Un trasportatore in una fonderia ha funzionato per otto mesi prima che i cuscinetti si rompessero. La configurazione originale utilizzava guarnizioni a labbro in gomma che premevano contro l'albero. La polvere abrasiva si è insinuata sotto il labbro, ha scavato una scanalatura nell'albero e alla fine ha contaminato il grasso. La manutenzione ha sostituito i cuscinetti due volte prima di passare a una tenuta a labirinto senza contatto. La nuova guarnizione non aveva parti di sfregamento, quindi non usurava l'albero, e il percorso tortuoso teneva lontana la maggior parte della polvere. Questa modifica ha esteso la durata dei cuscinetti a oltre tre anni.
Le tenute a labirinto senza contatto non sono una soluzione universale. Funzionano meglio quando è necessario un basso attrito, un'alta velocità o una lunga durata in un ambiente sporco ma relativamente asciutto. Questo articolo spiega come funzionano, quali dettagli di progettazione contano e dove si inseriscono nella scelta dei cuscinetti.
Cosa fa realmente un labirinto senza contatto
Una tenuta a labirinto crea uno spazio lungo e sinuoso tra l'albero rotante e l'alloggiamento fisso. Invece di un unico passaggio rettilineo, il percorso procede a zigzag attraverso una serie di solchi e creste. Contaminanti come polvere, sabbia o acqua nebulizzata devono percorrere questo percorso per raggiungere il cuscinetto. Ogni giro costringe le particelle a cambiare direzione e molte abbandonano o perdono slancio prima di passare.
Poiché non vi è contatto fisico tra le parti della tenuta, non vi è attrito radente né usura. Questo è il vantaggio principale. Significa anche che la tenuta non genera calore, quindi non limita la velocità dell'albero come fa una tenuta a labbro. Il compromesso è che un labirinto non è completamente stretto. Permette una piccola perdita e non può trattenere un flusso di liquido o polvere fine sotto pressione. Consideralo un forte deterrente piuttosto che una barriera assoluta.
Perché i cuscinetti traggono vantaggio dalle tenute a labirinto senza contatto
I cuscinetti si guastano per due ragioni principali: perdita di lubrificazione e contaminazione. Le guarnizioni a contatto risolvono la contaminazione ma aggiungono resistenza e usura. Le tenute a labirinto affrontano la contaminazione senza tali penalità. In pratica, ciò significa:
- Coppia di attrito inferiore, che riduce la perdita di potenza e la generazione di calore.
- Velocità consentita più elevata, spesso limitata dalla gabbia del cuscinetto o dalla lubrificazione anziché dalla guarnizione.
- Nessun elastomero che si indurisce, si rompe o si gonfia, quindi la guarnizione funziona in un ampio intervallo di temperature.
- Nessuna usura da sfregamento, quindi gli intervalli di manutenzione possono essere più lunghi.
Questi vantaggi sono particolarmente importanti nei motori, nei riduttori, nelle pompe e nei rulli ad alta velocità che funzionano in impianti polverosi. Sono importanti anche nelle applicazioni in cui la superficie dell'albero non può essere indurita o in cui una guarnizione a labbro graffierebbe l'albero.
Dettagli di design che determinano le prestazioni
Un labirinto senza contatto è valido quanto lo sono le sue dimensioni. Il gioco radiale è il più critico. Troppo stretto e il rotore potrebbe toccare lo statore durante la crescita termica o le vibrazioni. Troppo allentato e il sigillo perde efficacia. Per i cuscinetti di piccole e medie dimensioni è comune un gioco radiale compreso tra 0,1 mm e 0,3 mm. I cuscinetti più grandi possono utilizzare da 0,3 mm a 0,5 mm. Il gioco assiale dovrebbe consentire l'espansione termica senza colmare lo spazio.
Anche il numero di scanalature è importante. Un singolo solco aiuta, ma da tre a cinque stadi sono tipici per ambienti impegnativi. Più tappe significano un percorso più tortuoso, ma richiedono anche più spazio assiale. La forma della scanalatura può essere quadrata, triangolare o arrotondata. Le scanalature quadrate sono più facili da lavorare e funzionano bene nella maggior parte dei casi.
La scelta del materiale dipende dall'ambiente. L'alluminio è leggero e facile da lavorare, ma può corrodersi in ambienti umidi o chimici. L'ottone e l'acciaio inossidabile resistono meglio alla corrosione. Alcuni modelli utilizzano inserti in polimero o PTFE per ridurre la possibilità di danni all'albero in caso di contatto.
Tabella 1: Confronto dei metodi comuni di tenuta dei cuscinetti per apparecchiature rotanti. | Caratteristica | Labirinto senza contatto | Contattare Lip Seal | Scudo metallico (ZZ) |
| Attrito | Molto basso | Da moderato ad alto | Basso |
| Velocità massima | Molto alto | Limitato dalla velocità delle labbra | Alto |
| Esclusione della polvere | Buono per la polvere secca | Molto buono | Giusto |
| Resistenza all'acqua | Da scarso a discreto | Bene | Povero |
| Usura sull'albero | Nessuno | Può indossare un solco | Nessuno |
| Costo tipico | Altoer | Basso | Basso |
Dove si adattano le tenute a labirinto senza contatto e dove no
Utilizzare un labirinto quando l'ambiente è polveroso, la velocità è elevata e l'esposizione al liquido è minima o può essere drenata. Esempi tipici includono motori elettrici, riduttori, pulegge trasportatrici, ventilatori, soffianti e rulli nell'automazione industriale. Funzionano bene anche nelle acciaierie e nelle cartiere dove il calore e la velocità rendono impraticabili le tenute a contatto.
Evitare un labirinto quando il cuscinetto è immerso, esposto al lavaggio con acqua ad alta pressione o funziona a velocità molto bassa dove una tenuta a contatto è semplice ed efficace. Evitatelo anche se lo spazio disponibile è troppo piccolo per un numero adeguato di scanalature. In questi casi, una tenuta a labbro o una tenuta combinata potrebbe essere la scelta migliore.
Scelta dei cuscinetti per la tenuta a labirinto
Molti cuscinetti standard possono essere utilizzati con un labirinto senza contatto, ma l'alloggiamento e l'albero devono essere progettati per questo. I cuscinetti a sfere a gola profonda sono una scelta comune perché sopportano carichi radiali e assiali moderati e sono disponibili in dimensioni adatte agli alloggiamenti a labirinto. Per carichi assiali più elevati o carichi combinati, i cuscinetti a sfere a contatto obliquo a doppia corona offrono un angolo di contatto più ampio e una migliore rigidità. I rulli di scorrimento e i rulli di guida lineare utilizzano spesso guarnizioni a labirinto perché funzionano in sistemi di movimento lineare sporchi e ad alta velocità.
Cuscinetti a sfere a gola profonda per modelli con tenuta a labirinto Esplora questa categoria di cuscinetti quando selezioni cuscinetti standard per tenute a labirinto senza contatto, con opzioni serie 42 e 43 per carichi assiali radiali e moderati. Visualizza il prodotto → Quando specificate un cuscinetto, decidete se il labirinto sarà integrato nel cuscinetto o nell'alloggiamento. Le guarnizioni integrate risparmiano spazio ma vengono sostituite con il cuscinetto. Le guarnizioni dell'alloggiamento possono essere sottoposte a manutenzione separatamente e possono essere più economiche per apparecchiature di grandi dimensioni. In entrambi i casi, le tolleranze del foro del cuscinetto e del diametro esterno devono corrispondere al supporto della tenuta. Un'eccentricità superiore a 0,05 mm può causare un gioco irregolare e ridurre la durata della guarnizione.
Cuscinetti a sfere a contatto angolare a doppia corona serie 32, 33 Questa serie 32/33 supporta grandi carichi radiali e assiali con elevata rigidità, adattandosi a mandrini di macchine utensili, componenti automobilistici e strumenti di precisione. Visualizza il prodotto → Per i rulli e il movimento lineare, il design della tenuta spesso include un labirinto metallico che protegge gli elementi volventi da trucioli e polvere. Questi rulli vengono utilizzati in macchine utensili, sistemi di stoccaggio automatizzati e linee di confezionamento. Un labirinto senza contatto li aiuta a mantenere un movimento fluido senza l'attrito di una guarnizione a labbro.
Rulli cingoli con scanalatura ad arco gotico LFR Questi rulli inferiori LFR utilizzano una scanalatura ad arco gotico per la dispersione delle sollecitazioni, un funzionamento stabile ad alta velocità o con carichi pesanti e un movimento lineare regolare nei sistemi di automazione. Visualizza il prodotto → Se hai bisogno di indicazioni specifiche sull'applicazione, l'articolo su scegliere il cuscinetto a rulli giusto tratta in modo più dettagliato i compromessi relativi a carico, velocità e tenuta.
Pratiche di installazione e manutenzione
Anche un labirinto ben progettato può fallire se installato male. Segui questi passaggi:
- Pulire l'albero, l'alloggiamento e i componenti della tenuta prima del montaggio. Un singolo granello di sabbia può mantenere aperto il sigillo.
- Controllare i giochi radiali e assiali con uno spessimetro o un comparatore. Registrare i valori per riferimento futuro.
- Applicare un leggero strato di grasso compatibile sulle scanalature del labirinto per favorire l'intrappolamento della polvere durante le prime ore di funzionamento.
- Assicurarsi che i fori di drenaggio siano aperti e rivolti verso il basso. Il liquido intrappolato può allagare la tenuta.
- Dopo le prime 100 ore, ispezionare la guarnizione per eventuali segni di usura o sfregamento. Se necessario, regolare l'allineamento.
Durante la manutenzione ordinaria, non spruzzare acqua ad alta pressione direttamente sul labirinto. Utilizzare una spazzola morbida o aria a bassa pressione per rimuovere la polvere. Se la guarnizione è integrata nel cuscinetto, sostituire il cuscinetto quando la guarnizione è danneggiata.
Errori comuni da evitare
- Il gioco è troppo stretto per migliorare la tenuta. Ciò provoca sfregamenti, calore e guasti prematuri.
- Ignorando la crescita termica. Un albero che cresce di 0,2 mm alla temperatura di esercizio può chiudere un gioco freddo.
- Utilizzo di un labirinto in un'applicazione allagata. Perderà.
- Miscelazione dei tipi di grasso. Alcuni grassi si separano e bloccano il percorso del labirinto con olio o addensante.
- Dimenticare uno scarico. Senza drenaggio, acqua e olio possono riempire le scanalature e trasportare contaminanti verso l'interno.
Ciascuno di questi problemi è facile da prevenire con una semplice revisione del progetto e alcune misurazioni durante l'assemblaggio.
Una tenuta a labirinto senza contatto è un modo pratico per proteggere i cuscinetti in applicazioni ad alta velocità, polverose o ad alta temperatura. Non sostituirà una tenuta strisciante in condizioni umide o sommerse, ma dove si adatta riduce l'attrito, evita l'usura dell'albero e prolunga la durata dei cuscinetti. La chiave è trattare la distanza, il numero di scanalature, il materiale e il drenaggio come un sistema piuttosto che come dettagli isolati. Quando questi elementi corrispondono all'applicazione, la guarnizione fa il suo lavoro silenziosamente e per lungo tempo.
