Quali sono gli utilizzi dei cuscinetti a sfere a contatto obliquo a doppia corona della serie 33?

Comprendere il design della serie 33 e perché è adatto a queste applicazioni

Prima di esplorare usi applicativi specifici, è importante capire cosa distingue Cuscinetti a sfere a contatto obliquo a doppia corona serie 33 da altre configurazioni di cuscinetti e perché tali distinzioni li rendono adatti alle loro applicazioni caratteristiche.

La serie 33 appartiene alla famiglia dei cuscinetti obliqui a doppia corona di sfere, caratterizzata da due corone di sfere disposte simmetricamente all'interno di un'unica unità cuscinetto, ciascuna operante con un angolo di contatto definito — 30 gradi per la serie 33 . Questo angolo di contatto è più ripido dell'angolo di 15 gradi dei cuscinetti a sfere a gola profonda standard, il che significa che ciascun punto di contatto della sfera risolve la forza applicata in una componente assiale più grande e una componente radiale più piccola rispetto a un cuscinetto ad angolo più basso della stessa dimensione.

L'implicazione pratica di questa geometria è un cuscinetto specificamente ottimizzato per applicazioni in cui i carichi assiali sono sostanziali, sia come carichi primari che come carichi secondari significativi insieme al carico radiale. L'angolo di contatto di 30 gradi dà la serie 33 approssimativamente Capacità di carico assiale superiore dal 40 al 60% per unità di capacità radiale rispetto alla serie 32 (che utilizza un angolo di contatto di 15 gradi), rendendola la scelta corretta quando i carichi di spinta sono il fattore di progettazione dominante. (Fonte: ISO 15:2017, Cuscinetti volventi - Cuscinetti radiali - Dimensioni d'ingombro, Piano generale)

Caratteristiche di progettazione chiave che determinano l'idoneità dell'applicazione

• Due file di palline in un'unità: Combina la capacità di carico di due cuscinetti a corona singola in un unico gruppo, eliminando la necessità di cuscinetti accoppiati, distanziatori e regolazione del precarico sul campo, pur mantenendo il supporto assiale bidirezionale fornito dai cuscinetti a corona singola accoppiati
• Angolo di contatto di 30 gradi: Fornisce una capacità di carico assiale sostanzialmente più elevata rispetto agli equivalenti ad angolo basso, rendendo la serie 33 la specifica corretta quando la spinta degli ingranaggi elicoidali, la pressione del fluido sulle giranti delle pompe o i carichi di servizio assiali dominano il caso di carico
• Precarico impostato in fabbrica: Il precarico interno viene stabilito e bloccato in fase di produzione, eliminando il requisito di precisione di installazione per l'impostazione del precarico sul campo richiesto dai cuscinetti a fila singola accoppiati, riducendo i requisiti di abilità di installazione e gli errori di assemblaggio
• Inviluppo assiale compatto: Una singola unità a doppia fila lo è Dal 20 al 35% più corto assialmente rispetto a due cuscinetti a corona singola che forniscono una capacità di carico equivalente, consentendo design di albero e alloggiamento più compatti
• Disposizione interna tipo O: La disposizione back-to-back (DB) standard nei cuscinetti a contatto angolare a doppia corona crea un'ampia campata di supporto effettiva all'interno della larghezza del cuscinetto, fornendo resistenza ai momenti ribaltanti che i cuscinetti a corona singola non possono eguagliare

Utilizzo nei mandrini di macchine utensili e nelle apparecchiature di precisione

I mandrini delle macchine utensili rappresentano una delle applicazioni più impegnative e storicamente più significative dei cuscinetti obliqui a doppia corona di sfere, inclusa la serie 33. I centri di lavoro CNC, le rettificatrici, le alesatrici e i torni richiedono tutti disposizioni di cuscinetti del mandrino che soddisfino contemporaneamente tre requisiti contrastanti: massima rigidità (per ridurre al minimo la deflessione dell'utensile e mantenere la precisione della lavorazione), elevata capacità di velocità di rotazione e lunga durata in condizioni di carichi di taglio combinati.

Perché i cuscinetti a contatto angolare a doppia corona dominano le applicazioni dei mandrini

Nelle operazioni di lavorazione, l'utensile da taglio genera forze che hanno componenti sia radiali che assiali le cui grandezze e direzioni cambiano continuamente al variare del percorso dell'utensile. Un cuscinetto del mandrino deve reagire a questi carichi combinati senza consentire alcuna flessione sulla punta dell'utensile che superi la tolleranza di lavorazione: per operazioni di rettifica di precisione, ciò significa rigidità radiale del mandrino da 50 a 200 N/micron è necessario nel punto di montaggio dell'utensile. (Fonte: Fondamenti di progettazione di macchine utensili, Klocke e Kuchle, Springer, 2011)

La geometria a doppia fila dei cuscinetti della serie 33 crea un'ampia campata di supporto effettiva all'interno della lunghezza assiale del cuscinetto, generando una rigidità del momento che resiste alla deflessione della punta dell'utensile sotto carichi di taglio eccentrici in modo molto più efficace rispetto alle alternative a fila singola con diametro equivalente. I cuscinetti della serie 33 di precisione (classi ISO P5 e P4) vengono utilizzati nella posizione anteriore (fine lavoro) del mandrino dei centri di lavoro CNC e dei mandrini di rettifica, dove i requisiti di precisione sono più critici.

Applicazioni specifiche per macchine utensili

• Mandrini di fresatura CNC: La posizione del cuscinetto dell'estremità di lavoro del mandrino nei centri di lavoro CNC verticali e orizzontali, dove le forze di taglio a tre assi richiedono un supporto assiale radiale e bidirezionale simultaneo da un'unica posizione del cuscinetto compatta
• Mandrini portamola cilindrici: Mandrini portamola in rettificatrici cilindriche e superficiali, dove la forza di rettifica radiale e la massa della mola si combinano per richiedere un'elevata rigidità radiale, mentre la direzione di avanzamento della mola genera una spinta assiale che deve essere supportata
• Mandrini per alesatrici: Le operazioni di barenatura profonda generano contemporaneamente forze di taglio radiali e spinta nella direzione di avanzamento del pezzo, rendendo direttamente applicabile la capacità di carico combinata della serie 33
• Mandrini per strumenti di precisione: Le teste di misura delle macchine di misura a coordinate (CMM), le tavole rotanti ottiche e le teste divisorie di precisione utilizzano cuscinetti della serie 33 in gamme di dimensioni miniaturizzate dove il precarico di fabbrica garantisce una rotazione costante a basso runout senza calibrazione sul campo

Utilizzo in applicazioni automobilistiche e per veicoli

L'industria automobilistica è uno dei maggiori consumatori di cuscinetti a sfere a contatto obliquo a doppia corona e la serie 33 si rivolge specificamente a diverse applicazioni automobilistiche in cui l'elevata capacità di carico assiale è il requisito di progettazione dominante.

Unità cuscinetto mozzo ruota

Le moderne unità cuscinetto per mozzi ruota di veicoli passeggeri - modelli di prima e seconda generazione - utilizzano cuscinetti a sfere a contatto obliquo a doppia corona come cuore strutturale del gruppo mozzo. L'ambiente di carico sulla ruota di un veicolo è un classico caso di carico combinato: carico radiale derivante dal peso del veicolo che agisce attraverso la geometria della sospensione, carico assiale dalle forze in curva e dalla campanatura della strada che agiscono lateralmente, e momento di carico derivante dalla coppia frenante e dalla geometria della sospensione che crea un momento ribaltante all'asse della ruota.

L'angolo di contatto di 30 gradi della serie 33 è adatto a questo profilo di carico perché le forze sterzanti durante le manovre di guida dinamiche generano carichi assiali che possono avvicinarsi Da 0,8 a 1,2 volte il carico radiale statico sulla ruota esterna: un elevato rapporto assiale-radiale che la serie 33 gestisce in modo più efficiente rispetto alle alternative ad angolo basso. (Fonte: SAE International Journal of Passenger Cars - Mechanical Systems, Wheel Bearing Load Analysis, Vol. 5, 2012)

Applicazioni di trasmissione e cambio

Le trasmissioni manuali e automatiche dei veicoli generano carichi sull'albero che combinano le forze radiali dell'ingranaggio degli ingranaggi con i carichi di spinta degli ingranaggi elicoidali in entrambe le direzioni assiali mentre la trasmissione passa dall'innesto della marcia avanti a quella della retromarcia. La serie 33 fornisce il supporto assiale bidirezionale richiesto da queste posizioni dell'albero, occupando allo stesso tempo uno spazio assiale più compatto rispetto alle alternative a fila singola accoppiate: una considerazione importante nei progetti di transassiali compatti in cui lo spazio del pacchetto è fortemente limitato.

Servosterzo e azionamenti di motori elettrici

Gli alberi motore del servosterzo elettrico (EPS) e gli alberi di trasmissione dei motori di trazione dei veicoli elettrici richiedono cuscinetti in grado di sopportare carichi radiali e assiali combinati derivanti dalla trasmissione della forza tramite cinghia o ingranaggi, mantenendo allo stesso tempo bassi livelli di rumore e vibrazioni a velocità da quasi zero a 15.000 giri al minuto o superiore nelle moderne architetture dei veicoli elettrici. La serie 33 in grado di precisione fornisce la combinazione di funzionamento a bassa rumorosità, capacità di carico combinata e precisione di precarico di fabbrica richiesta per queste applicazioni a bassa rumorosità ad alta velocità.

Utilizzo in pompe e compressori

Le pompe centrifughe e i compressori rotativi rappresentano un campo di applicazione naturale per Cuscinetti a sfere a contatto obliquo a doppia corona serie 33 poiché la fluidodinamica di queste macchine genera carichi di spinta assiale che devono essere sopportati dal sistema di cuscinetti dell'albero insieme ai carichi radiali derivanti dal peso dell'albero e dalla pressione del fluido sulle superfici della girante o del rotore.

Cuscinetti dell'albero della pompa centrifuga

In una pompa centrifuga monostadio, la differenza di pressione tra l'ingresso e l'uscita della girante crea una forza di spinta idraulica assiale che agisce nella direzione di avvicinamento del fluido all'occhio della girante. Questo carico di spinta è continuo durante il funzionamento e deve essere interamente reagito dal sistema di cuscinetti dell'albero della pompa. Per le pompe centrifughe di medie dimensioni nel trattamento dell'acqua, nel trattamento chimico e nelle applicazioni HVAC, la forza di spinta assiale può rappresentare Dal 20 al 60% del carico radiale dal peso dell'albero e dai carichi laterali della cinghia o del giunto.

I cuscinetti della serie 33 affrontano direttamente questo profilo di carico: il suo angolo di contatto di 30 gradi fornisce un'elevata capacità assiale per il componente di spinta idraulica, mentre la struttura a doppia fila fornisce la capacità radiale per il peso dell'albero e i carichi della cinghia, e la geometria back-to-back fornisce il supporto del momento per i carichi a sbalzo provenienti dalle giranti sospese. Questa combinazione rende la serie 33 particolarmente preziosa per le pompe centrifughe ad aspirazione assiale utilizzate nei processi industriali. (Fonte: Manuale della pompa, Karassik, Messina, Cooper and Heald, McGraw-Hill, 4a edizione, 2008)

Supporto albero compressore

I compressori rotativi a vite e scroll nelle applicazioni di refrigerazione, condizionamento dell'aria e aria compressa industriale generano forze assiali dalla geometria elicoidale dei rotori a vite o dalla pressione differenziale del gas sulle superfici delle piastre scroll. Questi carichi assiali sono combinati con i carichi radiali derivanti dalla massa del rotore e dalle forze del gas perpendicolari all'asse dell'albero. La serie 33 fornisce la capacità di carico combinata necessaria nell'involucro radiale compatto di queste macchine, dove l'aggiunta di un cuscinetto reggispinta separato aumenterebbe significativamente le dimensioni e i costi della macchina.

Utilizzo in riduttori industriali e sistemi di azionamento

I riduttori industriali, in particolare i riduttori elicoidali, conici e a vite senza fine, generano carichi sull'albero che sono intrinsecamente combinati in natura. La geometria di ingranamento degli ingranaggi elicoidali produce un vettore di forza dell'albero con tre componenti: tangenziale (rotazione), radiale (separazione) e assiale (spinta dall'angolo dell'elica). Tutti e tre devono essere reagiti dal sistema di cuscinetti dell'albero e la componente assiale degli ingranaggi elicoidali può essere sostanziale, rappresentando Dal 30 al 70% della forza tangenziale a seconda dell'angolo dell'elica. (Fonte: Shigley's Mechanical Engineering Design, Budynas e Nisbett, 10a edizione, McGraw-Hill, 2014)

Alberi di uscita del riduttore a ingranaggi elicoidali

L'albero di uscita di un riduttore ad ingranaggi elicoidali trasporta la coppia più elevata e quindi la forza di ingranaggio tangenziale più elevata nel riduttore. La spinta assiale simultanea derivante dall'ingranaggio elicoidale rende questa posizione dell'albero un'applicazione naturale per la serie 33. Un singolo cuscinetto a doppia corona sull'albero di uscita fornisce il supporto assiale combinato radiale e bidirezionale necessario, consentendo l'inversione della spinta assiale quando l'ingranaggio ruota in entrambe le direzioni durante i cicli di frenata o inversione, in un'installazione compatta che un cuscinetto a corona singola con una rondella reggispinta separata non può eguagliare.

Alberi pignone ingranaggi conici

Gli alberi dei pignoni degli ingranaggi conici nelle trasmissioni ad ingranaggi ad angolo retto sono applicazioni di cuscinetti particolarmente impegnative perché la geometria dell'ingranaggio genera grandi forze di separazione assiali che alternano la direzione con l'inversione del carico. La disposizione a doppia fila della serie 33 è particolarmente adatta a questa applicazione perché la sua geometria simmetrica reagisce equamente ai carichi assiali in entrambe le direzioni senza richiedere la regolazione sul campo del precarico quando cambia la direzione del carico.

Azionamenti ausiliari per turbine eoliche

Gli azionamenti per il controllo del passo, l'imbardata e gli azionamenti dei generatori ausiliari nelle turbine eoliche utilizzano gruppi motori e riduttori compatti in cui la serie 33 fornisce il carico combinato e il supporto di spinta bidirezionale necessari nello spazio di installazione limitato di una gondola di turbina eolica. Queste applicazioni beneficiano anche delle varianti sigillate e riempite di grasso della serie 33, che garantiscono gli intervalli di manutenzione prolungati richiesti per i componenti montati ad altezze comprese tra 80 e 120 metri dal suolo.

Utilizzo in motori elettrici e generatori

I motori elettrici nella gamma di potenza medio-grande, in particolare i motori che azionano ventole assiali, carichi con ingranaggi elicoidali o apparecchiature con trasmissione a cinghia, richiedono cuscinetti in grado di gestire carichi radiali e assiali combinati nelle posizioni dell'albero. La serie 33 viene utilizzata nella posizione del cuscinetto del lato non di comando (NDE) dei motori dove è richiesto il posizionamento assiale del rotore e nella posizione del lato di comando (DE) dove i carichi laterali della cinghia si combinano con la spinta trasmessa da ingranaggi o giunti.

Applicazioni di motori con azionamento a velocità variabile

I motori azionati da convertitori di frequenza (VFD) possono generare corrente dell'albero attraverso i contatti dei cuscinetti, un meccanismo di guasto ben documentato in cui la corrente elettrica che si forma un arco attraverso la zona di contatto del cuscinetto provoca vaiolatura e guasto prematuro. Nelle varianti dei cuscinetti isolati della serie 33, l'anello esterno o l'alloggiamento è rivestito con ceramica elettricamente isolante per impedire il passaggio di corrente. La serie 33 in configurazione isolata è la selezione standard per i motori azionati da VFD di cui sopra Potenza all'albero 75 kW nella posizione NDE, prevenendo danni ai cuscinetti indotti dalla corrente dell'albero che sono una delle principali cause di guasto prematuro in questo tipo di motore. (Fonte: IEEE Transactions on Industry Applications, Electric Motor Bearing Damage from Shaft Currents, Vol. 37, Numero 6, 2001)

Utilizzo in macchine agricole e edili

Le applicazioni per macchine agricole e per l'edilizia sottopongono i cuscinetti a condizioni di carico d'urto, contaminazione, ampie variazioni di temperatura e periodi prolungati tra una manutenzione e l'altra che mettono a dura prova i design dei cuscinetti standard. La serie 33 nelle varianti sigillate e rinforzate viene utilizzata in diverse posizioni chiave all'interno di questa categoria di apparecchiature.

Applicazioni di macchine agricole

• Alberi trebbianti per mietitrebbie: I tamburi trebbianti delle mietitrebbie sono soggetti a carichi radiali impulsivi derivanti dall'impegno del materiale del raccolto combinati con carichi assiali derivanti dalla geometria del tamburo elicoidale e dalle variazioni di carico laterale. La struttura a doppia fila della serie 33 fornisce il margine di capacità di carico necessario per queste condizioni di carico d'urto
• Alberi cardanici (prese di forza) del trattore: Gli alberi della presa di forza trasmettono la potenza del motore agli attrezzi trainati attraverso giunti universali che generano carichi radiali, assiali e momenti combinati mentre il trattore manovra su terreni irregolari. I cuscinetti sigillati della serie 33 nella trasmissione della presa di forza garantiscono intervalli di manutenzione prolungati adatti ai programmi di manutenzione sul campo
• Alberi di trasmissione della seminatrice: Gli alberi di trasmissione per la misurazione e la distribuzione dei semi nelle seminatrici di precisione sopportano carichi combinati derivanti dalle forze di trasmissione degli ingranaggi e dai carichi di vibrazione trasmessi dai sistemi di coltro che lavorano il terreno

Applicazioni per attrezzature da costruzione

• Azionamenti del tamburo della betoniera: L'albero motore del tamburo di una betoniera trasporta il carico radiale derivante dal peso del tamburo e il carico assiale dalla geometria della vite elicoidale all'interno del tamburo che crea spinta durante la miscelazione. La serie 33 gestisce efficientemente questo carico statico e dinamico combinato in un'unità di azionamento compatta
• Albero vibrante per attrezzature di compattazione: I compattatori vibranti e i rulli compressori utilizzano masse rotanti eccentriche per generare forze di compattazione del terreno. I cuscinetti dell'albero di questi eccitatori di vibrazioni sopportano carichi radiali dinamici molto elevati combinati con carichi assiali derivanti dal posizionamento dell'albero. La serie 33 nelle qualità per carichi pesanti gestisce queste condizioni di carico dinamico elevato entro i limiti di spazio delle attrezzature di compattazione compatte

Utilizzo in strumenti di precisione e apparecchiature di misurazione

All'estremità opposta dello spettro di applicazioni rispetto ai macchinari industriali pesanti, Cuscinetti a sfere a contatto obliquo a doppia corona serie 33 nei gradi di precisione (classi di precisione P5, P4 e P2 secondo ISO 492) vengono utilizzati in applicazioni in cui precisione di rotazione, vibrazioni ridotte e attrito minimo sono i criteri di selezione primari piuttosto che la capacità di carico.

Assi rotanti della macchina di misura a coordinate (CMM).

I moduli degli assi rotanti nei sistemi CMM richiedono cuscinetti con eccentricità inferiore 0,5 micron sulla superficie di montaggio del mandrino e sull'eccentricità assiale sottostante 0,3 micron per mantenere la precisione della misurazione sulla punta della sonda. I cuscinetti di precisione della serie 33 di classe P4 con precarico di fabbrica e selezione delle sfere a bassa rumorosità soddisfano questi requisiti fornendo al contempo il supporto assiale bidirezionale necessario quando l'asse rotante viene caricato da diverse direzioni di contatto della sonda.

Tavole rotanti di precisione e unità indicizzate

Le tavole rotanti su rettificatrici, macchine per elettroerosione e centri di lavoro CNC multiasse utilizzano cuscinetti di precisione della serie 33 per fornire la combinazione di precisione di posizionamento radiale e assiale e rigidità del momento richiesta per un'accurata indicizzazione del pezzo. Il precarico impostato in fabbrica dell'unità a doppia fila elimina la necessità di reimpostare il precarico dei cuscinetti quando la tavola rotante viene riposizionata o sottoposta a manutenzione: un vantaggio pratico per la manutenzione negli ambienti di produzione.

Utilizzo in macchinari per la lavorazione e l'imballaggio degli alimenti

L’industria della lavorazione alimentare impone requisiti severi sui materiali dei cuscinetti e sulla lubrificazione – resistenza alla corrosione, compatibilità con lubrificanti di grado alimentare e resistenza ai lavaggi – pur richiedendo le stesse caratteristiche di capacità di carico combinate che si applicano alle applicazioni industriali generali. Le varianti in acciaio inossidabile e le versioni sigillate riempite di grasso per uso alimentare della serie 33 vengono utilizzate in:

• Miscelatori e attrezzature per la miscelazione: I cuscinetti dell'albero dell'agitatore nei miscelatori industriali sopportano carichi radiali combinati derivanti dalla resistenza ai fluidi sulle pale dell'agitatore e carichi assiali derivanti dalla geometria elicoidale dell'agitatore, in ambienti corrosivi a contatto con gli alimenti che richiedono anelli dei cuscinetti in acciaio inossidabile o rivestiti
• Teste di azionamento del trasportatore: I cuscinetti dell'albero motore sui sistemi di trasporto alimentare sopportano carichi radiali combinati derivanti dalla tensione del nastro e carichi assiali provenienti dai rulli trasportatori coronati che creano forza laterale come le piste del nastro. I cuscinetti sigillati della serie 33 per uso alimentare garantiscono gli intervalli di manutenzione prolungati richiesti negli impianti di produzione continua
• Sistemi di azionamento per macchine confezionatrici: Le macchine confezionatrici ad alta velocità con assi a camme o servoazionati utilizzano cuscinetti della serie 33 nell'albero a camme e nelle posizioni di azionamento in cui sono presenti carichi radiali e assiali combinati derivanti dalla geometria della camma e forze di inerzia a velocità fino a Da 2.000 a 4.000 giri al minuto

Riepilogo dell'applicazione: Dove vengono utilizzati i cuscinetti della serie 33

Selezione del cuscinetto serie 33 adatto alla tua applicazione

L'ampia gamma di applicazioni di Cuscinetti a sfere a contatto obliquo a doppia corona serie 33 significa che i dettagli delle specifiche contano tanto quanto la designazione della serie stessa. Quando si seleziona un'applicazione specifica, confermare questi parametri:

1. Calcolare il carico dinamico equivalente (P). Utilizzando i componenti di carico radiale (Fr) e assiale (Fa) con i fattori X e Y per la serie 33 al rapporto Fa/Fr applicabile secondo ISO 281, confermare che il coefficiente di carico dinamico C del cuscinetto selezionato fornisce la durata L10 richiesta alla velocità e alla temperatura di funzionamento
2. Confermare il requisito del grado di precisione. Le applicazioni industriali generali utilizzano la classe P0 (Normale). I mandrini delle macchine utensili e gli strumenti di precisione richiedono la classe P5, P4 o P2. Ogni aumento del grado di precisione aumenta i costi; specificare solo il voto effettivamente richiesto dalla domanda
3. Selezionare la configurazione di lubrificazione corretta. Per posizioni inaccessibili o con manutenzione limitata, specificare varianti sigillate (2RS) ingrassate in fabbrica. Per applicazioni ad alta velocità che superano il limite di velocità del grasso, specificare cuscinetti aperti con bagno d'olio o lubrificazione a getto
4. Verificare che l'albero e l'alloggiamento siano adatti. Confermare la tolleranza consigliata per l'albero (tipicamente k5 o m5 per l'anello interno rotante) e la tolleranza del foro dell'alloggiamento (tipicamente H6 o J6 per l'anello esterno stazionario) secondo ISO 286. Un accoppiamento con interferenza errato è una delle principali cause di cedimento prematuro del cuscinetto, indipendentemente dal coefficiente di carico del cuscinetto.
5. Prendere in considerazione varianti isolate per applicazioni VFD. Se il cuscinetto si trova in un motore elettrico azionato da un convertitore di frequenza superiore a 75 kW, specificare la variante con anello esterno isolato per evitare danni al cuscinetto indotti dalla corrente dell'albero

Il Cuscinetti a sfere a contatto obliquo a doppia corona serie CNCJ 33 sono prodotti secondo gli standard dimensionali e di tolleranza ISO per l'intera gamma di diametri e classi di precisione richiesti per le applicazioni descritte in questo articolo. La loro gamma di prodotti copre il grado P0 standard per uso industriale fino al grado di precisione P4 per applicazioni su macchine utensili e strumentazione, con configurazioni sigillate e aperte, molteplici opzioni di gioco e supporto tecnico applicativo per assistenza nel calcolo del carico e della durata.