di vapore e sono adatti per applicazioni sottovuoto o in camera bianca, mentre alcuni possono resistere a temperature superiori a 300°C.
Lubrificanti Secchi Da utilizzare laddove i lubrificanti standard possono causare contaminazione, come negli ambienti sotto vuoto. Materiali comuni come il bisolfuro di molibdeno o il bisolfuro di tungsteno possono essere lucidati o spruzzati sulle sfere e sulle piste per garantire un funzionamento regolare e velocità operative più elevate rispetto ai cuscinetti non lubrificati.
Lubrificanti polimerici solidi sono costituiti da un polimero sintetico impregnato di olio lubrificante, che riempie la maggior parte dello spazio interno del cuscinetto. Questo tipo di lubrificante viene generalmente utilizzato in ambienti polverosi o cuscinetti sigillati dove non è possibile tollerare perdite di lubrificante, come ambienti puliti e applicazioni con alberi verticali. I lubrificanti solidi hanno un'eccellente resistenza all'acqua e possono sopportare lavaggi regolari. Possono sopportare anche elevate vibrazioni e forze centrifughe.
Grassi smorzanti sono ampiamente utilizzati nelle parti automobilistiche per evitare sonagli e cigolii. Vengono utilizzati anche per dare una sensazione di “qualità” a interruttori, slitte, filettature e ingranaggi. Per lo stesso motivo possono essere utilizzati nei cuscinetti a rotazione lenta, ad esempio, nei potenziometri.
Lubrificanti per uso alimentare sono necessari affinché le industrie alimentari e delle bevande si conformino a rigorose norme igieniche. I lubrificanti approvati HI sono necessari per i cuscinetti in cui potrebbe esserci un contatto accidentale con gli alimenti, mentre i grassi approvati H2 vengono utilizzati laddove non vi è contatto. Questi grassi sono inoltre progettati per essere altamente resistenti al dilavamento dovuto ai processi di pulizia.
Viscosità del lubrificante
Oli e grassi a bassa viscosità vengono utilizzati laddove è richiesta una bassa resistenza ai lubrificanti, come nel caso degli strumenti sensibili. È possibile specificare lubrificanti a viscosità più elevata per applicazioni con carico elevato, alta velocità o albero verticale. Gli oli a bassa viscosità (o i grassi con oli base a bassa viscosità) sono preferiti per le applicazioni ad alta velocità poiché generano meno calore. Sebbene i grassi forniscano spesso una resistenza molto maggiore rispetto agli oli, molti grassi moderni a bassa coppia possono produrre valori di coppia simili ad alcuni oli, in particolare quando viene utilizzato un basso riempimento di grasso.
Oli
La maggior parte degli oli mantiene bene la propria consistenza in un ampio intervallo di temperature e sono facili da applicare. Per applicazioni a coppia molto bassa, è necessario specificare un olio per strumenti leggero. Velocità di funzionamento più elevate sono possibili con l'olio ma, poiché tende a non rimanere in posizione, è necessario applicare una lubrificazione continua tramite getto d'olio, bagno d'olio o nebbia d'olio, a meno che le velocità non siano basse o la rotazione sia per brevi periodi. Un fermo fenolico impregnato di olio o un fermo sintetico realizzato con un materiale con un coefficiente di attrito molto basso come il Torlon non necessitano di lubrificazione esterna continua. Questi tipi di fermi vengono spesso utilizzati nei cuscinetti dentali ad alta velocità e bassa coppia.
grassi
I grassi sono semplicemente oli mescolati con un addensante in modo che rimangano all'interno del cuscinetto. I grassi sono generalmente adatti a carichi pesanti e presentano l'ovvio vantaggio di fornire una lubrificazione costante per un lungo periodo senza manutenzione.
Sorprendentemente, troppo grasso può essere dannoso per un cuscinetto. Un elevato riempimento di grasso significherà una maggiore resistenza al rotolamento (coppia più elevata) che potrebbe non essere adatta a molte applicazioni ma peggio ancora è il rischio di accumulo di calore. Lo spazio libero all'interno di un cuscinetto è importante per consentire al calore di irradiarsi lontano dall'area di contatto tra sfere e pista. Di conseguenza, una quantità eccessiva di grasso può portare a guasti prematuri a meno che le velocità non siano basse. Il riempimento standard è pari al 25% – 35% dello spazio interno, ma può essere modificato se necessario. È possibile specificare una percentuale inferiore per un'applicazione ad alta velocità e bassa coppia, mentre un riempimento molto più elevato può essere consigliabile per un'applicazione a bassa velocità e carico elevato.
Valutazione della velocità del grasso
I grassi hanno indici di velocità talvolta chiamati indici “DN”. Il calcolo del “DN” di una domanda è il seguente:
Velocità in giri/min x (diametro interno cuscinetto + diametro esterno cuscinetto) ÷ 2
Supponiamo che un cuscinetto ruoti a 20,000 giri al minuto. Il diametro interno del cuscinetto è 8 mm e il diametro esterno è 22 mm. La formula precedente produce un DN di 300,000, quindi il grasso dovrebbe avere una classificazione superiore a questa cifra. Molti grassi moderni sono adatti per velocità elevate e alcuni sono classificati a 1 milione di DN o .
I produttori possono adottare diversi approcci per garantire una durata lunga e di successo dei cuscinetti. Il primo passo è limitare i carichi radiali tra il 6% e il 12% del coefficiente di carico dinamico del cuscinetto. Sebbene il cuscinetto possa sopportare carichi più elevati, la sua durata sarà ridotta.
Il passo successivo è scegliere il materiale giusto. Anche la scelta del tipo corretto di cuscinetto può svolgere un ruolo importante, sulla base dell'esperienza di AUB Bearings come specialista in cuscinetti a sezione sottile, resistenti alla corrosione, miniaturizzati e cuscinetti in ceramica. Sebbene tutti i cuscinetti radiali a sfere abbiano una certa capacità di carico assiale, se sono presenti carichi assiali maggiori, di solito è meglio utilizzare cuscinetti pesanti con piste profonde, poiché possono sopportare fino al 50% del carico radiale statico nominale nella direzione del carico assiale.
Sebbene i cuscinetti a sezione sottile (la differenza tra il diametro interno ed esterno del cuscinetto sia piccola) sono molto adatti per la compattezza e la riduzione del peso. A causa delle piste poco profonde, possono sopportare solo carichi assiali compresi tra il 10% e il 30% del coefficiente di carico radiale statico del cuscinetto. Carichi radiali o momenti aggiuntivi ridurranno ulteriormente la capacità di carico di spinta. Carichi reggispinta eccessivi sui cuscinetti a sezione sottile possono far sì che le sfere si avvicinino pericolosamente alla parte superiore della pista.
By selezionando il cuscinetto appropriato tipo e considerando i fattori chiave che regolano i carichi radiali e di spinta, gli ingegneri possono garantire di continuare a innovare offrendo allo stesso tempo i massimi livelli di precisione, scorrevolezza e durata dei cuscinetti.
