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Carico dinamico sul cuscinetto e durata

Le informazioni generali sul calcolo della durata di esercizio dei cuscinetti e i coefficienti di carico di base, fornite nella sezioneDimensioni del cuscinetto valgono anche per i cuscinetti Super-precision. Si ricorda che tutti i calcoli sulla durata basati sulla norma ISO 281:2007 si intendono per velocità normali. Per le applicazioni con fattore velocità A ≥ 500.000 mm/min, rivolgetevi al servizio di ingegneria dell'applicazione della SKF.

A = n dm

dove
A=fattore velocità [mm/min]
dm=diametro medio cuscinetto [mm]
= 0,5 (d + D)
n=velocità di rotazione [giri/min]
La durata dei cuscinetti può essere calcolata per condizioni di fatica basate su ipotesi statistiche. Per informazioni dettagliate, fare riferimento alla sezioneDurata di base.
Coefficiente di carico dinamico

Per i calcoli della durata dei cuscinetti sottoposti a sollecitazione dinamica, ossia rotanti sotto carico, si adotta il coefficiente di carico dinamico base C. Tale grandezza esprime il carico sul cuscinetto che, secondo la norma ISO 281:1990, produrrà una durata di base di L10 di 1.000.000 di giri. Si suppone che il carico sia costante in entità e direzione e che sia radiale per i cuscinetti radiali e assiale e centrato per quelli assiali.

I valori per il coefficiente di carico dinamico di base C sono riportati nelletabelle di prodotto.

Carico dinamico equivalente sul cuscinetto

Per calcolare la durata di un cuscinetto utilizzando i coefficienti di carico dinamico di base, è necessario convertire i carichi dinamici effettivi in un carico dinamico equivalente sul cuscinetto. Il carico dinamico equivalente sul cuscinetto P è definito come carico ipotetico, costante in 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.

I dati e le informazioni necessari per calcolare il carico dinamico equivalente sul cuscinetto sono riportati nelle sezioni relative ai singoli prodotti.

Durata teorica di base
La durata di base di un cuscinetto secondo la norma ISO 281:2007 è


Esecuzione del calcolo

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



dove
L10=durata di base (al 90% di affidabilità) [in milioni di giri]
L10h=durata di base (al 90% di affidabilità ) in ore di esercizio
C=coefficiente di carico dinamico di base [kN]
P=carico dinamico equivalente sul cuscinetto [kN]
n=velocità di rotazione [giri/min]
p=esponente della formula della durata
= 3 per i cuscinetti a sfere
= 10/3 per i cuscinetti a rulli
Coefficiente di durata per cuscinetti ibridi

Per calcolare il coefficiente di durata per i cuscinetti ibridi, si possono utilizzare gli stessi valori di durata che si impiegano per i cuscinetti con elementi volventi in acciaio. Gli elementi volventi in ceramica dei cuscinetti ibridi presentano una durezza e una rigidezza molto superiori rispetto agli elementi volventi in acciaio. Benché questo maggiore grado di durezza e rigidezza crei livelli più elevati di sollecitazione da contatto tra gli elementi volventi in ceramica e le piste in acciaio, l'esperienza sul campo e i test di laboratorio dimostrano che per entrambi i tipi di cuscinetto si possono utilizzare gli stessi coefficienti di durata.

Test esaustivi e una vasta esperienza mostrano che nelle applicazioni tipiche per macchine utensili, la vita utile di un cuscinetto ibrido è notevolmente più lunga rispetto a quella di un cuscinetto con sfere in acciaio. Il prolungamento della durata dei cuscinetti ibridi è determinato da durezza, bassa densità e finitura di superficie degli elementi volventi. La bassa densità consente di ridurre al minimo il carico interno da forze centrifughe e di inerzia, mentre la maggiore durezza rende gli elementi volventi meno sensibili all'usura. La finitura superficiale consente ai cuscinetti di ottimizzare l'efficacia del lubrificante.

Carico minimo richiesto
Nei cuscinetti che operano ad alta velocità o sono soggetti a rapide accelerazioni o variazioni di direzione del carico, le forze d'inerzia degli elementi volventi e l'attrito nel lubrificante possono influire negativamente sulle condizioni di rotolamento del sistema e provocare strisciamenti dannosi tra gli elementi volventi e le piste. Per garantire un funzionamento soddisfacente, i cuscinetti volventi devono sempre essere soggetti ad un determinato carico minimo. Una regola empirica di carattere generale indica che 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.
Calcolo della durata in condizioni di esercizio variabili

In alcune applicazioni, come le trasmissioni industriali, le condizioni di esercizio, come entità e direzione dei 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.

Se il carico è sottoposto a variazioni continue, è possibile cumulare ogni livello di carico diverso, riducendo lo spettro di carico a un istogramma di blocchi di carico costanti (diagramma 1). ciascuno caratteristico di una data percentuale o frazione di tempo durante l'esercizio. Si tenga presente che i carichi normali riducono la durata dei cuscinetti più rapidamente di quelli leggeri. È quindi importante che nel diagramma dei carichi, gli urti e i picchi di carico siano ben rappresentati, anche se la loro presenza è relativamente rara e limitata a pochi giri.

In ogni intervallo di lavoro, è possibile fare la media tra il carico del cuscinetto e le condizioni di esercizio ottenendo un valore 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 L10 1. In condizioni operative variabili, la durata dei cuscinetti può essere valutata con la formula


dove

L10=durata di base (al 90% di affidabilità) [in milioni di giri]
L10 1, L10 2, ...
 =durate di base (al 90% affidabilità) in condizioni costanti 1, 2, ... [milioni di giri]
U1, U2, ...=frazione del ciclo di durata con le condizioni 1, 2, …
Nota: U1 + U2 + ... + Un = 1

La possibilità di adottare questo metodo di calcolo dipende molto dalla disponibilità di diagrammi di carico che siano sufficientemente rappresentativi per l'applicazione. Si noti che questo tipo di storico del carico può essere ricavato anche da un tipo di applicazione simile.
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