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Durata di base dei cuscinetti

Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Per valutare la durata prevista per i cuscinetti, si può utilizzare la durata di base, L10o la durata corretta SKF, L10m.
Se si dispone di esperienza circa le condizioni operative in relazione a lubrificazione e contaminazione, ed è appurato che le condizioni di esercizio non hanno effetti significativi sulla durata dei cuscinetti, utilizzare il calcolo per la durata di base, altrimenti SKF consiglia di utilizzare la durata corretta SKF.

Definizione di durata del cuscinetto
La durata di un cuscinetto volvente è definita come il numero di giri (o il numero di ore di esercizio) a una determinata velocità che il cuscinetto è in grado di sostenere prima che si verifichi il primo segno di fatica nel materiale (sfaldatura) su un elemento volvente o la pista dell'anello interno o esterno.

Test su cuscinetti apparentemente identici, nelle stesse condizioni di esercizio, restituiscono risultati che mostrano una notevole variazione nel numero di cicli, o tempo, necessari per causare la fatica del materiale. Pertanto, le valutazioni della durata del cuscinetto basate sulla fatica da contatto di rotolamento (RCF) non sono sufficientemente accurate ed è necessario un approccio statistico per determinare le dimensioni dei cuscinetti.

Durata di base, L10, è la durata a fatica che si prevede possa essere raggiunta o superata dal 90% di un gruppo sufficientemente grande di cuscinetti apparentemente identici, che operano nelle stesse condizioni.

Per determinare una dimensione cuscinetto adeguata utilizzando la definizione riportata in questa sede, confrontare la durata di base calcolata con le aspettative per la durata di esercizio dell'applicazione per il cuscinetto, basandosi sulle esperienze precedenti, se disponibili. Altrimenti, utilizzare le linee guida sulla durata specifica di varie applicazioni di cuscinetti riportate nelle tabella 1 e tabella 2.

Dato lo scarto statistico per la durata del cuscinetto, il tempo misurato prima del cedimento di un singolo cuscinetto può essere valutato in relazione alla durata stimata unicamente se la probabilità di guasto di quel particolare cuscinetto può essere determinata sulla base del gruppo generale di cuscinetti che operano in condizioni analoghe.

Numerose analisi sui cedimenti dei cuscinetti in diverse applicazioni hanno confermato che le linee guida relative al design basate su un'affidabilità del 90% e l'uso di fattori di sicurezza dinamici possono consentire robuste soluzioni di cuscinetti in cui generalmente non si verificano le tipiche rotture per fatica.

Durata teorica di base
Se si considerano solo il carico e la velocità, è possibili utilizzare la durata di base, L10.

La durata di base di un cuscinetto secondo la norma ISO 281 è

Basic rating life
Esecuzione del calcolo

Se la velocità è costante, spesso è preferibile calcolare la durata in ore di esercizio, utilizzando la formula

Basic rating life in hours

dove
L10durata di base (al 90% di affidabilità) [milioni di giri]
L10hdurata di base (al 90% di affidabilità) [milioni di ore]
Ccoefficiente di carico dinamico di base [kN]
Pcarico dinamico equivalente sul cuscinetto [kN]
nvelocità di rotazione [giri/min]
pesponente della formula della durata
= 3 per i cuscinetti a sfere
= 10/3 per i cuscinetti a rulli


Durata corretta SKF
Per i cuscinetti di alta qualità, la durata di base calcolata può discostarsi notevolmente dalla durata di esercizio effettiva in una determinata applicazione. La vita utile nelle singole applicazioni non dipende solo dal carico e le dimensioni del cuscinetto, ma anche da numerosi fattori di influenza, tra cui lubrificazione, grado di contaminazione, corretto montaggio e altre condizioni ambientali.

La norma ISO 281 utilizza un fattore di durata modificato a integrazione della formula di durata. Il fattore correttivo della durata SKF aSKF applica lo stesso concetto del carico limite di fatica Pu (→ Carico limite di fatica, Pu) come utilizzato nella ISO 281. I valori per Pu sono riportati nelle tabelle di prodotto. Come la norma ISO 281, per riflettere tre importanti condizioni di esercizio, il fattore correttivo della durata SKF aSKF prende in considerazione le condizioni di lubrificazione (coefficiente di viscosità κ → Condizioni di lubrificazione – il coefficiente di viscosità, κ), il livello di carico in relazione al carico limite di fatica, e un fattore ηc per il livello di contaminazione (→ fattore relativo alla contaminazione, ηc) utilizzando

SKF rating life
Esecuzione del calcolo

Se la velocità è costante, la durata può essere espressa in ore di esercizio, utilizzando la formula

SKF rating life in hours

dove
Lnmdurata corretta SKF (a 100 – n1) % di affidabilità) [milioni di giri]
Lnmhdurata corretta SKF (a 100 – n1) % di affidabilità) [ore di esercizio]
L10durata di base (al 90% di affidabilità) in milioni di giri
a1fattore correttivo della durata per l'affidabilità (tabella 3, valori conformi alla ISO 281)
aSKFfattore di modifica della durata SKF
Ccoefficiente di carico dinamico di base [kN]
Pcarico dinamico equivalente sul cuscinetto [kN]
nvelocità di rotazione [giri/min]
pesponente della formula della durata
= 3 per i cuscinetti a sfere
= 10/3 per i cuscinetti a rulli

1) Il fattore n rappresenta la probabilità di guasto, ovvero la differenza tra l'affidabilità richiesta e il 100%.

Al 90% dell'affidabilità:

Lnm = durata corretta SKF (a 100 – n1)% di affidabilità) [milioni di giri]

Diventa:

L10m coefficiente di durata SKF [milioni di giri]

Dato che il fattore correttivo della durata a1 è legato alla fatica, è meno importante per i livelli di carico, P, al di sotto del carico limite di fatica Pu. Se si utilizzano fattori correttivi che riflettono un grado di affidabilità molto elevato (come il 99%), le dimensioni dei cuscinetti risultanti saranno grandi per determinati carichi. In questi casi, si deve confrontare nuovamente il carico sul cuscinetto con i requisiti per il carico minimo richiesto. Il calcolo del carico minimo è descritto nella sezione Carichi minimi richiesti.

La Tabella 4 presenta fattori di conversione di uso comune per la vita del cuscinetto in unità diverse dal milione di giri.

Calcolo della durata del cuscinetto in condizioni di esercizio variabili, carichi mutevoli

In alcune applicazioni, come ad esempio le trasmissioni industriali, le trasmissioni dei veicoli e le turbine eoliche, le condizioni di esercizio, come l'entità e la direzione di carichi, velocità, temperature e condizioni di lubrificazione, variano costantemente. In applicazioni di questo tipo, la durata del cuscinetto non può essere calcolata senza prima ridurre lo spettro dei carichi o il ciclo di esercizio dell'applicazione a un numero limitato di condizioni di carico più semplici (diagramma 1).

In caso di carichi costantemente variabili, è possibile cumulare ogni livello di carico diverso, riducendo lo spettro di carico a un istogramma formato da blocchi di carico costanti, ciascuno caratteristico di una data percentuale o frazione di tempo durante l'esercizio. I carichi normali e pesanti riducono la durata dei cuscinetti più rapidamente di quelli leggeri. È quindi importante che nel diagramma i carichi di picco siano ben rappresentati, anche se la loro presenza è relativamente rara e di durata relativamente breve. 


In ogni intervallo di lavoro, è possibile fare la media tra il carico del cuscinetto e le condizioni di esercizio ottenendo un valore rappresentativo costante. Deve inoltre essere incluso il numero delle ore di esercizio o dei giri previsti per ogni singolo intervallo di tempo indicante la frazione di durata richiesta per la singola condizione di carico. Quindi, se N1 è uguale al numero di giri richiesto nella condizione di carico P1, e N è il numero di giri previsto per il completamento di tutti i cicli di carico variabile, la frazione di ciclo U1 = N1/N si utilizza nella condizione di carico P1, che ha una durata calcolata di L10m1In condizioni operative variabili, la durata dei cuscinetti può essere valutata con la formula

Bearing life

dove

L10mdurata corretta SKF (al 90% di affidabilità) [milioni di giri]
L10m1, L10m2, ...frazione delle durate corrette SKF (al 90% affidabilità) in condizioni costanti 1, 2, ... [milioni di giri]
U1, U2, ...frazione del ciclo di durata con le condizioni 1, 2, …
U1 + U2 + ... Un = 1


L'impiego di questo metodo di calcolo è ideale per applicazioni in presenza di livelli di carico e velocità variabili con frazioni di tempo note.

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