I cuscinetti a rulli a contatto angolare a doppia corona sono migliori?

Dove i cuscinetti a rulli a contatto angolare a doppia corona sono chiaramente migliori

Ci sono cinque aree di prestazione in cui Cuscinetti a rulli a contatto angolsono a doppia corona fornire risultati misurabilmente superiori rispetto alle alternative più comuni:

Capacità di carico combinata in una singola unità

Il vantaggio decisivo è la capacità di trasportare Carichi assiali radiali e bidirezionali simultanei in un'unica unità cuscinetto compatta . Un cuscinetto a contatto angolare a fila singola può resistere al carico assiale solo in una direzione: deve essere accoppiato con un secondo cuscinetto rivolto nella direzione opposta per gestire l'inversione della spinta. Un'unità a doppia fila ottiene lo stesso risultato internamente, nello stesso spazio assiale, senza richiedere un secondo cuscinetto, un distanziale o una regolazione assiale precisa durante l'installazione.

In termini quantitativi, la capacità di carico dinamico radiale e assiale combinato di un cuscinetto a rulli a contatto obliquo a doppia corona è tipicamente Dal 30 al 50% in più rispetto a un cuscinetto a corona singola con lo stesso diametro del foro con angolo di contatto equivalente. Questo è il risultato diretto del complemento raddoppiato degli elementi volventi che condividono il carico applicato. (Fonte: Analisi dei cuscinetti volventi, Tedric A. Harris e Michael N. Kotzalas, 5a edizione, CRC Press)

Resistenza al carico momentaneo nella configurazione back-to-back

Quando montati nella disposizione di tipo O (dorso a dorso, DB), gli apici del cono di pressione delle due file di rulli divergono verso l'esterno dalla linea centrale del cuscinetto. Questo crea un portata effettiva di supporto del carico più ampia entro la larghezza del cuscinetto — funzionalmente equivalente a due cuscinetti a fila singola ampiamente distanziati, ma con l'ingombro di un'unità. Il risultato è una resistenza al momento ribaltante significativamente più elevata rispetto a qualsiasi cuscinetto a fila singola, indipendentemente dal tipo.

Questo è il motivo per cui i mandrini delle macchine utensili, dove le forze dell'utensile da taglio creano notevoli momenti di carico che si traducono direttamente in errori di lavorazione, si affidano a cuscinetti a contatto angolare a doppia corona uno dietro l'altro sul naso del mandrino. Una deflessione radiale del mandrino di 1 micron sulla punta dell'utensile è misurabile in tolleranza della parte finita su componenti di precisione; l'elevata rigidità al momento di questa configurazione di cuscinetto è ciò che mantiene la deflessione entro limiti accettabili ai carichi di taglio della produzione. (Fonte: Fondamenti di progettazione di macchine utensili, L. Klocke e A. Kuchle, Springer, 2011)

Semplicità di installazione rispetto ai cuscinetti a fila singola accoppiati

Per ottenere il precarico corretto in un set di cuscinetti a contatto angolare a fila singola accoppiati è necessaria una regolazione assiale precisa, in genere rettificando il distanziale dell'anello interno o esterno a uno spessore calcolato o utilizzando una procedura di coppia del dado di bloccaggio calibrata al livello di precarico richiesto. Errori in questo processo causano un precarico insufficiente (riducendo rigidità e precisione) o un precarico eccessivo (causando surriscaldamento e affaticamento prematuro).

Un cuscinetto a rulli a contatto obliquo a doppia corona elimina completamente questo problema. Il precarico o gioco interno è impostato e verificato in fabbrica prima che il cuscinetto lasci il produttore. L'installazione richiede solo il corretto accoppiamento con interferenza sulle sedi dell'albero e dell'alloggiamento: nessuna rettifica del distanziale, nessuna calibrazione della coppia e nessuna verifica del precarico post-installazione. Ciò riduce i requisiti di competenze di installazione ed elimina una significativa fonte di errori di assemblaggio sul campo.

Lunghezza assiale compatta

La sostituzione di due cuscinetti a contatto angolare separati (ciascuno con il proprio set di anelli e gruppo gabbia) con un'unità a doppia fila riduce costantemente la lunghezza assiale totale del gruppo cuscinetto del dal 20 al 35% , a seconda della serie e delle dimensioni del cuscinetto. Questa compattezza consente direttamente progettazioni di alberi più corti e più rigidi: un vantaggio significativo nelle macchine utensili, nelle pompe e nei riduttori in cui la deflessione dell'albero e la frequenza naturale sono parametri di progettazione critici.

Conteggio dei componenti e costo totale del sistema ridotti

Un cuscinetto singolo a doppia corona sostituisce due cuscinetti a corona singola più un distanziale intermedio. Negli ambienti di produzione ad alto volume, un minor numero di componenti significa meno codici da immagazzinare, meno fasi di assemblaggio e costi di approvvigionamento totali inferiori anche se il prezzo unitario del cuscinetto a doppia corona supera quello di ciascun cuscinetto a corona singola singolarmente. Da un’analisi dei costi di produzione del 2019 nel settore dei fornitori automobilistici europei è emerso che le stazioni di assemblaggio dei cuscinetti che utilizzano unità a doppia fila preassemblate hanno ridotto tempo di assemblaggio relativo ai cuscinetti del 28% rispetto alle configurazioni equivalenti a fila singola accoppiate sulla stessa posizione dell'albero. (Fonte: International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 104, Numero 9-12, 2019)

Confronto diretto delle prestazioni: doppia riga e alternative chiave

Dove i cuscinetti a rulli a contatto angolare a doppia corona non sono la scelta migliore

Una risposta completa e accurata deve anche identificare dove questi cuscinetti non rappresentano la scelta ottimale:

• Carico radiale puro senza spinta assiale: Quando l'applicazione trasporta solo un carico radiale senza componenti assiali (rulli trasportatori, molti rotori di motori elettrici), un cuscinetto a rulli cilindrici supporta un carico radiale maggiore a un costo inferiore con la stessa dimensione del foro. La geometria del contatto angolare aggiunge capacità assiale che semplicemente non è necessaria e riduce leggermente l'efficienza radiale del contatto del rullo
• Applicazioni ad altissima velocità: La geometria dell'angolo di contatto e il maggiore complemento degli elementi volventi creano forze centrifughe e giroscopiche più elevate sugli elementi volventi a velocità elevate rispetto ai cuscinetti a sfere a gola profonda o ai cuscinetti a sfere a contatto obliquo a fila singola. Per le applicazioni del mandrino che superano il limite di velocità del cuscinetto (ndm superiore a circa 600.000 mm/min per la maggior parte dei modelli di rulli), è necessario prendere in considerazione tipi di cuscinetti o sistemi di lubrificazione alternativi
• Applicazioni con carichi radiali estremi: I colli dei laminatoi e le presse industriali pesanti con carichi radiali dominanti sostanzialmente superiori alla componente assiale sono meglio serviti da cuscinetti a rulli cilindrici o orientabili di grande diametro che ottimizzano interamente la geometria di rotolamento per il carico radiale senza i compromessi introdotti dall'angolo di contatto angolare
• Applicazioni che richiedono una correzione del disallineamento: I cuscinetti a rulli a contatto obliquo a doppia corona hanno una tolleranza molto limitata per il disallineamento dell'albero, generalmente inferiore a 2 minuti d'arco. Laddove la deflessione dell'albero sotto carico o il disallineamento del foro dell'alloggiamento supera questo limite, un cuscinetto orientabile a rulli con la sua capacità di autoallineamento è l'alternativa corretta

Prove dal mondo reale: dove questi cuscinetti dimostrano il loro vantaggio

Mandrini di macchine utensili

I centri di lavoro CNC e le rettificatrici utilizzano universalmente cuscinetti a contatto angolare a doppia corona di fila all'estremità di lavoro del mandrino perché nessun'altra unità a cuscinetto singolo offre la combinazione richiesta di rigidità radiale, rigidità al momento e supporto assiale bidirezionale sul naso del mandrino. Il precarico preimpostato garantisce inoltre una rigidità dinamica costante durante tutto il turno di produzione senza variazioni del precarico termico che potrebbero influenzare le tolleranze delle parti. I dati di settore forniti dai costruttori di macchine utensili di precisione mostrano che gli intervalli di sostituzione dei cuscinetti del mandrino per le unità di contatto angolare a doppia fila correttamente specificate sono nella media Da 15.000 a 25.000 ore nel normale servizio di produzione. (Fonte: CIRP Annals — Manufacturing Technology, volume 61, numero 2, 2012)

Cuscinetti per mozzi ruota automobilistici

Le moderne unità mozzo ruota per autovetture utilizzano cuscinetti a sfere a contatto obliquo a doppia corona (un sottoinsieme della stessa famiglia di design) come unità sigillate ed esenti da manutenzione che sostituiscono i due cuscinetti a rulli conici separati utilizzati nei progetti precedenti. La transizione ha prodotto a riduzione di oltre il 60% dei componenti di assemblaggio del mozzo , eliminazione della regolazione dei cuscinetti delle ruote dal programma di manutenzione del veicolo e una durata di servizio prevista di 150.000 km o più senza manutenzione. Questo è probabilmente il caso di successo con il volume più elevato per la tecnologia dei cuscinetti a contatto angolare a doppia corona. (Fonte: SAE International Journal of Passenger Cars — Mechanical Systems, Vol. 5, 2012)

Riduttori industriali

Gli alberi degli ingranaggi elicoidali generano una spinta assiale dall'angolo dell'elica che inverte la direzione quando la coppia motrice si inverte. I cuscinetti a rulli a contatto obliquo a doppia corona nella posizione dell'albero di uscita dei riduttori industriali gestiscono questa spinta bidirezionale senza un cuscinetto reggispinta separato, riducendo la lunghezza dell'alloggiamento ed eliminando il rischio di disallineamento del cuscinetto reggispinta durante il montaggio. I produttori di riduttori riferiscono che la sostituzione di una combinazione a corona singola più cuscinetto reggispinta con un'unità di contatto angolare a doppia corona riduce i costi di lavorazione dell'alloggiamento per quella posizione di cuscinetto di circa dal 15 al 20% a causa della geometria del foro più semplice richiesta.

Come determinare se questo tipo di cuscinetto è migliore per la tua applicazione

Utilizzare questo quadro decisionale per valutare se un cuscinetto a rulli a contatto obliquo a doppia corona è la scelta migliore per un’applicazione specifica:

1. Calcolare il rapporto di carico assiale-radiale (Fa/Fr). Se Fa/Fr supera 0,35 in qualsiasi momento del ciclo di carico, il supporto assiale bidirezionale diventa critico e un cuscinetto a contatto angolare a doppia corona è probabilmente la soluzione corretta
2. Valutare il momento di carico. Se l'albero trasporta carichi sporgenti, provenienti da ingranaggi, pulegge, utensili o giranti, il momento nella posizione del cuscinetto può dominare la scelta. Confrontare la portata effettiva di un'unità di tipo O a doppia fila con quelle singole accoppiate nello stesso spazio
3. Controllare il requisito di velocità. Se la velocità operativa in ndm (diametro medio in mm moltiplicato per giri/min) supera 400.000 - 600.000, valutare se il limite di velocità del cuscinetto con il metodo di lubrificazione richiesto è sufficiente o se è necessaria una variante del cuscinetto a sfere
4. Valutare l'allineamento dell'albero. Se la deflessione dell'albero sotto carico massimo supera i 2 minuti d'arco nella posizione del cuscinetto, si dovrebbe prendere in considerazione un'alternativa autoallineante piuttosto che forzare un cuscinetto a contatto angolare a doppia corona in un'installazione disallineata
5. Confronta il costo totale del sistema, non solo il prezzo del supporto. Includere il costo del secondo cuscinetto, del distanziale, della procedura di regolazione del precarico e della lavorazione aggiuntiva dell'alloggiamento richiesta da una soluzione a fila singola accoppiata prima di concludere che un'unità a doppia fila è più costosa

Il Cuscinetti a rulli a contatto angolare a doppia corona CNCJ sono disponibili con supporto ingegneristico dell'applicazione per aiutare a valutare i casi di carico, confermare la selezione dell'angolo di contatto e convalidare i calcoli della durata per condizioni operative specifiche. La loro gamma copre dimensioni di foro ISO standard, da piccole applicazioni con mandrini di precisione fino a grandi configurazioni di azionamento industriale, con opzioni di precarico impostate in fabbrica e molteplici classi di precisione per soddisfare i requisiti prestazionali dei diversi usi finali.

Il Verdict: Better in the Right Conditions

Il final answer: Cuscinetti a rulli a contatto angolsono a doppia corona sono migliori, spesso sostanzialmente migliori, ogni volta che un'applicazione prevede carichi combinati, momenti di forza, spinta bidirezionale o l'esigenza di semplicità di installazione in una forma compatta. Sono i cuscinetti giusti per gran parte delle applicazioni industriali reali proprio perché queste condizioni sono comuni nelle macchine utensili, nelle trasmissioni, nelle pompe e nei sistemi di ruote. La corrispondenza del tipo di cuscinetto con il caso di carico effettivo è ciò che determina se sono migliori per la tua applicazione specifica.