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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 possono adottare i seguenti approcci: 

  • Se si dispone di esperienza circa le condizioni operative in relazione a lubrificazione e contaminazione, ed è appurato che le condizioni di esercizio in questione non hanno effetti significativi sulla durata dei cuscinetti, utilizzare il calcolo della durata di base. 
  • Nella maggior parte degli altri casi, utilizzare la durata corretta SKF. 
  • Per i cuscinetti ibridi utilizzare l’SKF Generalized Bearing Life Model. 
Che cos’è la durata di base e perché utilizzarla?
La durata a fatica di un singolo cuscinetto volventi è data dal numero di giri (o dal numero di ore di esercizio a una velocità costante) che il cuscinetto esegue prima che appaiano i primi segni di affaticamento del metallo (fatica da contatto di rotolamento (RFC) o sfaldatura) su uno dei suoi aneli o corpi volventi. Tanto i test di laboratorio quanto l'esperienza pratica mostrano notevoli variazioni nella durata a fatica di cuscinetti identici che operano in condizioni identiche.

Se si vogliono evitare le rotture a fatica del cuscinetto prima che l'applicazione raggiunga la vita utile desiderata, è possibile adottare un approccio statistico per determinare le dimensioni del cuscinetto. La 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 identici in condizioni identiche.

La durata di base L10 è uno strumento collaudato ed efficace che può essere utilizzato per determinare una misura di cuscinetto adeguata per evitare rotture a fatica. Confrontare la durata di base calcolata con le aspettative di vita utile dell'applicazione. È possibile servirsi delle esperienze maturate precedentemente, oppure applicare le linee guida relative alla durata indicata nelle specifiche delle varie applicazioni dei cuscinetti reperibili nella tabella 1 e nella tabella 2.
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) in milioni di giri
L10hdurata di base (al 90% di affidabilità ) in ore di esercizio
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


Coefficiente di durata 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 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 aSKF prende in considerazione le condizioni di lubrificazione (→ 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 si può esprimere in ore di esercizio con 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 correttivo della durata
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:

L10 m 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.

Nuovo modello generale della durata SKF: SKF Generalized Bearing Life Model
L’SKF Generalized Bearing Life Model (GBLM) consente di prevedere la durata dei cuscinetti e le condizioni di esercizio, non coperti da cuscinetti di altri modelli. L'SKF GBLM distingue le cause di cedimento superficiali e sub-superficiali (fig. 1). Il modello valuta l’affaticamento superficiale con modelli tribologici avanzati e l’affaticamento sub-superficiale con un modello hertziano a contatto volvente tradizionale. Tiene in considerazione gli effetti della lubrificazione, della contaminazione e delle proprietà della superficie delle piste di rotolamento, che influiscono sulla distribuzione delle sollecitazioni nell'area di contatto di rotolamento.

La rappresentazione matematica generale utilizzata per calcolare il coefficiente di durata è:

SKF GBLM

dove
LnGM durata di base (a 100 – n1) % di affidabilità) in base all’SKF GBLM [milioni di giri]
a1fattore correttivo della durata per l'affidabilità (tabella 3, valori conformi alla ISO 281)
L10.surfdurata di base della superficie (affidabilità al 90%) basata sull’SKF GBLM [milioni di giri]
L10.sub
durata di base della sub-superficie (affidabilità al 90%) basata sull’SKF GBLM [milioni di giri]
ecostante matematica: ~ 2 718

L’SKF GBLM è disponibile per i cuscinetti ibridi. SKF Bearing Select può essere utilizzato per calcolare la durata basato sull’SKF GBLM.


1) Il fattore n rappresenta la probabilità di guasto, ovvero la differenza tra l'affidabilità richiesta e il 100%.
Calcolo della durata del cuscinetto in condizioni di esercizio variabili

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

L10 mdurata corretta SKF (al 90% di affidabilità) [milioni di giri]
L10m1, L10m2, ...durate 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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