Tenute senza contatto per cuscinetti: tipi, limiti di velocità e guida alla selezione

Un motore da 15 kW che funziona a 6.000 giri al minuto non dovrebbe distruggere le guarnizioni a labbro ogni otto mesi. Quando lo fa, la guarnizione fa esattamente quello per cui è stata progettata, premendo un labbro di gomma contro una superficie rotante, e il calore derivante da quell'attrito è ciò che la completa. Sostituire la guarnizione a labbro con una guarnizione senza contatto spesso risolve il problema in un unico passaggio, perché la guarnizione non tocca più nulla. Le tenute senza contatto rinunciano a una piccola protezione dalla contaminazione in cambio di un attrito inferiore, una temperatura di funzionamento inferiore, un limite di velocità più elevato e una maggiore durata del grasso. Per apparecchiature pulite, veloci o calde, lo scambio è solitamente quello giusto.

Cosa conta come sigillo senza contatto

Una guarnizione senza contatto mantiene il lubrificante all'interno e la contaminazione senza alcuno sfregamento tra le parti rotanti e fisse durante il normale funzionamento. Nel lavoro sui cuscinetti incontrerai quattro versioni comuni:

• Scudo in acciaio stampato, indicato come suffisso ZZ sul codice di un cuscinetto
• Tenuta a labirinto, lavorata come un percorso di spire in un anello o alloggiamento
• Guarnizione a V o guarnizione a fessura, posizionata vicino a una spalla senza esercitare pressione su di essa
• Disegni ibridi che combinano un percorso a labirinto con un deflettore di luce o un elemento in feltro

Lo schermo in acciaio stampato è il più semplice ed economico del gruppo e gestisce bene le polveri grossolane, la ritenzione del grasso e l'alta velocità. Un labirinto è l'opzione più forte del gruppo quando ha abbastanza curve interne e un percorso di drenaggio, ma richiede anche il lavoro di progettazione più accurato e la lavorazione più accurata.

Ciò che guadagni è misurabile. La coppia di attrito rimane bassa e stabile per tutta la durata del cuscinetto, la generazione di calore diminuisce, la velocità limite aumenta e la durata del grasso migliora perché l'olio base non viene cotto dall'attrito della tenuta. Inoltre, nell'albero o nel manicotto non è presente alcuna scanalatura antiusura, il che è importante quando l'albero è costoso o difficile da sostituire.

Ciò a cui rinunci è altrettanto chiaro. Anche il divario che rimuove l’attrito è un percorso. Polvere fine, nebbia di refrigerante, acqua di lavaggio e immersione troveranno la loro strada attraverso una semplice tenuta senza contatto, quindi la contaminazione pesante, i cicli di pulizia degli impianti alimentari e il servizio sommerso normalmente richiedono una tenuta a contatto, una barriera secondaria o uno spurgo.

Confronto tra i tipi di tenute sullo stesso cuscinetto

La tabella seguente colloca le opzioni comuni sugli stessi criteri, quindi il commercio tra attrito e protezione è visibile piuttosto che scontato.

Come una guarnizione senza contatto tiene effettivamente fuori lo sporco

La protezione in una tenuta senza contatto deriva dal percorso anziché da una barriera. La comprensione di tre fattori spiega la maggior parte dei risultati del mondo reale.

Geometria del labirinto e momento delle particelle

Un labirinto costringe l’aria e le particelle a cambiare direzione più volte. Ogni giro diminuisce la pressione e intrappola le particelle in una scanalatura, quindi la contaminazione deve viaggiare più lontano e con meno energia per raggiungere il cuscinetto. Su un anello rotante, la forza centrifuga lancia le particelle verso l'esterno prima che raggiungano lo spazio più interno. Un singolo spazio rettilineo ha prestazioni molto peggiori di un percorso con tre o quattro cambi di direzione, motivo per cui due tenute della stessa dimensione nominale possono comportarsi in modo completamente diverso in servizio.

Liquidazione e crescita termica

L'autorizzazione decide se una tenuta senza contatto funziona o fallisce. I giochi radiali nella regione da 0,1 a 0,3 mm per lato sono tipici dei cuscinetti di piccole e medie dimensioni e devono essere ricalcolati quando l'alloggiamento è in alluminio e l'albero è in acciaio, quando la temperatura di funzionamento differisce dalla temperatura di assemblaggio di oltre 60 gradi Celsius o quando l'albero mostra un notevole runout. Uno spazio che si chiude a temperatura di esercizio diventa una guarnizione per sfregamento senza alcun vantaggio e tutta l'usura.

Orientamento, scarichi e spurgo del grasso

La maggior parte dei progetti senza contatto sono direzionali. Il deflettore rotante deve essere rivolto verso la fonte di contaminazione in modo che le particelle vengano espulse dal cuscinetto e la scanalatura stazionaria deve trovarsi sul lato pulito. Un foro di drenaggio nel punto più basso dell'alloggiamento consente all'acqua e alla condensa di fuoriuscire invece di accumularsi nello spazio vuoto. Anche un leggero spurgo del grasso aiuta, poiché una piccola quantità di grasso che fuoriesce attraverso lo spazio trasporta con sé le particelle e sigilla il percorso dall'interno.

Dove le guarnizioni senza contatto si adattano meglio

Queste applicazioni raramente deludono:

• Motori elettrici e ventilatori, dove la velocità è costante e l'ambiente è pulito o leggermente polveroso
• Mandrini ad alta velocità e azionamenti di macchine utensili, dove il calore da attrito limita la precisione
• Riduttori e corpi pompa con spruzzi d'olio, dove è possibile realizzare un percorso di drenaggio
• Giunti robot e sistemi di guida lineare, dove la lunga durata del grasso è più importante di una barriera ermetica
• Automazione industriale funzionante con aria filtrata in un'officina controllata

Queste applicazioni solitamente necessitano di qualcosa in più:

• Fonderia, estrazione mineraria e movimentazione inerti, dove la polvere abrasiva è presente in grandi quantità
• Linee alimentari con lavaggio giornaliero e detergenti caustici
• Pompe sommerse e macchinari continuamente bagnati
• Polvere conduttiva molto fine, come grafite o polvere metallica, che può colmare uno spazio ristretto

I cuscinetti a sfere a gola profonda di piccole e medie dimensioni sono il cavallo di battaglia nella maggior parte delle applicazioni pulite di cui sopra, dai motori dei ventilatori agli azionamenti delle pompe, e il suffisso di tenuta è ciò che decide come si comportano in ciascuno di essi.

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Criteri di selezione che decidono il risultato

Esamina questi punti in ordine, perché ognuno restringe le opzioni per il successivo:

• Velocità. Confrontare la velocità richiesta con la velocità limite per il metodo di tenuta scelto, non solo per il cuscinetto
• Intervallo di temperatura e differenziale di temperatura, inclusa la differenza tra le condizioni di montaggio e di funzionamento
• Tipo di contaminante e dimensione delle particelle, poiché la polvere fine si comporta in modo molto diverso dalla grana grossa o dagli schizzi di liquidi
• Metodo di lubrificazione, poiché il comportamento dello spurgo del grasso dipende dalla quantità di riempimento e dalla viscosità dell'olio base
• Spazio assiale e radiale disponibile per un labirinto con abbastanza giri
• Accesso per la manutenzione, poiché una guarnizione non ispezionabile verrà sostituita integralmente

Quando la velocità e i carichi radiali e assiali combinati si presentano insieme, i cuscinetti a sfere a contatto obliquo a doppia corona delle serie 52 e 53 vengono spesso specificati con schermi senza contatto, poiché il calore da attrito in velocità costa più di quanto possa pagare la tenuta extra.

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Installazione e gestione che proteggono il divario

Lo spazio è ridotto per progettazione, quindi la cura dell'assemblaggio è più importante che con una guarnizione a labbro:

1. Misurare la distanza effettiva dopo il montaggio, non solo sul disegno, e verificarla nuovamente su un'unità calda dopo il primo passaggio
2. Mantenere la scanalatura della guarnizione libera dal grasso in eccesso prima di chiudere l'alloggiamento, poiché un percorso bloccato si trasforma in uno sfregamento
3. Premere sull'anello da montare e mai attraverso lo schermo o l'anello a labirinto
4. Controllare la concentricità e l'eccentricità dell'albero, poiché uno spazio irregolare attorno alla circonferenza si chiuderà prima su un lato
5. Verificare l'orientamento dello scarico e del deflettore prima di fissare l'alloggiamento
6. Ispeziona eventuali segni di sfregamento dopo le prime ore di funzionamento, mentre la correzione è ancora economica

Modalità di fallimento e cosa ti dicono

La maggior parte dei problemi relativi alle tenute senza contatto si manifestano in un numero limitato di modi riconoscibili.

Abbinamento di una tenuta alla serie di cuscinetti

Il suffisso su un codice articolo è una guida rapida al principio di tenuta. ZZ significa uno schermo in acciaio stampato senza contatto e 2RS significa una guarnizione a labbro in gomma a contatto. I cuscinetti a sfere a contatto obliquo a doppia corona delle serie 30 e 38 sono forniti in entrambe le forme, quindi lo stesso cuscinetto può fungere da unità pulita ad alta velocità o da unità più sporca a bassa velocità a seconda del suffisso scelto in fase di immissione dell'ordine. I cuscinetti a sfere a gola profonda seguono la stessa logica, con scudi per motori e ventole e guarnizioni a labbro per ambienti umidi o polverosi.

Cuscinetti a contatto angolare a doppia corona serie 30 e 38 Confronta gli schermi senza contatto ZZ e le tenute a contatto 2RS per bilanciare i limiti di velocità con la protezione da polvere e umidità in questi cuscinetti delle serie 30 e 38. Visualizza il prodotto →

Quando la scelta tra un limite di velocità più elevato e una tenuta più rigorosa non è ancora chiara, si continua a tenere presente questa nota tipo di tenuta e selezione della velocità per i cuscinetti 3802 illustra la stessa decisione con un esempio concreto.

Una breve lista di controllo prima di specificare

1. Confermare il contaminante e decidere se un divario è accettabile
2. Calcolare il gioco a temperatura di esercizio, non a temperatura ambiente
3. Controllare la velocità limite per il metodo di sigillatura che si intende utilizzare
4. Progettare lo scarico e l'orientamento del deflettore nell'alloggiamento fin dall'inizio
5. Pianificare un percorso di spurgo del grasso e un intervallo di rilubrificazione realistico
6. Ispezionare la prima unità dopo un breve giro e registrare la distanza misurata

I sigilli senza contatto non sono una risposta universale, ma sono la risposta migliore molto più spesso di quanto vengano utilizzati. Ottieni la giusta distanza, mantieni il percorso pulito e orienta il deflettore verso lo sporco, e un design schermato o a labirinto durerà più a lungo di diversi set di guarnizioni di contatto nella stessa posizione. Se stai lavorando su un alloggiamento o un caso di carico specifico, puoi rivedere l'intera gamma da a produttore di cuscinetti a Cixi, Ningbo che costruisce sia versioni sigillate che schermate della stessa serie.