Cuscinetti per Riduttori Industriali

Cuscinetti Volventi
per Riduttori Industriali
NSK, un gruppo attivo
in tutto il mondo
I cuscinetti NSK sono utilizzati in tutte le applicazioni industriali, dal settore aerospaziale
a quello automobilistico, dai grandi impianti siderurgici e petrolchimici a quello degli
elettrodomestici. NSK ha sviluppato un’attività su scala mondiale, grazie all’elevato
contenuto tecnologico che risponde alle esigenti richieste dell'industria mondiale.
Grazie agli investimenti in Ricerca e Sviluppo ed alla creazione di una potente rete
commerciale, NSK soddisfa pienamente le più svariate necessità dei clienti. Rafforzando
ogni anno la posizione di leader nel mercato grazie alla straordinaria competenza tecnica,
NSK è un marchio riconosciuto in tutto il mondo.
NSK, un gruppo attivo in tutto il mondo
QUARTIERI
GENERALI
America
del Nord e del Sud
· Ann Arbor (USA)
Asia
· Shanghai
· Singapore
Europa
· Maidenhead (UK)
Giappone
· Tokyo
CENTRI TECNICI
America
del Nord e del Sud
· Ann Arbor (USA)
Asia
· Kunshan (PRC)
Europa
· Newark (UK)
· Kielce (PL)
Giappone
· Fujisawa
· Maebashi
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SITI PRODUTTIVI
America del Nord
· Ann Arbor
· Clarinda
· Franklin
· Liberty
· Bennington
America del Sud
· Suzano
Asia
· Kunshan
· Anshun
· Dongguan
· Zhangjiagang
· Suzhou
· Changshu
· Chennai
· Jakarta
· Changwon
· Balakong
· Chonburi
· Chachoengsao
Europa
· Peterlee (GB)
· Newark (GB)
· Kielce (PL)
· Munderkingen (D)
· Torino (I)
Giappone
· Fujisawa
· Hanyu
· Otsu
· Konan
· Takasaki
· Haruna
· Maebashi
· Tanakura
· Ukiha
UFFICI COMMERCIALI
Africa
· Johannesburg
America del Nord
· Ann Arbor
· Indianapolis
· Chicago
· San Jose
· Los Angeles
· Bennington
· Miami
· Atlanta
· Montreal
· Toronto
· Vancouver
America del Sud
· Buenos Aires
· Sao Paulo
· Belo Horizonte
· Joinville
· Porto Alegre
· Recife
· Città del Messico
Asia
· Pechino
· Shanghai
· Guangzhou
· Anshun
· Chengdu
· Hong Kong
· Taipei
· Taichung
· Tainan
· Seul
· Chennai
· Jakarta
· Manila
· Bangkok
· Kuala Lumpur
· Prai
· Johor Bahru
· Kota Kinabalu
· Singapore
Europa
· Maidenhead (UK)
· Newark (UK)
· Coventry (UK)
· Parigi (F)
· Düsseldorf (D)
· Stoccarda (D)
· Lipsia (D)
· Milano (I)
· Tilburg (NL)
· Barcelona (E)
· Varsavia (PL)
· Istanbul (TUR)
Giappone
· Tokyo
· Nagoya
· Osaka
Oceania
· Melbourne
· Sydney
· Brisbane
· Adelaide
· Perth
· Auckland
27 altri uffici
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Tecnologia NSK –
Progettata per il movimento,
ogni giorno
NSK è sinonimo di movimento in tutte le aree di applicazione, su scala mondiale. Dagli
impianti industriali alle applicazioni domestiche. Grazie ad una rete tecnologica globale
composta da 12 centri tecnici, oltre 40 stabilimenti e ad uno staff di 23.000 dipendenti,
NSK è in grado di produrre tre milioni di cuscinetti di qualità assoluta ogni giorno. La
gamma incredibilmente ampia di cuscinetti garantisce soluzioni concrete per ogni tipologia di applicazione e questo consente ai clienti di NSK di trovare il prodotto più adatto
alle loro esigenze operative.
NSK è presente quando serve.
I prodotti e le soluzioni di NSK non forniscono solo un ottimo supporto per gli ingranaggi,
ma il controllo integrato delle prestazioni dinamiche permette di soddisfare le esigenze
operative specifiche di ogni cliente. Le aree di applicazione variano dagli hard disk dei
computer alle macchine foratrici, dai generatori eolici alle lavatrici, dagli impianti per la
produzione di semiconduttori ai laminatoi. NSK garantisce sempre le massime
prestazioni anche in condizioni operative particolarmente gravose e caratterizzate dalla
presenza di sostanze contaminanti. I cuscinetti NSK sono utilizzati nelle acciaierie e nel
settore delle macchine utensili. Garantiscono un’affidabilità elevata e per questo motivo
sono impiegati nelle turbine eoliche, nelle pompe industriali o per uso domestico, così
come nei compressori. La gamma di prodotti NSK comprende cuscinetti miniaturizzati
con diametro del foro pari a 1 mm così come cuscinetti con diametro esterno di oltre 5
metri. Indipendentemente dalle dimensioni, NSK fornisce sempre le soluzioni migliori del
settore.
Il nostro stimolo è l’innovazione costante.
I prodotti NSK sono noti per l'elevato livello di affidabilità, per la notevole resistenza alle
temperature elevate e all'usura e per la lunga durata, ma assicurano vantaggi reali
anche dal punto di vista economico ed ambientale. Ad ogni modo, in un mondo in
costante evoluzione, un’azienda che promuove gli standard più elevati deve puntare
molto in alto. NSK sviluppa cuscinetti innovativi che vanno perfino oltre gli standard qualitativi più elevati. Ogni anno NSK investe ingenti somme di denaro in attività di Ricerca
& Sviluppo, focalizzando l’attività su materiali e tecnologie di lubrificazione. Quando si
tratta di sviluppare le soluzioni di domani, NSK è sempre la prima.
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UN PARTNER ECCELLENTE
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Prestazioni eccezionali
Il libro scolastico riporta la seguente definizione: i riduttori sono sistemi per convertire e
trasferire il movimento. Il progettista afferma: i cuscinetti per riduttori industriali sono sistemi che supportano la coppia e la velocità dell’albero di ingresso, garantendo i momenti
torcenti e la velocità richiesti del motore - in base ai processi operativi specifici. E qual
è il punto di vista dell’ingegnere? Prima di tutto, i cuscinetti per gli azionamenti industriali moderni devono soddisfare requisiti e standard molto elevati in termini di versatilità e prestazioni. La disponibilità, la lunga durata operativa, il vantaggio economico e
le caratteristiche tecniche vantaggiose in termini di peso e prestazioni sono solo alcuni
esempi che caratterizzano i cuscinetti NSK.
Versatili tanto quanto le funzioni che svolgono.
Per raggiungere la coppia e la velocità desiderate è necessario garantire un certo livello
di resistenza a fatica e di durata per tutti i componenti. Inoltre, bisogna assicurare livelli
di raffreddamento e di rumorosità adeguati per raggiungere prestazioni elevate. Queste
caratteristiche sono sempre state fondamentali nell’ambito dei riduttori. Considerando le
diverse aree di applicazione, il numero di riduttori sta crescendo così come lo è la richiesta di trasmissioni con funzionamento regolare. Ad esempio, le condizioni ambientali
(come la contaminazione, l’acqua ed i carichi d’urto) influiscono sulle prestazioni del cuscinetto, così come alcune modalità operative (funzionamento start-stop o stand-by). I
requisiti operativi per i riduttori di precisione - come quelli utilizzati nelle presse per
stampa - si differenziano rispetto a quelli dei generatori eolici che richiedono un’operatività elevata senza interventi di manutenzione.
Per scegliere il cuscinetto più
adatto è importante considerare
le particolarità delle condizioni
operative ed il posizionamento
del cuscinetto.
➌
➍
➊ Cuscinetto radiale a rulli
cilindrici a pieno riempimento
per basse velocità ed elevati
carichi radiali.
➋ Cuscinetti radiali orientabili a
➊
➋
due corone di rulli per carichi
ultra elevati e soggetti a
disallineamento.
❸
➌ Cuscinetti radiali a rulli
cilindrici per velocità elevate
e carichi elevati che
funzionano come cuscinetti
flottanti.
➍ Cuscinetto a quattro contatti
che funge da cuscinetto fisso
per la fase ad alta velocità,
mentre il cuscinetto radiale a
rulli cilindrici sostiene il carico
radiale.
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➊
➊
CARATTERISTICHE SPECIFICHE, PRESTAZIONI E DESIGN DEI RIDUTTORI
Ingranaggi conici ipoidi
Riduttore a vite senza fine.
Riduttore epicicloidale.
Il pignone di dimensioni superiori, parte
La rotazione della vite consente di trasmettere il
Nell’ambito dei sistemi a planetario e
dell’ingranaggio conico ipoide che inte-
movimento traslatorio in un'unica fase. Nella
satelliti con meccanismi interni, i riduttori
gra un albero a pignone ad assi
maggior parte dei casi, gli assi della vite e del-
epicicloidali garantiscono vantaggi
sghembi, genera forze periferiche minori
l’ingranaggio a vite senza fine si intersecano al
notevolmente superiori rispetto alle altre
mentre il momento ribaltante (coppia)
di sotto dei 90° purché vi sia un gioco sufficien-
soluzioni. Il volume e il peso sono ridotti.
rimane costante. L’asse sghembo garan-
temente ampio tra gli assi. In fase operativa, le
Anche il livello di rumorosità è contenuto,
tisce una maggiore resistenza del sup-
vibrazioni vengono assorbite notevolmente e
per via della bassa velocità di rotazione e
porto del pignone in entrambe le
viene mantenuto un basso livello di rumorosità.
di strisciamento. E’ possibile raggiungere
direzioni. La bassa rumorosità rappre-
Tuttavia l’elevato attrito riduce il grado di effi-
un elevato livello di efficienza grazie al
senta sicuramente un ulteriore vantag-
cienza. Questo riduttore viene solitamente utiliz-
fatto che parte dell’energia viene trasferita
gio. Tuttavia, l’attrito è maggiore a causa
zato in combinazione con un riduttore globoidale
alle prestazioni dell’accoppiamento – ma
del movimento di strisciamento.
con vite cilindrica in acciaio, dato che può essere
questi vantaggi spesso sono compensati
sottoposta a interventi di rettifica e di tempra.
da maggiori interventi di manutenzione.
Ruota dentata semplice.
Coppia conica.
I riduttori ad assi paralleli si suddividono in
Esistono tre tipologie di corona conica che si
due categorie - le ruote dentate semplici e
differenziano per le caratteristiche delle den-
le ruote dentate elicoidali. Mentre le ruote
tature. Se si usa una ruota dentata conica
dentate semplici hanno un processo di pro-
semplice, i denti possono essere rumorosi.
duzione semplice e sono precise, le ruote
Sebbene le ruote dentate coniche elicoidali
dentate elicoidali garantiscono fluidità ope-
utilizzino profili con denti diritti, i livelli di
rativa ed un'elevata capacità di carico
rumorosità sono più contenuti grazie alle
(anche se talvolta è necessario contrastare
caratteristiche ottimizzate dell’ingranamento.
carichi assiali). Le ruote dentate a doppia
Il terzo tipo di riduttore utilizza una corona
elica, una sottocategoria, sono caratteriz-
conica elicoidale ed ingranaggi conici a den-
zate da una capacità di carico incremen-
tatura curva. Questa soluzione garantisce i
tata e da una maggiore larghezza.
livelli minimi di rumorosità.
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I cuscinetti NSK soddisfano
le esigenze del futuro
La storia dello sviluppo e della progettazione dei riduttori è stata da sempre caratterizzata
dalla ricerca del miglioramento in termini di prestazioni. Negli anni i riduttori sono diventati
sempre più potenti. Di conseguenza anche i produttori di cuscinetti si sono dovuti adattare
alle esigenze operative di questo genere di applicazioni. I cuscinetti NSK sono stati al
passo coi tempi. E non solo: sono riusciti anche a fare “passi avanti” grazie a soluzioni ed
idee innovative. Ad ogni modo, solo se il cuscinetto è istallato nel posto giusto e funziona
correttamente si possono sfruttare appieno le potenzialità dei riduttori. Per questo motivo
è necessario considerare alcuni aspetti tecnici prima di procedere con la selezione e l'acquisto. Tra questi vi è la durata del cuscinetto, la capacità statica a carichi eccezionali, l’applicazione di carichi estremi su componenti del motore, così come la velocità limite.
Carico.
Prima di tutto è necessario determinare la coppia di ingresso. Se la coppia è variabile, è
importante definire gli intervalli ai quali la coppia varia. Inoltre, quali sono le stime dei
carichi sugli ingranaggi e quali sul cuscinetto? E’ indispensabile determinare anche se ci
sono ulteriori carichi che influiscono sulle prestazioni del cuscinetto, ad esempio se si
applicano carichi esterni sugli alberi d’entrata o di uscita.
Velocità.
E’ importante determinare l’intensità della velocità e la direzione della rotazione. Le modalità operative includono l'opzione stand-by? Si consiglia di correlare il livello di carico ed il
livello di velocità.
Spazio per il montaggio.
Dovete rispettare dimensioni specifiche? Se è possibile variare le dimensioni, è necessario specificare il range di variazione. Se lo spazio per il montaggio non è sufficiente,
potrebbero esserci dei problemi nella scelta del cuscinetto ottimale. In questo caso
bisogna determinare il limite entro il quale è possibile variare le dimensioni senza creare
alcun problema.
Disposizione dell’albero.
Un altro aspetto di importanza fondamentale è determinare se gli alberi del riduttore
devono essere disposti in posizione orizzontale, verticale o inclinata. Gli alberi cambiano
posizione durante la vita operativa? I metodi di lubrificazione ed i sistemi di tenuta dipendono in maniera sostanziale dalla posizione degli alberi. Gli alberi sono disposti su un
livello? Si tratta di una questione importante per il carico sul cuscinetto. Un altro aspetto
da considerare: si utilizzano alberi cavi o alberi pieni? I cuscinetti vengono supportati
all’interno dell’alloggiamento o in altri alberi? Questo influisce sul carico dell’albero primario.
Guida dell'albero.
La scelta del cuscinetto, il design e la disposizione di montaggio dipendono dai requisiti operativi che la guida dell’albero deve soddisfare. E’ essenziale determinare gli effetti
che il gioco interno e la rigidità del cuscinetto potrebbero svolgere sull’innesto dei denti.
Inoltre bisogna prevedere il limite ammissibile di movimento assiale dell'albero e se l’albero deve avere una guida senza gioco interno.
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SCEGLIERE IL CUSCINETTO GIUSTO
Resistenza delle parti di collegamento.
E’ necessario considerare la deformazione dell’alloggiamento? Il disallineamento generato dalla flessione dell’albero in corrispondenza della posizione del cuscinetto
influisce sulle prestazioni? Questi elementi possono generare carichi aggiuntivi per il
cuscinetto e quindi devono essere valutati a fondo.
Attrito.
Prima di tutto bisogna definire se è necessario prevedere un attrito massimo per garantire un funzionamento preciso ed affidabile. Si deve anche determinare se il cuscinetto
di supporto è destinato all'utilizzo in un riduttore speciale che richiede una buona stabilità termica in fase operativa.
Durata del cuscinetto.
La questione è piuttosto semplice: quali sono i requisiti effettivi di durata del cuscinetto?
La risposta varia in base alla tipologia di applicazione in cui vengono utilizzati i riduttori.
Se è possibile applicare metodi di calcolo affidabili e comprovati per determinare la
durata, il dimensionamento si può basare su valori standard. Se questi dati non sono
disponibili, bisogna procedere con calcoli più complessi per determinare i requisiti di
durata del cuscinetto.
Fattore di carico statico.
E’ importante considerare se i cuscinetti devono garantire una particolare capacità statica, ad esempio se vengono utilizzati negli escavatori dove spesso si verificano impatti
improvvisi e di grossa entità. La deformazione plastica deve essere ridotta al minimo
per evitare il cedimento prematuro del cuscinetto e per garantire la massima efficienza
operativa.
Condizioni ambientali operative.
Questo è un argomento complesso. Le condizioni ambientali ed operative - ad esempio se la macchina è installata all’interno di una struttura coperta oppure se è esposta
alla polvere, alla sabbia, al sole, all'umidità o alla pioggia - influiscono sulla scelta del
cuscinetto, sulla tipologia di lubrificazione, sulla tenuta e sull’accoppiamento da adottare.
Sono presenti sostanze contaminanti ed aggressive? Qual è la temperatura di esercizio?
Il cuscinetto viene surriscaldato o raffreddato? Vi sono altre macchine che producono
vibrazioni quando il riduttore non è in rotazione?
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Lubrificazione.
E' necessario determinare se bisogna rispettare condizioni specifiche di lubrificazione dei
cuscinetti oppure se, in casi particolari, si richiede una lubrificazione ad olio. La lubrificazione
centralizzata ad olio è fattibile in tutte le posizioni dei cuscinetti? Le perdite di lubrificante
(anche se in quantità minime) influiscono sull’efficienza del riduttore?
Montaggio.
E’ essenziale definire se è prevista una produzione di serie oppure se i prodotti devono
essere assemblati a mano singolarmente. I cuscinetti speciali a disegno devono essere
montati con l’aiuto di attrezzature speciali. I costi di questi dispositivi sono ammortizzati
con maggiore facilità nelle produzioni in serie. Non serve solo determinare la complessità del cuscinetto per il montaggio iniziale. Se il riduttore deve essere smontato ad
intervalli regolari per interventi di manutenzione, la facilità di manipolazione dipende
dalle caratteristiche di montaggio e smontaggio dei cuscinetti.
Costi.
La maggiore complessità dei cuscinetti aumenta le prestazioni, l’efficienza e l’affidabilità operativa dei cuscinetti? Prima di tutto bisogna determinare se i costi superiori del
cuscinetto sono accettabili se paragonati ad una maggiore facilità nelle operazioni di
manutenzione.
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TIPOLOGIE DI CUSCINETTI
Caratteristiche essenziali
che influiscono sulle
prestazioni del cuscinetto
Tutti gli elementi di una macchina - ad esempio i componenti di un impianto eolico devono affrontare diversi fattori di stress laddove sussistono condizioni operative particolarmente severe. E’ necessario garantire la massima affidabilità e ridurre al minimo
gli interventi di manutenzione. Abbiamo appreso dall’esperienza che la durata a fatica
di un riduttore e la durata a fatica di un impianto dipendono in maniera sostanziale dalla
scelta della tipologia di cuscinetto. La decisione deve essere presa dopo un calcolo preciso ed una valutazione della struttura interna del cuscinetto.
La scelta giusta può fare la differenza.
Sicuramente, questa breve introduzione si concentra solo su alcuni dei fattori più importanti come le tipologie principali dei cuscinetti e tralascia altri parametri come le dimensioni, il gioco interno, il materiale della gabbia ed il design interno. La gamma di
cuscinetti NSK fornisce un piccolo quadro degli ambiti di applicazione dei cuscinetti: è
possibile scegliere tra 35.000 tipi diversi di cuscinetti a sfera o a rulli, che soddisfano
ogni requisito in tutti i settori industriali ed in tutte le applicazioni possibili. Nonostante
ciò, gli ingegneri di NSK continuano a progettare e sviluppare soluzioni innovative per
realizzare applicazioni personalizzate in maniera efficiente e rapida.
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Design e Classificazione
I cuscinetti volventi sono generalmente composti da due anelli sui quali sono ricavate le piste
di rotolamento, da una serie di corpi volventi e da una gabbia. Vengono suddivisi in cuscinetti
radiali ed assiali, a seconda della direzione del carico principale, quindi in funzione della forma
costruttiva dei corpi volventi adottati, vengono suddivisi in cuscinetti a sfere ed a rulli. Ulteriori
suddivisioni sono identificate in base alle differenze strutturali o alle specifiche dei cuscinetti.
Nella Fig. 1.1 vengono illustrate le tipologie principali di cuscinetti ed il sistema di classificazione
dei componenti. La classificazione generale dei cuscinetti è riportata in Fig. 1.2.
Cuscinetti radiali rigidi a sfere ad una corona
• Indicati per carichi radiali leggeri e moderati e per carichi assiali minimi in entrambe le direzioni.
• Velocità estremamente elevate sono possibili.
• Ottime prestazioni in termini di silenziosità.
• Disponibili anche nella versione schermata pre lubrificata.
Cuscinetti radiali rigidi a sfere a doppia corona
• Indicati per carichi radiali leggeri e moderati e per carichi assiali minimi in entrambe le direzioni.
• Adatti per velocità moderate.
• Sensibili al disallineamento.
Cuscinetti a sfere di forma semi-aperta
• Indicati solo per carichi radiali moderati e per carichi assiali leggeri in un’unica direzione.
• Velocità elevata.
• Anelli separabili.
Cuscinetti a sfere a contatto obliquo, ad una corona
• Indicati per carichi radiali di entità moderata e per carichi assiali medi agenti in un'unica direzione.
• Velocità elevata. Alcune versioni sono indicate anche per velocità estremamente elevate.
Cuscinetti a sfere a contatto obliquo, ad una corona, accoppiati
• Indicati per carichi radiali elevati ed assiali elevati.
• A seconda della disposizione, sono ammissibili carichi assiali in una o entrambe le direzioni.
• Adatti per velocità elevate. Alcune versioni sono indicate anche per velocità estremamente elevate.
Cuscinetti a sfere a contatto obliquo, a due corone
• Indicati per carichi radiali di entità moderata e per carichi assiali leggeri e moderati in entrambe le direzioni.
• Velocità moderate-elevate.
• Sensibili al disallineamento.
Cuscinetti orientabili a due corone di sfere
• Indicati per carichi radiali di entità moderata e per carichi assiali minimi in entrambe le direzioni.
• Velocità moderate-elevate.
• Ammettono piccoli gradi di disallineamento.
• Possibilità di montaggio con bussola di trazione.
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TIPOLOGIE DI CUSCINETTI
Cuscinetti radiali orientabili a due corone di rulli
• Adatti per carichi radiali molto elevati.
• Ammettono carichi assiali in entrambe le direzioni.
• Velocità moderate ammissibili.
• Ammettono disallineamento.
• Possibilità di montaggio con bussola di trazione.
Cuscinetti radiali a rulli cilindrici
• Adatti per carichi radiali elevati.
• A seconda della tipologia di cuscinetto, sono ammissibili carichi assiali in una o entrambe le direzioni.
• Adatti per velocità elevate.
• Generalmente gli anelli sono separabili.
Cuscinetti a rulli conici
• Indicati per carichi radiali e assiali elevati agenti in una sola direzione.
Se accoppiati, i cuscinetti possono sopportare carichi assiali in entrambe le direzioni.
• Adatti per velocità moderate.
• Generalmente gli anelli sono separabili.
Cuscinetti assiali a sfere - a singolo effetto
• Indicati per carichi assiali di entità moderata in un'unica direzione.
• Il carico radiale non è consentito.
• Adatti per velocità moderate.
• Carico assiale minimo richiesto.
• Generalmente gli anelli sono separabili.
Cuscinetti assiali a sfere - a doppio effetto
• Ammettono carichi assiali in entrambe le direzioni.
• Adatti per velocità ridotte.
• Carico assiale minimo richiesto.
• Generalmente gli anelli sono separabili.
Cuscinetti assiali orientabili a rulli
• Indicati per carichi assiali molto elevati agenti in una sola direzione.
• Il carico radiale ammissibile può arrivare fino al 55% del carico assiale.
• Indicati per velocità ridotte.
• Ammettono disallineamento.
• Si consiglia la lubrificazione ad olio.
• Generalmente gli anelli sono separabili.
Legenda
Intervallo di velocità
Carichi (radiali, assiali in una direzione od entrambe)
Disassamento angolare
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Cuscinetti a sfere a contatto
obliquo
•••
•••
•••
••••
Cuscinetti a sfere a contatto
obliquo, a due corone
•••
•••
•••
••
Cuscinetti a sfere a contatto
obliquo, accoppiati
•••
•••
•••
•••
••••
Cuscinetti a sfere a quattro
contatti
•
•••
••
•••
•••
Cuscinetti orientabili a sfere
••
•
•
•••
Cuscinetti radiali a rulli
cilindrici
•••
x
x
••••
••••
Cuscinetti radiali a rulli
cilindrici, a due corone
••••
x
x
•••
••••
Cuscinetti radiali a rulli
cilindrici, con orletto di ritegno
•••
••
••
Cuscinetti radiali a rulli cilindrici,
con anello di guida assiale
•••
••
Cuscinetti a rullini
•••
Cuscinetti a rulli conici
••••
•••
✱
•
A
•
B
•
✱
✱
•
✱
✱
C
•
✱
✱
D
✱
✱
••••
✱
•••
••
✱
••••
•
✱
•••
•••
••
••
•••
•••
••
x
x
•••
•••
•
•••
•••
•••
••
•••
••
Cuscinetti a rulli conici, a due o
più corone
••••
•••
••••
••
••••
•
Cuscinetti radiali orientabili a
rulli
••••
••
•••
••
Cuscinetti assiali a sfere a
semplice effetto
x
•••
x
x
Cuscinetti assiali a sfere con
controralla di orientabilità
x
•••
x
x
Cuscinetti assiali a sfere a
contatto obliquo a doppio effetto
x
•••
x
••
Cuscinetti assiali a rulli
cilindrici
x
••••
x
Cuscinetti assiali a rulli conici
x
••••
Cuscinetti assiali orientabili
a rulli
•
••••
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•••
•••
••••
✱
E
✱
F
G
✱
H
✱
I
✱
✱
✱
✱
✱
J
✱
x
•••
••••
•••
x
•
••••
x
x
•
••••
x
•
•
••••
Commenti
•••
Foro conico
nell’anello interno
•
✱
•••
Supporto libero
•
Supporto
bloccato
•
Cuscinetti a sfere di forma
semi-aperta
Orientabilità
Coppia di rotolamento
e rumorosità contenute
••••
Disallineamento
Precisione
elevata
••••
Rigidità
Velocità elevata
••••
Carichi combinati
••
Carichi assiali
••
Cuscinetti radiali rigidi a sfere
Carichi radiali
••
Tipologie/Caratteristiche
••••
✱
K
✱
L
TIPOLOGIE DI CUSCINETTI
Caratteristiche dei cuscinetti volventi
Rispetto ai cuscinetti a strisciamento (bronzine), quelli volventi offrono numerosi
vantaggi che si possono così sintetizzare:
• La coppia di spunto e l’attrito all’avviamento sono bassi e la differenza tra la coppia
di spunto e quella di rotazione è ridotta.
• Con il progredire della standardizzazione a livello mondiale, i cuscinetti volventi
offrono maggiori garanzie di intercambiabilità e reperibilità.
• La manutenzione, la sostituzione e l’ispezione sono di facile esecuzione, data la
semplicità della struttura che circonda i cuscinetti volventi.
• Molte tipologie di cuscinetti volventi sono in grado di sopportare,
contemporaneamente o separatamente, sia carichi assiali che radiali.
• I cuscinetti volventi possono essere utilizzati in condizioni di temperatura
estremamente diverse, senza perdere le proprie caratteristiche.
• È possibile precaricare i cuscinetti volventi al fine di produrre un gioco negativo e
ottenere quindi una maggiore rigidezza e precisione del sistema.
Commenti
Simboli
A Normalmente i due cuscinetti
•••• Eccellente
vengono montati con disposizione
"faccia a faccia”
B Angolo di contatto di 15°, 25°, 30° e
••• Buono
••
Adatto in certe condizioni
•
Insufficiente
40°. Normalmente i cuscinetti
x
Non idoneo
vengono montati contrapposti.
✱
Applicabile
C E’ possibile abbinare cuscinetti in
✱
Applicabile, ma è necessario
disposizione DF e DB, ma non come
consentire la contrazione e/o
supporto libero. Il gioco deve essere
l’allungamento dell’albero sulle
regolato in base alle esigenze
superfici di accoppiamento dei
specifiche.
cuscinetti.
D Angolo di contatto di 35°.
Un'unica direzione
E Inclusa la versione N.
Due direzioni
F Inclusa versione NNU.
G Inclusa versione NF.
H Inclusa versione NUP.
I
Normalmente i cuscinetti vengono
montati contrapposti. Il gioco deve
essere regolato in base alle esigenze
specifiche.
J
Sono disponibili anche le versioni KH
e KV, ma non sono adatte per un
utilizzo come supporti liberi.
K Compresi i cuscinetti assiali a rullini
L
Si consiglia la lubrificazione a olio
| 15
NSK può dare molto
Un albero di un riduttore necessita di almeno due cuscinetti per un supporto ed una guida
ottimali rispetto all'elemento fisso. I cuscinetti NSK, oltre a sopportare il rispettivo carico
radiale ed assiale, consentono l’espansione dell'albero. Un aspetto di notevole interesse
riguarda la disposizione di un cuscinetto assiale (supporto fisso) e di un cuscinetto flottante
e tutte le regolazioni necessarie per il corretto funzionamento.
Supporto mediante cuscinetti fissi e flottanti
La posizione del cuscinetto assiale sull’albero e nell’alloggiamento deve essere impostata
in direzione assiale, dato che questo deve guidare l’albero assialmente e deve sostenere
i carichi assiali dell'ingranamento. Le variazioni di posizione del cuscinetto sull’albero e
nell’alloggiamento - conseguenza delle temperature di esercizio e delle tolleranze di montaggio - vengono bilanciate dal cuscinetto flottante. Queste caratteristiche di compensazione e di bilanciamento sono essenziali per limitare la sollecitazione del cuscinetto. Il
cuscinetto flottante sostiene i carichi radiali ed agevola il movimento assiale. La scelta del
tipo di cuscinetto da utilizzare come cuscinetto assiale dipende dai livelli di carico assiale
e dai requisiti per garantire una guida assiale precisa dell'albero. I cuscinetti adatti a sopportare fattori combinati di carico possono essere utilizzati come cuscinetti assiali. Tra
questi vi sono i cuscinetti a sfere a contatto obliquo, i cuscinetti radiali orientabili a rulli ed
i cuscinetti a sfere a contatto obliquo a due corone. I cuscinetti a sfere a contatto obliquo
ad una corona, accoppiati ed i cuscinetti a rulli conici possono essere utilizzati come supporto bloccato, come i cuscinetti assiali che vengono assemblati in combinazione con i
cuscinetti radiali.
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POSIZIONE DEI CUSCINETTI NEI RIDUTTORI
Supporto flottante realizzato con
due cuscinetti radiali a rulli cilindrici versione NJ. I due cuscinetti radiali a rulli cilindrici sostengono
il carico radiale e sono disposti in
coppia per una distribuzione del
carico uniforme e bilanciata. Per
garantire un gioco assiale sufficiente, la regolazione viene effettuata tramite distanziali.
Combinazione di un cuscinetto
assiale ed un supporto flottante
realizzato con un cuscinetto radiale a rulli cilindrici ed uno a rulli conici disposti in coppia asimmetrica, ideale per carichi radiali
e carichi assiali elevati agenti in
una sola direzione.
Due cuscinetti radiali a rulli cilindrici ed un cuscinetto a quattro
contatti. I due cuscinetti radiali a
rulli cilindrici sostengono i carichi
radiali, mentre il cuscinetto a
quattro contatti assorbe solo il
carico assiale.
Supporto con due cuscinetti a
rulli conici in disposizione ad “X”,
ideale per carichi radiali e assiali
elevati.
Supporto flottante realizzato con
due cuscinetti radiali a rulli cilindrici a pieno riempimento, indicati
per carichi radiali elevati e carichi
assiali moderati.
Riduttore epicicloidale con diverse disposizioni di cuscinetti
Supporto del cuscinetto fisso
Velocità media
del vento
Turbolenza
Sezione del flusso
Questa disposizione non richiede un cuscinetto assiale specifico. L’albero è guidato assialmente in ciascuna direzione da ognuno dei due cuscinetti. Ad ogni modo, con questa
tipologia di supporto vi è il rischio di carichi dovuti alla mutua influenza di un cuscinetto
sull’altro. In linea generale, si possono utilizzare tutti i tipi di cuscinetti che sono in grado
di sostenere carichi assiali almeno in una direzione ed ovviamente di sopportare carichi
radiali. Tra questi vi sono i cuscinetti radiali rigidi a sfere, i cuscinetti radiali orientabili a
rulli, i cuscinetti a sfere a contatto obliquo ed i cuscinetti a rulli conici. Se è richiesta una
guida precisa dell’albero, ad esempio, con il supporto pignone che integra una corona conica elicoidale, il supporto a cuscinetto fisso risulta particolarmente vantaggioso.
Interfaccia torre
Gradiente del flusso d’aria
verticale medio
Supporto del cuscinetto flottante
Le condizioni che si applicano al cuscinetto flottante sono simili a quelle relative al cuscinetto fisso. Tuttavia, la disposizione assiale dell’albero è possibile solo in una certa
misura. Per misurare il livello ammissibile di spostamento assiale, le condizioni termiche
Schema rappresentativo di un impianto eolico
La velocità del vento è condizionata da diversi fattori:
quantità d’aria, luogo, tempo e genera carichi dinamici
sull’impianto e sui componenti, cuscinetti compresi.
sfavorevoli vengono prese in considerazione per evitare che il cuscinetto sia esposto a
sovraccarichi assiali. Il gioco assiale è soggetto a tolleranze specifiche. Generalmente
si sceglie il supporto a cuscinetto flottante quando la dentatura richiede un’impostazione
assiale libera o se non è particolarmente importante avere una guida assiale dell’albero
particolarmente precisa.
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Esempi di disposizione di montaggio
Cuscinetto assiale e cuscinetto flottante combinati
Disposizione del cuscinetto - fissa o flottante
Disposizione
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Commenti
ApplicazionI tipiche
Supporto a cuscinetto flottante per carichi radiali
moderati. La posizione degli anelli esterni viene
spesso regolata con l'utilizzo di molle.
Piccoli motori elettrici e riduttori.
Supporto a cuscinetto libero per carichi radiali
elevati. Possibilità di calettamento mediante
pressa per anelli interno ed esterno. Fare
attenzione che il gioco assiale non si riduca
troppo durante l’esercizio.
Riduttori di piccole e medie dimensioni,
vibro-motori.
Disposizione standard per carichi elevati. Questa
risulta ideale quando si ha una distanza ridotta
tra i cuscinetti dato che la distanza dei centri di
carico aumenta per via della disposizione “dorso
a dorso”. E’ possibile registrare il gioco interno
durante il montaggio.
Pignone conico con braccio integrato
nell’ingranaggio, cuscinetti per ruote.
Questa disposizione viene scelta se è richiesto il
calettamento mediante pressa. Manipolazione e
posizionamento semplici. La disposizione faccia
a faccia riduce il gioco del cuscinetto. E’
possibile registrare il gioco interno durante il
montaggio.
Riduttori di piccole e medie dimensioni.
Indicati per velocità elevate e per carichi radiali e
assiali di entità media. Se si utilizzano versioni
particolari, è possibile applicare il precarico (ad
esempio attraverso delle molle). La regolazione
del gioco del cuscinetto e del precarico è
richiesta al montaggio.
Piccoli riduttori, macchine utensili.
Questa disposizione del cuscinetto viene
utilizzata se il carico è uniforme e bilanciato.
Carichi assiali limitati. Per ridurre la rumorosità, i
cuscinetti vengo spesso regolati con l’utilizzo di
molle.
Piccoli motori elettrici e riduttori.
E’ una disposizione comune. I carichi sul
cuscinetto possono variare. Carichi assiali
limitati.
Motori elettrici di medie dimensioni, ventilatori,
riduttori.
POSIZIONE DEI CUSCINETTI NEI RIDUTTORI
Cuscinetto assiale e cuscinetto flottante combinati
Disposizione
Commenti
Applicazioni tipiche
Ideale per carichi radiali elevati e per carichi
assiali ridotti. Per via della loro separabilità, i
cuscinetti radiali a rulli cilindrici sono indicati per
montaggi che richiedono il calettamento
mediante pressa dell'anello interno ed esterno.
Ridutori, motori di trazione.
Indicati per carichi radiali elevati su entrambi i
cuscinetti e per carichi assiali moderati. Non
sensibili al disallineamento.
Riduttori, nastri trasportatori, macchine per la
produzione di carta.
Indicati per carichi radiali elevati e per carichi
assiali di entità moderata ad alta velocità di
esercizio. (Per evitare che il cuscinetto radiale
rigido a sfere - utilizzato come cuscinetto assiale
- risulti soggetto a carico radiale, è necessario
scaricare l’alloggiamento).
Riduttori, ventilatori.
Indicati per carichi radiali elevati e per carichi
assiali di entità moderata.
Riduttori, macchine per la produzione di carta.
Indicati per carichi assiali e radiali elevati. La
disposizione faccia a faccia dei cuscinetti a rulli
conici consente un margine di disallineamento
superiore rispetto alla disposizione dorso a
dorso.
Alberi a pignone nei riduttori.
IIndicati per carichi assiali di entità moderata. I
cuscinetti a sfere a contatto obliquo devono
essere utilizzati nella combinazione universale
(BG) oppure pre-accoppiati. Spesso si adottano
cuscinetti radiali a rulli cilindrici al posto dei
cuscinetti radiali.
Ambiti applicativi con requisiti elevati in termini di
guida assiale.
Si utilizza questo tipo di cuscinetto quando sono
presenti carichi assiali in una sola direzione e vi è
disallineamento. Spesso si utilizza anche la
combinazione di cuscinetti radiali orientabili a rulli e
di cuscinetti assiali a sfere. Il centro del raggio
dell’alloggiamento sferico deve coincidere con
quello del cuscinetto radiale orientabile a sfere.
Bisogna rispettare il carico minimo assiale. Indicati
anche per disposizioni verticali (gru).
Supporti cuscinetti assiali, gru.
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La chiave per la soluzione perfetta
Una volta selezionato il tipo di cuscinetto, è necessario determinarne la dimensione
opportuna e le caratteristiche interne al fine di garantire una soluzione efficiente ed a
prestazioni elevate. Un criterio è di fondamentale importanza: fare un calcolo della
durata del cuscinetto. Gli esperti sono da sempre consapevoli che, per fornire una valutazione affidabile, è necessario considerare diversi parametri. Gli ultimi sviluppi di NSK
includono metodi ottimizzati e procedure di calcolo che aumentano il livello di accuratezza delle stime.
Una moltitudine di fattori da considerare
Se si desidera determinare la durata di un cuscinetto è necessario prendere in considerazione diversi fattori. In ciascuna applicazione, la tipologia, la capacità di carico e la
velocità ammissibile sono importanti tanto quanto la struttura all’esterno del cuscinetto,
ad esempio le proprietà dell'albero e dell'alloggiamento, il materiale e le relative tolleranze geometriche. Tenute, metodo di lubrificazione, temperature operative e temperature dell’ambiente di esercizio: tutti questi fattori condizionano il complesso sistema di un
riduttore e, perciò, devono essere valutati, misurati e confermati. Ulteriori elementi che
condizionano la durata di un cuscinetto sono, ad esempio, l'accoppiamento, l'albero cardanico, la trasmissione a cinghia ed i carichi che si sviluppano dall’albero e dagli
ingranaggi, ecc. E tutti sono tanto importanti quanto le condizioni operative.
Per farla breve: siamo di fronte a calcoli molto complessi. NSK ha sviluppato diversi
metodi e procedure per valutare ed analizzare dati e parametri così complessi.
| 20
METODO DI CALCOLO
Metodo di calcolo convenzionale
Metodi standard convenzionali
冢 冣
I metodi standard di calcolo per determinare la durata a fatica del cuscinetto sono defi-
L10 = C
P
niti come metodi a catalogo e sono descritti nella norma ISO 281. I parametri coinvolti
sono: carico, velocità, coefficiente di carico e tipologia di cuscinetto. I dati della durata
che risultano sono: L10 o L10h. I calcoli “modificati” secondo la norma ISO 281 vanno oltre
e comprendono anche i carichi limite per la durata a fatica del cuscinetto, i parametri di
C
P
p
lubrificazione ed il grado di pulizia del lubrificante. Di conseguenza forniscono una valutazione più precisa delle condizioni operative e delle prestazioni del cuscinetto. I dati
n
p
o
冢 冣
6
L10h = 10 C
n·60 P
p
Coefficiente di carico dinamico
Carico dinamico equivalente
Esponente (3 per i cuscinetti a sfera,
10/3 per i cuscinetti a rulli)
Velocità di rotazione
della durata che risultano sono: L10a o L10ah. Entrambi i metodi sono approvati, ma, come
abbiamo già detto prima, c'è sempre un potenziale di miglioramento.
Calcoli modificati per la durata del cuscinetto
Lna = a1 · aDIN ·
冢 冣
C
P
p
Software ABLE
oppure
Carico
■ Durata teorica convenzionale
■ Durata secondo il metodo di calcolo evoluto
■ Carico limite di durata a fatica
Lna = a1 · aDIN ·
a1
aDIN
106
n·60
冢 冣
C
P
p
Coefficiente di affidabilità
Coefficiente per condizioni operative
Durata cuscinetto
LNSK = a1 · aNSK · L 10h
a1
Coefficiente di affidabilità
a NSK Coefficiente secondo NSK che considera le condizioni operative
Software ABLE di NSK
Il software ABLE (Advanced Bearing Life Equation – metodo di calcolo avanzato della
durata dei cuscinetti) è l’ultimo software sviluppato da NSK per garantire una stima ancora
più precisa della durata a fatica dei cuscinetti.
I calcoli standardizzati dalle specifiche ISO 281 sono stati ampliati: la differenza principale
(ed il progresso) sta nel fatto che questo metodo si basa su informazioni che vengono rilevate da applicazioni reali ed i test vengono eseguiti dopo un determinato periodo di operatività. Inoltre, questo metodo di calcolo avanzato, progettato da NSK, considera
un’ampia gamma di fattori, tra cui le condizioni ambientali, i carichi ammissibili per la
durata a fatica, parametri di lubrificazione, fattori di contaminazione e materiali utilizzati.
| 21
Forza radiale
come la deformazione dell'albero e dell'alloggiamento, il disallineamento, lo spostamento del cuscinetto stesso (e dei
cuscinetti adiacenti) ed i cicli operativi
interni. I metodi convenzionali analizzano
semplicemente il cuscinetto, senza prendere in considerazione altre caratteristiche
che influiscono sulla durata dello stesso.
Cuscinetto radiale
a rulli cilindrici
Lunghezza del corpo volvente
(mm)
Albero (mm)
Deformazione dell’albero
Cuscinetto a rulli conici
(lato sinistro)
Lunghezza del corpo volvente
(mm)
Pressione di contatto [GPa]
NSK che considera parametri importanti
Pressione di contatto [GPa]
STIFF è un programma sviluppato da
Pressione di contatto [GPa]
Un’ulteriore invenzione: STIFF
Flessione (mm)
Forza assiale
Cuscinetto a rulli conici
(lato destro)
Lunghezza del corpo volvente
(mm)
Sezione trasversale relativa alle sollecitazioni sul corpo volvente con carico massimo
STIFF effettua delle previsioni sull'intero
sistema cuscinetto-albero-alloggiamento.
Il software, grazie alla varietà di fattori
analizzati, è uno strumento eccellente e
fornisce risultati che permettono di effettuare valutazioni reali in un breve tempo.
Distribuzione del carico e sezioni
Inoltre si evita di effettuare test intensivi su
cuscinetti speciali e su disposizioni
rispetto a condizioni applicative individuali.
| 22
Procedure per il calcolo della durata di un cuscinetto • Programma STIFF
Calcolo della forza
Analisi della deformazione dei componenti
• Parametri:
– Carico sui componenti e relativa deformazione
– Carichi sul cuscinetto e conseguente deformazione dello
stesso
Calcolo dei fattori che influiscono
sulle prestazioni dei cuscinetti
Analisi dell’attrito interno
• Cinematica del corpo volvente
• Oscillazione ed intraversamento del corpo volvente
• Spessore della pellicola di lubrificante
• Generazione di calore e coppia d’attrito dinamico
Valutazioni più precise sulla durata
dei cuscinetti
Analisi dei fattori interni di sollecitazione del corpo volvente
• Pressione di contatto e distribuzione del carico interno
Affidabilità e sicurezza operativa
Parametri di usura
• Valore PV (ottenuto dal potenziale di contatto e dalla velocità
periferica; questo valore mette in risalto i rischi potenziali di
fenomeni di usura e di attrito)
METODI DI CALCOLO
Ancora più strumenti - sviluppati
grazie alla nostra esperienza
e al nostro know-how
Un altro esempio relativo ai metodi di calcolo utilizzati da NSK è costituito dall'analisi a elementi finiti (FEM). L’analisi a
elementi finiti esamina la distribuzione dei
fattori di stress nel cuscinetto e nei componenti e rappresenta quindi un'ottima
Struttura ottimizzata della gabbia: attraverso l’analisi FEM, è possibile individuare i
soluzione per le applicazioni non standard.
componenti e le parti con livelli di sollecitazione superiori ai valori ammissibili. Tali parti
L’analisi in frequenza, d’altra parte, valuta
possono essere ridisegnate per ridurre le sollecitazioni del cuscinetto e migliorarne così le
il livello di rumorosità prodotto dal cu-
prestazioni.
scinetto nell’applicazione e tiene in considerazione le prestazioni e le
caratteristiche operative del sistema.
Capacità di calcolo personalizzate possono essere integrate in programmi di calcolo specifici che ottimizzano e
velocizzano le operazioni di analisi.
I riduttori epicicloidali sono componenti a parete sottile esposti a sollecitazioni elevate.
Dopo aver esaminato la deformazione dell’ingranaggio, sono stati analizzati gli aspetti
relativi alla geometria interna del cuscinetto per garantire una distribuzione uniforme e
bilanciata del carico. In questo modo è stato possibile aumentare la durata del cuscinetto.
| 23
NSK. Resistenza Assoluta
Quando è necessario sviluppare cuscinetti che resistono a sollecitazioni notevoli ed a condizioni
operative severe, NSK è sempre pronta a fornire una soluzione. I cuscinetti NSK sono sinonimo
di affidabilità, lunga durata operativa ed elevata resistenza all'usura ed al grippaggio. Gli investimenti costanti in attività di ricerca, in particolare nella tecnologia dei materiali, garantiscono il raggiungimento degli obiettivi anche più ardui. Grazie alle ricerche è stato possibile realizzare soluzioni
innovative: NSK ha sviluppato un materiale allo stato dell’arte che garantisce prestazioni eccezionali in condizioni operative caratterizzate dalla presenza di sostanze contaminanti o da fattori
di stress elevati. I nuovi acciai NSK possono essere utilizzati per diverse tipologie di cuscinetti.
Metodi per garantire una lunga durata di esercizio
Obiettivo:
maggiore durata
Cricche sub-superficiali
Materiale
Elevata purezza
VIM-VAR
Acciaio Z
Sfaldamento sulle superfici
di rotolamento
Trattamento termico
Trattamento termico
speciale
Trattamento
termico UR
Tenute
Controllo dell’austenite
residua
Cuscinetti TF
Cuscinetti con tenute
speciali per
trasmissioni automotive
Cuscinetti HI-TF
Cuscinetti a rulli
conici schermati
Acciaio EP
Cuscinetti
Super-TF
| 24
MATERIALE PER I CUSCINETTI A RULLI
Confronto della distribuzione e delle dimensioni delle particelle di carburi e di carbo-nitruri nel materiale Super-TF
(a sinistra) e nel materiale standard (ingrandimento: 4.000 X).
Probabilità cumulativa cedimento (%)
Causa ed effetto
Tutti i cuscinetti a rulli hanno una durata a fatica limitata. I primi segni evidenti si hanno
quando si manifestano sottili cricche sotto la superficie del cuscinetto. Queste provocano lo sfaldamento delle aree di contatto dell'elemento volvente e della superficie di
rotolamento. La durata di un cuscinetto dipende in maniera sostanziale dal grado di
purezza dell’acciaio utilizzato. Il cedimento prematuro, ad ogni modo, è causato generalmente dallo sfaldamento delle superfici di contatto, dovuto ad una sollecitazione
eccessiva delle superfici di rotolamento. La contaminazione della lubrificazione provocata da particelle di metallo o scorie oppure da una manipolazione non corretta in fase
■ SUJ2-X26
■ Super-TF con
trattamento termico speciale
di montaggio o manutenzione è spesso la causa principale del cedimento prematuro di
un cuscinetto. Per evitare queste problematiche, NSK ha sviluppato un nuovo mate-
Ciclo di vita
Durata superiore grazie al materiale Super-TF.
ore
riale: l’acciaio Super-TF per condizioni operative particolarmente severe. Un materiale
innovativo come lega metallica, sottoposto ad un trattamento termico innovativo.
Semplicemente super resistente: Super-TF
L'obiettivo del processo di sviluppo è stato quello di migliorare le proprietà e le prestazioni
del precedente materiale, denominato TF. Per questo NSK ha sviluppato una composizione
innovativa della lega metallica ed un trattamento termico che garantisce una distribuzione
omogenea delle particelle di carburi nell’acciaio riducendo al minimo le loro dimensioni.
Inoltre, NSK ha studiato un nuovo metodo per far agglomerare particelle piccolissime di
carburi e di nitruri nell'acciaio - un metodo che è stato brevettato in tutto il mondo. I cuscinetti realizzati con il materiale Super-TF non offrono solo una maggiore durata in condizioni di lubrificazione contaminate - circa dieci volte superiore rispetto ai cuscinetti in
acciaio tradizionale - ma garantiscono anche una resistenza all’usura, al grippaggio ed al
calore superiore rispetto all’acciaio TF. Un vantaggio assoluto in termini di costi e
prestazioni per il cliente.
Principali ambiti di applicazione
La tecnologia Super-TF può essere applicata ad un’ampia gamma di cuscinetti tra cui, ad
esempio, i cuscinetti radiali a rulli cilindrici, i cuscinetti a rulli conici, i cuscinetti radiali orientabili a rulli, i cuscinetti radiali rigidi a sfere ed i cuscinetti a sfere a contatto obliquo.
| 25
Tutto “gira” senza problemi
Circa il 40 % dei cedimenti prematuri dei cuscinetti è imputabile a metodi non corretti di
lubrificazione. I danni si manifestano sotto forma di fenomeni di usura, lubrificazione
insufficiente ed irregolare, sfaldamento, grippaggio, usura da fatica, surriscaldamento dei
cuscinetti. Queste problematiche sono tutte causate da una lubrificazioni inadeguata una lubrificazione eccessiva è spesso una delle cause principali - e possono essere evitate se si presta maggiore attenzione alle particolarità ed ai requisiti di ogni applicazione.
La separazione ottimale delle superfici di contatto attraverso una pellicola speciale non
è l’unica funzione di un lubrificante. Ridurre l’attrito, evitare la contaminazione del cuscinetto, proteggere dai fenomeni di corrosione ed agevolare il trasferimento termico:
queste sono tutte missioni importanti che deve svolgere il lubrificante.
Separare le superfici di contatto
Per garantire che le superfici di contatto vengano separate in maniera permanente, è
necessario adottare un metodo preciso per specificare le condizioni necessarie di lubrificazione. Basato sulla teoria della lubrificazione elasto-idro-dinamica, il rapporto tra la
viscosità effettiva dell’olio e quella richiesta in fase operativa deve essere superiore al
fattore 1. Secondo le norme ISO 281, la durata nominale del cuscinetto si riferisce
espressamente a questo valore minimo. La viscosità richiesta viene stabilita in base alla
velocità operativa ed al diametro primitivo del corpo volvente.
Olio o grasso?
Generalmente i cuscinetti volventi vengono lubrificati con lo stesso olio utilizzato per i
Calcolo della quantità d’olio richiesta
0.19 x 10–5
Q10 = T -T
d μ n F (N)
2 1
Q
T1
T2
d
e
n
F
Quantitativo d’olio (litri/min)
Temperatura dell’olio in ingresso (in C°)
Temperatura dell’olio in uscita (in °C)
Diametro foro nominale (in mm)
Coefficiente di attrito dinamico (vedi tabella)
Velocità (giri/min)
Carico radiale applicato al cuscinetto (in N)
riduttori. La lubrificazione ad olio garantisce una lubrificazione permanente di tutti i punti
di contatto. Questo è uno dei vantaggi principali. In questo contesto, la fornitura selettiva
e lo scarico dell’olio rappresentano un altro vantaggio. Inoltre, l’olio è un ottimo mezzo
per trasferire il calore dai punti di contatto. Normalmente è necessario sostituire il lubrificante. La lubrificazione a grasso, d’altro canto, contribuisce alla tenuta dell’applicazione
e può garantire una lubrificazione esente da manutenzione.
Lubrificazione mirata alla riduzione della temperatura
I cuscinetti volventi che operano a velocità elevate rischiano di generare una quantità
eccessiva di calore per via dell'attrito del cuscinetto e del movimento del lubrificante.
Tutto questo potrebbe provocare un aumento insostenibile della temperatura dei componenti del riduttore. Il trasferimento di calore è quindi essenziale per evitare il sur-
Coefficiente di attrito per tipologie diverse di cuscinetti
Tipologia di cuscinetti
Coefficiente di
attrito per tipologie
diverse di cuscinetti μ
Cuscinetto radiale orientabile a rulli
Cuscinetto assiale a sfere
Cuscinetto a rulli conici
Cuscinetto a sfere a contatto obliquo
Cuscinetto radiale rigido a sfere
Cuscinetto radiale a rulli cilindrici
| 26
0,0028
0,0028
0,0022
0,0015
0,0013
0,0010
riscaldamento del cuscinetto. Sono disponibili diversi metodi per ridurre questo
fenomeno, ma una procedura si è rivelata particolarmente efficace, in particolare sulle
grandi macchine che utilizzano cuscinetti di grosse dimensioni, come le presse, le macchine per la produzione della carta e per la lavorazione dell'acciaio: il trasferimento di
calore viene effettuato attraverso la fornitura in pressione di un volume superiore di lubrificante. Le condizioni operative attuali del riduttore servono come base per calcolare la
quantità di lubrificante richiesta per un adeguato trasferimento di calore.
LUBRIFICAZIONE
Danni provocati da problemi di lubrificazione
Effetto
Rumorosità
Usura della gabbia
Usura dei corpi volventi,
delle superfici di
rotolamento e degli
orletti di ritegno
Sfaldamento da fatica
Aumento di temperatura
del cuscinetto,
grippaggio
(surriscaldamento)
Degradazione del
lubrificante
(scolorito, solidificato,
prestazioni di
lubrificazione ridotte)
Causa
Motivo
Lubrificazione insufficiente
In alcune aree di contatto non si forma la pellicola di lubrificazione.
Il film protettivo non è sufficiente per separare completamente i componenti.
Lubrificazione inadeguata
Il film è troppo sottile per via di un'insufficiente viscosità dell'olio o dell'olio a base di grasso. Se si
utilizza il grasso, la struttura dell’addensante potrebbe avere un effetto sfavorevole (le particelle del
grasso potrebbero generare rumore).
Contaminazione
Le particelle estranee danneggiano la pellicola di lubrificazione e provocano un aumento
della rumorosità.
Lubrificazione insufficiente
In alcune aree di contatto non si forma la pellicola di lubrificazione.
Il film protettivo non è sufficiente per separare completamente i componenti.
Lubrificazione inadeguata
Viscosità insufficiente dell’olio o dell’olio di base del grasso.
Il lubrificante non contiene additivi per la protezione contro l’usura.
Lubrificazione insufficiente
In alcune aree di contatto non si forma la pellicola di lubrificazione. Il film protettivo non è sufficiente
per separare completamente i componenti. Usura da strisciamento dovuta al movimento oscillante.
Lubrificazione inadeguata
Viscosità insufficiente dell’olio o dell’olio a base di grasso. Il lubrificante non contiene additivi per la
protezione contro l’usura o additivi EP (per carichi elevati).
Contaminazione
Sostanze contaminanti (particolati o liquidi) con effetti corrosivi o abrasivi.
Lubrificazione insufficiente
In alcune aree di contatto non si dispone di una pellicola di lubrificazione sufficiente per sopportare
sollecitazioni da contatto elevate. Usura.
Lubrificazione inadeguata
Viscosità insufficiente dell’olio o dell’olio a base del grasso.
Prestazioni pressione-viscosità dell’olio inadeguate.
Contaminazione
Penetrazione di particelle solide della dentatura e stress superficiale.
Corrosione che danneggia le superfici di contatto.
Lubrificazione insufficiente
In alcune aree di contatto non si forma la pellicola di lubrificazione.
Il film protettivo non è sufficiente per separare completamente i componenti.
Lubrificazione inadeguata
Attrito elevato ed aumento della temperatura dovuto al contatto sporadico dei componenti.
Contaminazione
Elevato attrito con velocità medie ed elevate, in particolare per flusso improvviso di lubrificante.
Lubrificazione insufficiente
La temperatura di esercizio è superiore alla temperatura ammissibile del lubrificante (per questo si
verificano guasti e si formano residui).
Lubrificazione inadeguata
Intervalli di lubrificazione troppo lunghi o utilizzo prolungato del lubrificante.
Controllo della lubrificazione
Parametri monitorati
Metodo
Problematiche che si possono riscontrare o evitare
Lubrificazione
Analisi (contenuto d’acqua, particelle contaminanti,
pH, numero di saponificazione).
Usura da fatica, usura, corrosione, lubrificazione inadeguata.
Sistema di lubrificazione
Pressione dell’olio, condizioni dell’olio,
flusso e temperatura.
Surriscaldamento dei cuscinetti, usura.
| 27
Dimensioni adeguate
Se l’anello interno di un cuscinetto volvente viene accoppiato all’albero senza utilizzare
metodi particolari di montaggio, vi è spesso il rischio che si verifichino fenomeni di slittamento tra i due elementi a contatto. Questo slittamento, conosciuto anche come scorrimento, provoca la formazione di particelle che si staccano dalle superfici, causando
fenomeni di usura. Di conseguenza, l'albero viene danneggiato. Le particelle che si formano dall'abrasione metallica possono penetrare nel cuscinetto e danneggiare le superfici di rotolamento. Inoltre, l’abrasione metallica può provocare un aumento della
temperatura e delle vibrazioni. E’ importante prevenire lo slittamento, garantendo un
posizionamento adeguato e permanente per fissare l’anello - sull’albero o nell’alloggiamento. Ad ogni modo, l’accoppiamento con interferenza non è sempre richiesto per gli
Accoppiamenti consigliati nell’alloggiamento per cuscinetti radiali
Esempi applicativi
Tolleranze
per il foro
dell’alloggiamento
Carichi elevati sul cuscinetto
in alloggiamenti con pareti
sottili o carichi d’urto elevati
Mozzi ruota
(cuscinetti a rulli)
Ruote per gru mobile
P7
Carico normale o elevato
Mozzi ruota
(Cuscinetti a sfere)
Vagli vibranti
N7
Condizioni di carico
Carico
rotante per
l’anello
esterno
Alloggiamento
monoblocco
Carico leggero o variabile
Carico di
direzione
indeterminata
Alloggiamento
monoblocco o
in due metà
| 28
Carichi d’urto elevati
Motori di trazione
Carico normale o elevato
Pompe
cuscinetti di banco per
motori endotermici
motori elettrici di medie
e grandi dimensioni
Carico normale o leggero
Carico
rotante per
l’anello
interno
Rulli trasportatori
Carrucole, Pulegge
tendicinghia
Qualsiasi tipo di carico
Carico normale o leggero
Spostamento assiale
dell’anello esterno
Note
Impossibile
—
K7
Generalmente impossibile
Spostamento assiale
dell’anello esterno,
generalmente non richiesto.
JS7 (J7)
Possibile
È richiesto lo
spostamento assiale
dell’anello esterno
Facilmente possibile
—
M7
Applicazioni generali,
boccole per applicazioni
ferrotranviarie
H7
Supporti ritti
H8
anelli, in particolare nelle situazioni in cui il carico non si muove rispetto all'anello. A
seconda del campo di applicazione, è possibile utilizzare un accoppiamento libero sia
per l’anello interno sia per quello esterno.
Ad esempio, se è necessario lo spostamento del cuscinetto in direzione assiale per operazioni di montaggio, smontaggio oppure per compensare la dilatazione termica. In
questo caso risulta opportuno considerare la lubrificazione o altre procedure adeguate
per evitare di danneggiare i punti di contatto per via dello scorrimento.
Procedure per un accoppiamento perfetto
Per calcolare l’accoppiamento adeguato di un cuscinetto è fondamentale considerare il
carico a cui è sottoposto. Nel punto di applicazione del carico, l’anello interno del cuscinetto è soggetto a compressione radiale mentre nel punto opposto l’anello tende a
espandersi. Questo riduce effettivamente l’interferenza tra i componenti. E’ possibile utilizzare il metodo illustrato nell’Equazione 1 per calcolare la riduzione dell’accoppiamento. In pratica, il livello effettivo di interferenza selezionato deve essere sempre
superiore al risultato ottenuto dall'equazione 1. I calcoli dell’equazione 1 sono sufficienti
per carichi relativamente bassi, tipici di molte applicazioni. Se si prevedono carichi elevati, è possibile utilizzare l'Equazione 2.
Equazione 1
Equazione 2
ΔdF = 0.08
ΔdF
d
B
F
√ Bd F x 10
ΔdF⩾0.02 F 10–3 (N)
B
–3 (N)
Interferenza richiesta
Diametro foro (mm)
Larghezza dell’anello interno (mm)
Carico radiale (N)
1
ΔdF
B
F
Condizioni di carico
Aumento di temperatura
dell’anello interno per
trasmissione dall’albero
Alloggiamento
monoblocco o
in due metà
Carico
rotante per
l’anello
interno
Esempi applicativi
Tolleranze
per il foro
dell’alloggiamento
Spostamento assiale
dell’anello esterno
Note
Cilindri essiccatori
di cartiere
G7
Facilmente possibile
—
JS6 (J6)
Possibile
—
K6
Generalmente
impossibile
Cuscinetti a sfere
posteriori di mandrini
per rettifica
Elevata precisione di
rotazione in presenza di
carico normale o leggero
Cuscinetti “liberi” di
compressori centrifughi
ad alta velocità
Cuscinetti a sfere anteriori
di mandrini per rettifica
Elevata rigidità e precisione
di rotazione in presenza di
carichi variabili
Cuscinetti radiali a rulli
cilindrici per mandrini
principali di macchine
utensili
M6 o N6
Impossibile
Per carichi elevati si utilizza
un accoppiamento con
un valore di interferenza
maggiore di K.
Quando si richiede un
elevato grado di precisione,
si consiglia di adottare
un accoppiamento con
tolleranze ristrette
Basso livello di rumorosità
Elettrodomestici
H6
Facilmente possibile
—
Carico di
Alloggiamento
direzione
monoblocco
indeterminata
Carico
rotante per
l’anello
interno
Interferenza richiesta
Larghezza dell’anello interno (mm)
Carico radiale (N)
Cuscinetti “bloccati” di
compressori centrifughi
ad alta velocità
| 29
Accoppiamenti consigliati per cuscinetti radiali con alberi
Esempi applicativi
Condizioni di carico
Esempi applicativi
Cuscinetti
a sfere
Cuscinetti a rulli
cilindrici ed
a rulli conici
Cuscinetti
orientabili a due
corone di rulli
Tolleranza
dell’albero
Note
CUSCINETTI RADIALI CON FORO CILINDRICO
Carico
rotante
per
l’anello
esterno
Anello interno
assialmente libero
sull’albero
Ruote su assali
stazionari (es.
carrelli da forno)
Anello interno
assialmente poco libero
sull’albero
Pulegge
tendicinghia,
carrucole
Carichi leggeri
o variabili
[≤ 0.06 Cr (1)]
Elettrodomestici,
Pompe, Soffiatori,
Mezzi di trasporto,
Macchine
di precisione,
macchine utensili
g6
Qualsiasi dimensione
Carico
rotante
per
l’anello
interno o
carico di
direzione
indeterminata
Carichi normali
[da 0,06 a 0,13 Cr (1)]
Carico elevato
o carico d’urto
[P>0,13 Cr (1)]
Applicazioni
generali, motori
elettrici di medie e
grandi dimensioni,
turbine, pompe,
cuscinetti di banco
di motori
endotermici,
riduttori, macchine
per la lavorazione
del legno
h6
< 18
—
—
js5
18 ⬃ 100
< 40
—
js6 (j6)
100 ⬃ 200
40 ⬃ 140
—
k6
—
140 ⬃ 200
—
m6
≤ 18
—
—
js5 ⬃ 6 (j5 ⬃ 6)
18 ⬃ 100
< 40
< 40
k5 ⬃ 6
100 ⬃ 140
40 ⬃ 100
40 ⬃ 65
m5 ⬃ 6
140 ⬃ 200
100 ⬃ 140
65 ⬃ 100
m6
200 ⬃ 280
140 ⬃ 200
100 ⬃ 140
n6
—
200 ⬃ 280
140 ⬃ 280
p6
—
—
280 ⬃ 500
r6
—
—
> 500
r7
—
50 ⬃ 140
50 ⬃ 100
n6
—
140 ⬃ 200
100 ⬃ 140
p6
—
> 200
140 ⬃ 200
r6
—
—
200 ⬃ 500
r7
Boccole e motori di
trazione per
applicazioni
ferrotranviarie,
veicoli industriali,
macchinari di
cantiere, frantoi
Solo carichi assiali
Qualsiasi dimensione
js6 (j6)
Utilizzare i valori g5 ed h5 solo
dove si richiede precisione.
La tolleranza f6 garantisce, nel
caso di grossi cuscinetti, una
maggiore libertà assiale
sull’albero.
È possibile utilizzare i
valori k6 e m6 anziché k5
e m5 per i cuscinetti a rulli
conici e per i cuscinetti a
sfere a contatto obliquo
ad una corona, dove non
è necessario considerare
la riduzione di gioco
dovuta all’accoppiamento
con interferenza.
È necessario che il
cuscinetto abbia un
gioco interno maggiore
dello standard.
—
RADIALLAGER
CUSCINETTI
RADIALI
MIT KEGLIGEN
CON FORO
BOHRUNGEN
CONICO E RELATIVA
UND HÜLSEN
BUSSOLA
Qualsiasi tipo di carico
Nota
Nota
(1)
Applicazioni
generali, boccole
per applicazioni
ferrotranviarie.
Alberi di trasmissione,
mandrini per
macchine per la
lavorazione del legno
h9/IT5
Qualsiasi dimensione
Cr rappresenta il coefficiente di carico dinamico del cuscinetto (vedere Tabelle Dimensionali).
Le tolleranze consigliate in questa tabella sono valide soltanto per accoppiamenti con alberi pieni.
| 30
h10/IT7
I valori IT5 e IT7 indicano
la precisione geometrica
che deve avere l’albero,
ovvero gli scostamenti
ammessi per cilindricità
e circolarità.
NOTE
| 31
FILIALI IN EUROPA
ITALIA
INGHILTERRA
SPAGNA
NSK ITALIA S.p.A.
VIA GARIBALDI 215, C.P. 103
20024 GARBAGNATE
MILANESE (MI)
Tel: +39/02 995 191
Fax: +39/02 990 25 778
e-mail: [email protected]
NSK UK LTD.,
NORTHERN ROAD, NEWARK
NOTTINGHAMSHIRE,
NG24 2JF
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Fax: +44/ 1636 602775
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NSK SPAIN, S.A.
C/ TARRAGONA, 161 CUERPO BAJO,
2A PLANTA, 08014 BARCELONA
Tel: +34 932 89 27 63
Fax: +34 934 33 57 76
e-mail: [email protected]
FRANCIA
NORVEGIA
SVEZIA
NSK FRANCE S.A.,
QUARTIER DE L’EUROPE,
2 RUE GEORGES GUYNEMER,
78283 GUYANCOURT, CEDEX
Tel: +33/ 1 30 57 39 39
Fax: +33/ 1 30 57 00 01
e-mail: [email protected]
NSK NORWAY OFFICE
OSTRE KULLEROD 5
N-3241 SANDEF JORD
Tel: +47 3329 3160
NSK SWEDEN OFFICE
CAROLINEN FÖRETAGSCENTER
GERMANIA
POLONIA
TURCHIA
NSK DEUTSCHLAND GMBH,
HARKORTSTRASSE 15,
40880 RATINGEN
Tel: +49/ 2102 4810
Fax: +49/ 2102 4812290
e-mail: [email protected]
NSK ISKRA S.A.
SALES AND MARKETING OFFICE,
UL. WARSZAWSKA 146, 25-547 KIELCE
Tel: +48/ 41 330 38 07
Fax: +48/ 41 330 38 30
e-mail: [email protected]
NSK RULMANLARI ORTA DO≥U TIC. LTD. ∑TI.,
YALI MAH. FEVZI CAKMAK CAD.,
CAGLAR APT. NO 11/4,
MALTEPE, ISTANBUL, 34844
Tel: +90/ 216 442 7106
Fax: +90/ 216 305 5505
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Fax: +47 3342 9002
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VÅXNÄSGATAN 10
SE-65340 KARLSTANDT
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