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Carico dinamico equivalente sul cuscinetto, P

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

Per calcolare la durata di base di un cuscinetto è necessario un valore per il carico dinamico equivalente, sia per la formula per la durata di base, sia per quella per la durata SKF.
I carichi sui cuscinetti vengono determinati secondo le leggi della meccanica utilizzando le forze esterne, quali le forze generate dalla trasmissione di potenza, dalla lavorazione o quelle gravitazionali o d'inerzia, se sono note o se possono essere calcolate.
Nelle applicazioni reali, i carichi che agiscono su un cuscinetto possono non essere costanti, agire in direzione sia radiale sia assiale ed essere soggetti ad altri fattori, che richiedono la modifica, o, in alcuni casi, la semplificazione dei calcoli.

Calcolare il carico dinamico equivalente sul cuscinetto
Il valore per il carico, P, utilizzato nelle formule per la durata di base dei cuscinetti, è il carico dinamico equivalente sul cuscinetto. Il carico dinamico equivalente sul cuscinetto è definito come: un carico ipotetico, costante per entità e direzione, che agisce in direzione radiale sui cuscinetti radiali e assiale e centrata su quelli assiali.

Questo carico ipotetico, quando applicato, produce gli stessi effetti sulla durata del cuscinetto dei carichi effettivi a cui il cuscinetto è soggetto (fig. 1).

Se sul cuscinetto agiscono simultaneamente un carico radiale Fr e un carico assiale Fa che sono costanti per entità e direzione, il carico dinamico equivalente P sul cuscinetto si può ottenere mediante la formula di carattere generale

Equivalent dynamic bearing load
Esecuzione del calcolo

dove
Pcarico dinamico equivalente sul cuscinetto [kN]
Frcarico radiale effettivo sul cuscinetto [kN]
Facarico assiale effettivo sul cuscinetto [kN]
Xfattore relativo al carico radiale per il cuscinetto
Yfattore relativo al carico assiale per il cuscinetto


In un cuscinetto radiale a una corona di sfere, un carico assiale influenza il carico dinamico equivalente P solo se il rapporto Fa/Fr supera un determinato fattore limite e. Nel caso dei cuscinetti a due corone, anche un carico assiale leggero influenza il carico equivalente e deve essere considerato.

La stessa formula generale vale anche per i cuscinetti assiali orientabili a rulli, che possono sopportare sia carichi radiali sia carichi assiali.

Alcuni cuscinetti assiali, come i cuscinetti assiali a sfere e a rulli cilindrici e a rullini, possono sopportare solo carichi puramente assiali. Per questi cuscinetti, se il carico agisce centralmente, è possibile semplificare la formula in

P = Fa

I dati e le informazioni necessari per calcolare il carico dinamico equivalente sul cuscinetto per i diversi tipi di cuscinetti sono riportati nelle sezioni dedicate ai prodotti specifici.

Carico medio equivalente
Altri carichi possono variare nel tempo. In questi casi, occorre calcolare il carico equivalente medio.

Carico medio in un ciclo di lavoro

All’interno di ogni intervallo di carico, le condizioni di esercizio possono scostarsi leggermente dal valore nominale. Supponendo che le condizioni di esercizio, quali velocità, direzione e senso d'azione del carico siano abbastanza costanti e l'entità del carico stesso vari costantemente fra un valore minimo Fmin e un valore massimo Fmax (diagramma 1), il carico medio si può ottenere dalla formula:

Fm Mean load

Carico rotante

Se, come mostrato nel diagramma 2, il carico sul cuscinetto è composto da un carico F1, costante per entità e direzione, come il peso di un rotore, e un carico rotante costante F2come un carico sbilanciato, il carico medio si può ottenere con la formula

Fm = fm (F1 + F2)

I valori per il fattore fm sono riportati nel diagramma 3.

Carico di picco

Carichi pesanti che agiscono per tempi brevi (diagramma 4) possono non avere alcuna influenza sul carico medio utilizzato per il calcolo della durata a fatica. Valutare tali carichi di picco in base al coefficiente di carico statico di base C0, utilizzando un adeguato fattore di sicurezza statico s 0. → Scelta delle dimensioni in base al carico statico 

Considerazioni per il calcolo del carico dinamico equivalente sul cuscinetto
Quando si calcolano le componenti di carico per cuscinetti che supportano un albero, si considera per semplicità che l'albero sia una trave determinata statisticamente appoggiata su supporti rigidi a cerniera. Le deformazioni elastiche nel cuscinetto, nell'alloggiamento o nell'intelaiatura della macchina non sono prese in considerazione e neanche i momenti che si producono nel cuscinetto in seguito all'inflessione dell'albero. Queste semplificazioni sono necessarie per calcolare una disposizione di cuscinetti senza l'ausilio di un software dedicato. I metodi unificati per il calcolo dei coefficienti di carico base e dei carichi equivalenti sul cuscinetto si basano su semplificazioni analoghe.

Naturalmente, è possibile calcolare i carichi sui cuscinetti basandosi sulla teoria dell'elasticità, senza quindi ricorrere alle suddette semplificazioni, ma ciò richiede l'uso di programmi per computer complessi (→ SKF SimPro Quick e SKF SimPro Expert). In tali programmi, cuscinetti, alberi e alloggiamenti sono considerati come componenti cedevoli.

Se le forze e i carichi esterni, come le forze d'inerzia o i carichi risultanti dal peso di un albero e i suoi componenti, non sono noti, si possono calcolare. Quando però si determinano le forze e i carichi in esercizio, come le forze volventi, i carichi momentanei, i carichi sbilanciati e i carichi per urto, può essere necessario affidarsi a stime basate sull'esperienza con macchine o disposizioni di cuscinetti simili.

Ingranaggi

Gli sforzi di ingranamento teorici negli ingranaggi possono essere calcolati sulla base della potenza trasmessa e delle caratteristiche delle dentature. Esistono, tuttavia, sforzi dinamici addizionali generati sia negli ingranaggi sia dall'albero in entrata o in uscita. Dagli ingranaggi procedono forze dinamiche addizionali che possono essere conseguenza di errori nella forma o passo dei denti e di squilibri dei componenti volventi. Gli ingranaggi di alta precisione presentano forze supplementari trascurabili. Per gli ingranaggi a bassa precisione, utilizzare i seguenti fattori di carico per gli ingranaggi:

  • errori di forma e passo < 0,02 mm: da 1,05 a 1,1
  • errori di forma e passo da 0,02 a 0,1 mm: da 1,1 a 1,3
Le forze addizionali derivanti dal tipo e dalle modalità di funzionamento delle macchine che sono accoppiate al sistema di trasmissione possono essere stabilite solo quando si conoscono le condizioni di esercizio, l'inerzia della trasmissione e il comportamento di giunti o altri connettori. La loro influenza sulla durata di base dei cuscinetti viene inclusa utilizzando un fattore di "esercizio" che tiene conto degli effetti dinamici del sistema.

Trasmissioni a cinghia

Quando si calcolano i carichi dei cuscinetti per applicazioni con azionamento a cinghia, si deve tenere in considerazione la “trazione della cinghia”. La trazione della cinghia, che è un carico circonferenziale, dipende dall'entità della forza che viene trasmessa. La trazione della cinghia va moltiplicata per un fattore, il cui valore dipende dal tipo di cinghia, dalla sua tensione e dalle forze dinamiche addizionali. I valori di tale coefficiente di solito sono forniti dai costruttori della cinghia. Tuttavia, se non sono disponibili informazioni, si possono utilizzare i seguenti:

  • cinghie dentate = da 1,1 a 1,3
  • cinghie a V = da 1,2 a 2,5
  • cinghie piatte = da 1,5 a 4,5

Il valore più elevato si applica:

  • quando la distanza tra gli alberi è breve
  • in caso di esercizio in presenza di carichi pesanti o di picco
  • in caso di elevato tensionamento della cinghia 

Carico minimo richiesto

Nelle applicazioni in cui le dimensioni del cuscinetto sono determinate da fattori diversi dal carico, ad esempio diametro albero limitato dalla velocità critica, il cuscinetto può essere caricato leggermente in base alle sue dimensioni e capacità di carico. In caso di carichi molto leggeri, spesso prevalgono meccanismi di cedimento non determinati dalla fatica, come slittamento e trasferimento di materiale delle piste o danneggiamento della gabbia. Per garantire un funzionamento soddisfacente, i cuscinetti volventi devono sempre essere soggetti ad un determinato carico minimo. Come regola di carattere generale, sui tipi a sfere dovrebbe agire un carico minimo corrispondente a 0,01 C e sui tipi a rulli un carico minimo corrispondente a 0,02 C. I requisiti dettagliati per il carico minimo sono riportati nelle rispettive sezioni dei prodotti.

L'importanza di applicare un carico minimo è maggiore per le applicazioni sottoposte ad accelerazioni, avvii o arresti rapidi e in cui le velocità superano il 50% delle velocità limite elencate nelle tabelle di prodotto (→ Limiti di velocità). Se non è possibile soddisfare i requisiti di carico minimo, possibili opzioni di miglioramento sono:

  • Utilizzare un cuscinetto in una serie dimensionale più piccola.
  • Considerare procedure di lubrificazione o rodaggio speciali.
  • Considerare l'impiego di cuscinetti con rivestimento NoWear.
  • Considerare l'applicazione in un precarico.
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