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Jun 07, 2023

Forze radiali e di spinta nei cuscinetti

Where accuracy is required, it is important for engineers to consider the forces

Laddove è richiesta precisione, è importante che gli ingegneri considerino le forze che agiscono su un cuscinetto. Poiché un cuscinetto tipicamente supporta il libero movimento di un albero attorno a un asse di rotazione, normalmente due forze agiscono sul cuscinetto: un carico radiale e un carico assiale. Ma qual è l’impatto di queste forze? Qui, Chris Johnson, amministratore delegato diCuscinetti per PMI, spiega.

Un carico radiale agisce perpendicolarmente, a 90 gradi, all'asse di rotazione, mentre un carico assiale, noto anche come carico assiale, agisce parallelamente all'asse di rotazione. Qualsiasi disallineamento dell'albero può anche provocare un momento di carico, una forza di inclinazione che può aumentare l'usura. L'applicazione di un carico assiale a un cuscinetto può essere utile. Ad esempio, applicando un carico assiale permanente (precarico) all'anello interno o esterno, utilizzando rondelle o molle, è possibile eliminare il gioco nel cuscinetto e fornire una rotazione più precisa. Al contrario, applicare un carico eccessivo può essere catastrofico. Se gli ingegneri non riescono ad abbinare adeguatamente un cuscinetto ai carichi radiali e di spinta in un'applicazione, la durata del cuscinetto può ridursi drasticamente. Quando si calcola la durata del cuscinetto, è importante considerare i coefficienti di carico, che misurano la rapidità con cui gli elementi rotanti di un cuscinetto subiranno fatica e il numero totale di giri che un cuscinetto può sopportare prima di rompersi. Questi valori possono essere classificati in coefficienti di carico statico e coefficienti di carico dinamico. Un tipico cuscinetto a sfere radiale, progettato principalmente per carichi radiali, ha una capacità di carico statico e dinamico massima. La capacità di carico statico è il carico radiale massimo che un cuscinetto può sopportare prima che il carico provochi una deformazione totale e permanente delle sfere del cuscinetto o della pista pari a un decimillesimo del diametro della sfera. Sebbene un cuscinetto possa essere in grado di tollerare un carico statico elevato, lo farà con una perdita di precisione e scorrevolezza, rendendolo poco pratico per l'uso in ambienti ad alta precisione, come la produzione elettronica e nei robot utilizzati nella produzione di alimenti e bevande. Il coefficiente di carico statico tipico per un cuscinetto in acciaio inossidabile è circa il 75-80% del coefficiente di carico per i cuscinetti in acciaio al cromo, a causa della durezza del materiale. Il coefficiente di carico dinamico, invece, è la capacità del 90% di un gruppo di cuscinetti identici in acciaio al cromo, con solo l'anello interno rotante, di sopportare un carico radiale di entità e dimensione costanti per un milione di giri prima del si sviluppano i primi segni di stanchezza. Maggiore è il carico, maggiore sarà il livello di sollecitazioni a cui saranno sottoposte le sfere e le piste. Ciò comporterà un'usura più rapida e una durata dei cuscinetti più breve. Il cedimento per fatica provoca l'erosione del percorso della sfera, con conseguente scheggiatura, in cui una frattura sulla superficie della pista provoca la rimozione del materiale, portando infine al cedimento. Un carico eccessivo può anche portare ad altri segni di fatica come surriscaldamento, degrado del lubrificante e abrasione causata da scaglie di particolato. Scegliere il cuscinetto giusto

Esistono diverse misure che i produttori possono adottare per garantire una lunga durata dei cuscinetti. Il primo passo è limitare il carico radiale al 6–12% del coefficiente di carico dinamico del cuscinetto. Sebbene un cuscinetto sia in grado di tollerare un carico molto più elevato, la sua durata sarà ridotta. Il passo successivo è scegliere il materiale giusto. Secondo l'esperienza di SMB Bearings come specialista in cuscinetti a sezione sottile, resistenti alla corrosione e miniaturizzati, anche la scelta del giusto tipo di cuscinetto può fare la differenza. Sebbene tutti i cuscinetti radiali a sfere abbiano una certa capacità di carico assiale, spesso è meglio utilizzare cuscinetti per carichi pesanti con piste profonde se sono presenti carichi assiali maggiori poiché possono sopportare carichi assiali fino al 50% del coefficiente di carico radiale statico. Sebbene i cuscinetti a sezione sottile, dove la differenza tra il diametro interno ed esterno del cuscinetto è piccola, siano ottimi per compattezza e risparmio di peso, possono supportare solo carichi assiali compresi tra il 10 e il 30% del coefficiente di carico radiale statico del cuscinetto a causa di le piste meno profonde. Ulteriori carichi radiali o momenti ridurranno ulteriormente la capacità di carico assiale. Carichi assiali eccessivi su un cuscinetto a sezione sottile possono far sì che le sfere si spostino pericolosamente vicino alla parte superiore della pista. Scegliendo il giusto tipo di cuscinetto e considerando i fattori chiave nella battaglia per il controllo dei 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.