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Guida sui carichi sui cuscinetti
La capacità di carico dei cuscinetti è fondamentale per la loro durata e le loro prestazioni. Una capacità di carico insufficiente può causare usura precoce, surriscaldamento e guasti catastrofici, pertanto è essenziale considerare il carico dei cuscinetti nella progettazione di nuove applicazioni o nella modifica di quelle esistenti, soprattutto dopo un guasto. Questo blog si propone di fornire informazioni sui carichi dei cuscinetti e suggerimenti utili per la scelta dei cuscinetti più adatti.
Cos'è il carico portante?
Il carico sul cuscinetto è la quantità di forza o pressione esercitata sul cuscinetto. Nel dettaglio, la forza viene trasferita da un anello del cuscinetto all'altro attraverso alcuni o tutti gli elementi volventi. Tipicamente, il carico applicato viene trasferito all'albero, quindi all'anello interno del cuscinetto e infine all'anello esterno. I cuscinetti possono sopportare vari carichi, come carico radiale, carico assiale, carico centrifugo, ecc. L'entità e la direzione dei carichi sui cuscinetti dipendono da vari fattori, tra cui il peso dell'attrezzatura, la velocità operativa, l'accelerazione, la decelerazione, gli urti, le vibrazioni, la temperatura e la lubrificazione. Anche un allineamento, un'installazione o una manutenzione non corretti possono influire sui carichi sui cuscinetti.
Forma del carico sul cuscinetto
I carichi sui cuscinetti, nel senso tradizionale del termine, includono il carico assiale, il carico radiale e il momento ribaltante. I cuscinetti sopportano molti tipi di carico. Sia in funzione che non, sono soggetti a carichi di lavoro, carichi di peso proprio, carichi di pendenza, carichi d'urto, carichi termici, ecc. Di seguito, illustriamo in dettaglio le manifestazioni del carico sui cuscinetti.
Carico radiale del cuscinetto
I carichi radiali sui cuscinetti sono perpendicolari all'asse dell'albero e agiscono sull'anello esterno del cuscinetto. Sono causati dal peso dell'attrezzatura o dalle forze delle parti rotanti. Per calcolare la capacità radiale, determinare il peso dei componenti supportati e le forze che agiscono su di essi, distribuire il carico tra i cuscinetti e assicurarsi che il carico calcolato utilizzando le specifiche del produttore rientri nella capacità massima del cuscinetto selezionato. Se la vostra applicazione richiede cuscinetti per gestire carichi radiali, i cuscinetti radiali a sfere o i cuscinetti a contatto angolare a basso angolo di contatto sarebbero una buona scelta.
Carico assiale del cuscinetto
I carichi assiali, detti anche carichi assiali, agiscono parallelamente all'asse dell'albero e agiscono sugli anelli interni o esterni del cuscinetto. Sono causati da spinta o tensione e possono essere unidirezionali o bidirezionali. Trasmettono la forza in modo uniforme per produrre una distribuzione equilibrata del carico. I cuscinetti a contatto obliquo con angoli di contatto più elevati (circa 25°) sono una buona scelta per applicazioni di carico assiale, tuttavia, per carichi assiali sfalsati, i momenti agiscono sulla pista interna, determinando una distribuzione non uniforme del carico sugli elementi volventi del cuscinetto. Per calcolare la capacità di carico assiale, considerare le dimensioni, il materiale e la geometria del cuscinetto, nonché la direzione e l'entità del carico. I produttori valutano i cuscinetti in base a formule e test standardizzati e le applicazioni con carichi assiali elevati includono pompe, trasmissioni automobilistiche e compressori.
La capacità di carico dei cuscinetti può essere calcolata utilizzando una varietà di formule e programmi software, inclusi i cataloghi dei produttori di cuscinetti, calcolatori online e simulazioni di analisi degli elementi finiti (FEA). Le formule più comunemente utilizzate per i carichi radiali e assiali sono:
Capacità di carico radiale = (C/P)^(1/3)x Fr, capacità di carico assiale = (C0/P)^(1/2)x Fa.
Tra questi, C rappresenta il carico dinamico di base, P il carico dinamico equivalente del cuscinetto, C0 il carico statico di base , Fr il carico radiale e Fa il carico assiale. Per ottenere risultati accurati nel calcolo della capacità di carico del cuscinetto, si consiglia di consultare degli esperti o di utilizzare un software fornito dal produttore del cuscinetto.
Carico centrifugo del cuscinetto
I carichi centrifughi sui cuscinetti sono generati dalla velocità di rotazione dell'applicazione, in particolare applicazioni ad alta velocità come turbine e centrifughe. Quando l'anello interno fa ruotare gli elementi volventi, questi si muovono tangenzialmente lungo un percorso rettilineo, ma l'anello esterno deve costringerli a seguire l'arco del cuscinetto. Questa interazione crea carichi radiali centrifughi e la velocità massima dell'applicazione è talvolta limitata dalla forza che crea. Limitazioni del carico centrifugo.
Carico statico
Il carico statico del cuscinetto si riferisce alla forza massima o al momento massimo a cui è soggetto il cuscinetto nelle direzioni radiale, assiale e in altre direzioni quando il cuscinetto non ruota. Il carico statico è un parametro importante nella progettazione dei cuscinetti. Fa parte del coefficiente di carico di base del cuscinetto ed è anche uno dei dati di riferimento importanti per determinare la durata di esercizio del cuscinetto.
Carico dinamico
Il carico dinamico del cuscinetto si riferisce al carico massimo che il cuscinetto sopporta durante la rotazione. Viene generalmente calcolato utilizzando la formula di calcolo del carico dinamico equivalente. L'entità del carico dinamico sul cuscinetto influisce direttamente sulla sua durata e sulle sue prestazioni. Pertanto, i produttori di cuscinetti devono considerare l'impatto del carico dinamico in fase di progettazione e produzione. Il metodo di calcolo dei carichi dinamici del cuscinetto dipende dal tipo di cuscinetto e dalle condizioni di utilizzo. Generalmente si utilizza la formula di calcolo del carico dinamico equivalente, il cui metodo di calcolo è il seguente:
P = (Fr^2 + Fa^2)^0.5
Tra questi, P è il carico dinamico equivalente; Fr è il carico radiale; Fa è il carico assiale. I valori del carico radiale e del carico assiale devono essere calcolati in base alle condizioni di utilizzo specifiche, mentre il carico dinamico equivalente viene calcolato in modo completo in base a fattori quali la geometria del cuscinetto, il materiale, la deviazione e il numero di cuscinetti.
Coefficiente di carico statico del cuscinetto
Il coefficiente di carico statico di base di un cuscinetto volvente (radiale Cor, assiale Coa) si riferisce al carico radiale fantasma equivalente o al carico statico assiale centrale quando una determinata sollecitazione di contatto viene causata al centro di contatto tra gli elementi volventi del cuscinetto e la pista sotto il applicazione del carico massimo. . Il coefficiente di carico statico viene determinato in base alle condizioni di carico presunte. Per i cuscinetti radiali, il coefficiente di carico statico si riferisce al carico radiale. Per i cuscinetti assiali radiali (cuscinetti obliqui a sfere), si riferisce alla componente radiale del carico che carica la pista semicircolare nel cuscinetto. Per i cuscinetti reggispinta si riferisce al carico assiale centrale. Vale a dire, il coefficiente di carico statico di base radiale e il coefficiente di carico statico di base assiale del cuscinetto si riferiscono al carico massimo che il cuscinetto può sopportare quando è statico o rotante. La capacità di carico dei cuscinetti a sfere con gola profonda quando sono fermi o ruotano lentamente (velocità n ≤ 10 giri/min) è il carico statico nominale.
Coefficiente di carico dinamico del cuscinetto
Il carico dinamico nominale del cuscinetto è il carico radiale costante (carico assiale costante) che teoricamente il cuscinetto volvente può sopportare. La durata nominale di base con questo carico è di 100 W giri. Il coefficiente di carico dinamico di base del cuscinetto riflette la capacità del cuscinetto di resistere alla fatica da rotolamento. . I coefficienti di carico dinamico di base dei cuscinetti radiali e dei cuscinetti reggispinta sono rispettivamente chiamati coefficiente di carico dinamico di base radiale e coefficiente di carico dinamico di base assiale, rappresentato da Cr e Ca. La capacità di carico dei cuscinetti a sfere con gola profonda durante la rotazione (velocità n>10r/min) è il coefficiente di carico dinamico di base.
Carico fisso
Il carico radiale risultante che agisce sull'anello del cuscinetto viene sopportato dall'area locale della pista dell'anello e trasmesso all'area opposta dell'albero o della sede del cuscinetto. Questo carico è chiamato carico fisso. La caratteristica di un carico fisso è che il vettore del carico radiale risultante è relativamente stazionario rispetto alla ghiera. Né la ghiera né il carico radiale risultante ruotano oppure ruotano alla stessa velocità e sono considerati carichi fissi. Le ghiere che sopportano carichi fissi possono utilizzare un adattamento più ampio.
Carico rotante
Il carico radiale sintetico che agisce sull'anello del cuscinetto ruota lungo la direzione circonferenziale della pista e il carico sopportato da ciascuna parte in sequenza è chiamato carico rotazionale. Il carico rotazionale è caratterizzato dalla rotazione del vettore di carico radiale risultante rispetto alla ghiera. Esistono tre situazioni di carico rotante:
UN. La direzione del carico è fissa e la ghiera ruota;
B. Il vettore di carico ruota e la ghiera è fissa;
C. Il vettore di carico e la ghiera ruotano a velocità diverse.
Carichi oscillanti e carichi indefiniti
A volte la direzione e la dimensione del carico non possono essere determinate con precisione. Ad esempio, nelle macchine rotanti ad alta velocità, oltre al carico nella direzione fissa del peso del rotore, esiste anche un carico rotante causato da una massa sbilanciata. Se questo carico rotante è maggiore del carico fisso, se è molto maggiore, il carico risultante sarà comunque un carico rotazionale. E se il carico rotante è molto più piccolo del carico fisso, il carico risultante è un carico oscillante. Indipendentemente dal carico rotante o dal carico oscillante, la sua grandezza e direzione cambiano costantemente. In condizioni di lavoro variabili, il carico su alcune ghiere può essere carico rotante, carico fisso o carico oscillante. Questo tipo di carico è chiamato carico indefinito.
I carichi oscillanti e i carichi indefiniti devono essere trattati allo stesso modo dei carichi rotazionali in termini di accoppiamento. Un accoppiamento troppo lasco può causare danni alla superficie di contatto. La ghiera e l'albero o il foro della sede che ruotano rispetto alla direzione del carico devono essere accoppiati con un accoppiamento di transizione o con interferenza. La dimensione dell'interferenza si basa sul principio che, quando il cuscinetto lavora sotto carico, l'anello non "scorre" sulla superficie di contatto sull'albero o nel foro della sede. Per applicazioni con carichi pesanti, l'accoppiamento dovrebbe essere generalmente più stretto rispetto a quello per carichi leggeri e normali. Maggiore è il carico, maggiore dovrebbe essere l'interferenza dell'accoppiamento.
Carico di lavoro
Quando il cuscinetto è in funzione, sopporta la somma del peso della macchina stessa e del peso dell'oggetto pesante e trasferisce lentamente il peso totale al cuscinetto.
Carico di temperatura
Le apparecchiature meccaniche genereranno una certa temperatura durante il funzionamento e queste temperature devono essere assorbite dai cuscinetti in modo che i cuscinetti possano resistere a tutte le temperature.
carico del vento
Quando la macchina lavora all'aperto, è necessario considerare l'effetto del carico del vento, compresa la direzione del vento, pioggia, temporali, ecc. Quelli sopra indicati sono solo alcuni dei carichi sopportati dal dispositivo di rotazione. Infatti, il gruppo ralla deve sopportare il carico per far fronte a tutto il peso e ai carichi della macchina in funzione. In circostanze normali, il cuscinetto della piastra girevole stesso è dotato di fori di montaggio, olio lubrificante e dispositivi di tenuta, che possono soddisfare le diverse esigenze di vari tipi di host che lavorano in diverse condizioni di lavoro.
Carico di rischio
Carico imprevisto e imprevedibile sostenuto dal cuscinetto rotante, forza laterale, forza di rischio, violenza accidentale, ecc. Pertanto, la selezione dei cuscinetti deve avere un fattore di sicurezza per garantire che sia infallibile.
Carico minimo del cuscinetto
I cuscinetti volventi vengono utilizzati per ridurre l'attrito nelle macchine rotanti rimuovendo quanto più attrito radente possibile dal sistema utilizzando l'attrito volvente con un coefficiente di attrito inferiore. Tuttavia, anche se i cuscinetti volventi tentano di ridurre l’attrito totale nel sistema, i singoli elementi volventi all’interno del cuscinetto richiedono comunque una certa quantità di attrito per rotolare anziché scorrere. Questo attrito interno viene creato applicando il carico al cuscinetto. Questo carico può essere generato internamente tramite precarico o tramite un carico applicato esternamente.
In molti cuscinetti radiali, di solito viene previsto un certo spazio tra gli elementi volventi e la pista di rotolamento per consentire la dilatazione termica e impedire il grippaggio del cuscinetto. Questo gioco interno crea le cosiddette zone di carico e scarico all'interno del cuscinetto. Quando l'albero ruota, gli elementi volventi si muovono dentro e fuori dalla zona di carico dell'anello esterno. Man mano che gli elementi volventi si muovono dentro e fuori dalla zona di carico, la loro velocità cambia. Se non c'è un carico minimo sugli elementi volventi, l'accelerazione in entrata e in uscita dalla zona di carico può essere molto dannosa.
Perché il carico è importante per i cuscinetti?
Se un cuscinetto volvente non soddisfa il carico minimo, possono verificarsi una serie di condizioni che riducono notevolmente la durata operativa del cuscinetto. Lo slittamento che scorre tra gli elementi volventi e le piste può distruggere il film lubrificante e causare danni da strisciamento. Le sbavature non solo danneggeranno la superficie di rotolamento ma causeranno anche un aumento della temperatura. Il carico è posizionato su una gabbia all'interno del cuscinetto. In genere, le gabbie sono progettate per evitare che gli elementi volventi entrino in contatto tra loro. Tuttavia, quando il carico minimo non viene raggiunto, cioè quando non c'è forza di trazione, la gabbia deve azionare gli elementi volventi invece della forza di trazione della pista. Ciò crea carichi inspiegabili sulla gabbia e può portare a guasti prematuri della gabbia.
Fattori che influenzano il carico sul cuscinetto
Materiali, struttura, processo di fabbricazione, carico di lavoro, velocità di rotazione, temperatura e condizioni di lubrificazione sono i principali fattori che influenzano la distribuzione del carico interno del cuscinetto. Durante l'uso e la manutenzione dei cuscinetti, è necessario prestare attenzione ai cambiamenti di questi fattori e al loro impatto sulla durata dei cuscinetti e sulla stabilità operativa per garantire il normale funzionamento dei cuscinetti.
Fattori strutturali
Anche la struttura del cuscinetto ha un certo impatto sulla sua capacità portante. La struttura del cuscinetto comprende principalmente anelli interni ed esterni ed elementi volventi. I cuscinetti con elementi volventi sferici hanno una capacità di carico radiale maggiore rispetto ai cuscinetti con elementi volventi a forma di rullo.
Processo produttivo
Il processo di produzione è uno dei fattori importanti che influenzano la capacità portante del cuscinetto. I processi di produzione includono il trattamento termico , la lavorazione di precisione, l'assemblaggio, ecc. Questi fattori influenzano direttamente la qualità estetica e la qualità intrinseca del cuscinetto, e di conseguenza la sua capacità portante.
Carico di lavoro
Il carico di lavoro del cuscinetto si riferisce alla forza e al momento sopportato dal cuscinetto. È uno dei fattori più importanti che influenzano la distribuzione del carico all'interno del cuscinetto. La dimensione e la direzione del carico di lavoro determinano direttamente la sollecitazione e la distribuzione del carico delle varie parti all'interno del cuscinetto. Quando il carico di lavoro del cuscinetto non è uniforme, la distribuzione del carico all'interno del cuscinetto sarà altrettanto irregolare, causando danni locali e frattura per fatica del cuscinetto.
Velocità di rotazione
La velocità di rotazione del cuscinetto si riferisce alla velocità di rotazione degli elementi volventi all'interno del cuscinetto. È uno dei fattori importanti che influenza la distribuzione del carico all'interno del cuscinetto. L'aumento della velocità di rotazione aumenterà la forza di inerzia degli elementi volventi all'interno del cuscinetto, con conseguente aumento del carico sul gruppo cuscinetto. Inoltre, quando la velocità di rotazione è troppo elevata, il materiale del cuscinetto è soggetto a fatica e surriscaldamento, il che influisce anche sulla distribuzione del carico all'interno del cuscinetto.
La temperatura
La temperatura è un altro fattore importante che influenza la distribuzione del carico all'interno del cuscinetto. Quando il cuscinetto funziona, la temperatura al suo interno aumenta a causa della generazione di attrito e calore. Quando la temperatura aumenta, le proprietà dei materiali delle varie parti all'interno del cuscinetto cambieranno, influenzando così la distribuzione del carico all'interno del cuscinetto. Se la temperatura è relativamente elevata, la gabbia polimerica all'interno del cuscinetto, la temperatura termicamente stabile dell'acciaio, delle guarnizioni, ecc. Il gioco interno di un cuscinetto e la sua variazione con la temperatura possono avere un impatto significativo sulle dimensioni della zona di carico in il cuscinetto. Quando c'è una grande differenza di temperatura tra le due estremità del cuscinetto (cioè l'albero caldo e l'alloggiamento freddo), il gioco interno del cuscinetto diminuirà. Ciò creerà carichi più elevati e un maggiore attrito volvente all'interno dei cuscinetti.
Condizioni di lubrificazione
Le condizioni di lubrificazione sono un altro fattore chiave che influenza la distribuzione del carico all'interno del cuscinetto. Quando il cuscinetto funziona, ha bisogno di olio o grasso lubrificante per mantenere lo stato di lubrificazione, riducendo così l'attrito e l'usura all'interno del cuscinetto. Quando le condizioni di lubrificazione sono scarse, all'interno del cuscinetto si verificheranno attrito secco locale e accumulo di calore, che porteranno a una distribuzione non uniforme del carico all'interno del cuscinetto e renderanno probabile il cedimento del cuscinetto.
Cuscinetti e direzione del carico
In circostanze normali, per requisiti di carico puramente radiale, si possono scegliere cuscinetti a sfere a gola profonda o cuscinetti a rulli cilindrici. Se si tratta di un cuscinetto reggispinta a sfere , è adatto solo a sopportare un carico assiale moderato. Inoltre, i cuscinetti reggispinta a sfere unidirezionali possono sopportare carichi provenienti da una sola direzione. Se si tratta di un cuscinetto reggispinta a sfere bidirezionale o di un cuscinetto reggispinta a contatto angolare bidirezionale, può sopportare carichi assiali in entrambe le direzioni. Ad esempio, se il cuscinetto è soggetto a carichi radiali e assiali combinati, si utilizzano solitamente cuscinetti a sfere a contatto angolare o cuscinetti a rulli conici. Se invece si tratta di un cuscinetto a sfere a quattro punti di contatto o di un cuscinetto reggispinta a sfere a contatto angolare bidirezionale, può sopportare il carico combinato in entrambe le direzioni.
Se il carico agisce lontano dal centro del cuscinetto, può verificarsi un momento ribaltante. Secondo i produttori di cuscinetti in acciaio inossidabile, i cuscinetti a sfere a doppia corona possono sopportare momenti di ribaltamento, ma si consiglia di scegliere sfere a contatto obliquo accoppiate o cuscinetti a rulli conici accoppiati. Sono disponibili i tipi faccia a faccia e i tipi back-to-back sono migliori. Naturalmente, potete anche scegliere cuscinetti a rulli conici incrociati, ecc.,
Conclusione
Quando si scelgono i cuscinetti, è necessario considerare i requisiti applicativi, il tipo di carico, la velocità, l'ambiente e la temperatura. I cuscinetti a sfere sono adatti per carichi da bassi a medi, mentre i cuscinetti a rulli sono adatti per carichi più elevati. I cuscinetti radenti sono adatti per macchinari a bassa velocità e carico elevato. Effettuare regolarmente la manutenzione dei cuscinetti ispezionandoli, pulendoli e lubrificandoli per garantire prestazioni e durata di servizio ottimali. Aubearing offre un'ampia gamma di cuscinetti per diverse condizioni e applicazioni, fornendo prodotti di alta qualità e consulenza di esperti. Per informazioni, contattateci.