Che cosa sono i cuscinetti a rulli a contatto angolare a doppia corona?

Come funzionano i cuscinetti a rulli a contatto obliquo a doppia corona

Il principio di funzionamento si basa sulla geometria dell'angolo di contatto. Quando un rullo funziona con un angolo di contatto definito rispetto all'asse del cuscinetto, la forza di contatto tra rullo, anello interno e anello esterno si risolve sia in una componente radiale che in una componente assiale. Le due file sono disposte in una configurazione a "O" (dorso a dorso) o "X" (faccia a faccia) all'interno dello stesso anello esterno, consentendo a ciascuna fila di gestire carichi assiali da una direzione mentre l'unità combinata resiste alla spinta assiale da entrambe le direzioni contemporaneamente.

Configurazione a O (dorso a dorso) e configurazione a X (faccia a faccia)

La disposizione delle due corone di rulli determina la rigidità del cuscinetto e la capacità di carico momento:

La configurazione a O è più ampiamente utilizzata perché i suoi apici divergenti del cono di pressione creano una maggiore luce effettiva del cuscinetto all'interno dello stesso spazio assiale, offrendo una resistenza sostanzialmente più elevata ai momenti ribaltanti, fondamentali nelle applicazioni con mandrino e mozzo della ruota in cui le forze a sbalzo sono significative. (Fonte: Analisi dei cuscinetti volventi, Tedric A. Harris e Michael N. Kotzalas, 5a edizione, CRC Press)

Il ruolo dell'angolo di contatto

L'angolo di contatto governa direttamente la distribuzione del carico tra i componenti radiali e assiali:

• Angolo di contatto di 15 gradi: Maggiore capacità di carico radiale, minore capacità assiale: adatto per applicazioni in cui prevalgono i carichi radiali con spinta moderata
• Angolo di contatto di 25 gradi: Capacità radiale e assiale bilanciata: la scelta generica più comune per mandrini e riduttori di macchine utensili
• Angolo di contatto di 40 gradi: Maggiore capacità assiale al costo di un certo coefficiente di carico radiale: utilizzata in trasmissioni a vite, alberi di pompe assiali e applicazioni dominate dalla spinta

Secondo la norma ISO 281:2007, i calcoli del coefficiente di carico dinamico C e della durata di base L10 per i cuscinetti a contatto obliquo incorporano l'angolo di contatto come variabile fondamentale che determina il carico dinamico equivalente in condizioni di carico combinate. (Fonte: ISO 281:2007, Cuscinetti volventi: coefficienti di carico dinamico e durata nominale)

Principali caratteristiche di progettazione che distinguono questo tipo di cuscinetto

Due file di rulli in un'unica unità

La caratteristica strutturale distintiva è che entrambe le file di rulli condividono un anello esterno comune e, nella maggior parte dei modelli, un distanziatore integrato o un gruppo anello interno. Questa integrazione fornisce Capacità di carico radiale superiore dal 30 al 50%. rispetto a un cuscinetto a contatto angolare a corona singola con lo stesso diametro del foro, mentre la capacità di carico assiale in entrambe le direzioni viene raggiunta senza richiedere il montaggio accoppiato di unità separate. (Fonte: Catalogo cuscinetti volventi FAG WL 41520/3 EA, Gruppo Schaeffler)

Gioco interno o precarico preimpostato

A differenza dei cuscinetti a contatto angolare a una corona che richiedono all'utente di stabilire il precarico regolando il bloccaggio assiale durante l'installazione, i cuscinetti a rulli a contatto angolare a doppia corona sono forniti con un Gioco interno o condizione di precarico impostati in fabbrica . Ciò elimina l'incertezza di installazione associata alle unità a fila singola accoppiate e garantisce precisione di funzionamento e rigidità costanti dal momento dell'installazione, particolarmente importanti nei mandrini delle macchine utensili dove il precarico influisce direttamente sulla precisione e sulle vibrazioni della lavorazione.

Opzioni di tenuta e lubrificazione integrate

Molti cuscinetti a rulli a contatto obliquo a doppia corona sono disponibili in varianti sigillate (designazioni con suffisso 2RS o 2Z) con lubrificazione a grasso riempita in fabbrica per una durata di progettazione di fino a 20.000 ore o più alle condizioni nominali senza rilubrificazione. Le varianti aperte consentono la lubrificazione ad olio per applicazioni ad alta velocità o ad alta temperatura in cui il grasso non è in grado di mantenere una pellicola adeguata. (Fonte: ISO 15312:2003, Cuscinetti volventi - Velocità termica nominale - Calcolo e coefficienti)

Capacità di carico: ciò che questi cuscinetti gestiscono e che gli altri non riescono a gestire

Cuscinetti a rulli a contatto angolsono a doppia corona sono specificamente progettati per scenari di carico combinati che richiederebbero compromessi con altri tipi di cuscinetti:

Il principale vantaggio competitivo rispetto ai cuscinetti a rulli conici accoppiati è: costruzione di un'unica unità : un cuscinetto ne sostituisce due, riducendo la lunghezza dell'alloggiamento, eliminando la necessità di una regolazione assiale precisa di un set accoppiato durante l'installazione e riducendo il numero totale dei componenti nell'assieme.

Dove vengono utilizzati i cuscinetti a rulli a contatto angolare a doppia corona

Questi cuscinetti vengono utilizzati in applicazioni in cui carico combinato, installazione compatta e rigidità contano contemporaneamente:

• Mandrini di macchine utensili: I mandrini di fresatura, tornitura e rettifica CNC utilizzano questi cuscinetti sia sull'estremità di comando che sull'estremità di lavoro dell'albero del mandrino, dove le forze di taglio creano carichi radiali e assiali combinati che cambiano direzione durante il funzionamento. L'elevata rigidità della configurazione a doppia fila di tipo O contribuisce direttamente alla precisione della lavorazione: una deflessione del mandrino di 1 micron sulla punta dell'utensile è misurabile in tolleranza del pezzo finito. (Fonte: Fondamenti di progettazione di macchine utensili, L. Klocke e A. Kuchle, Springer, 2011)
• Mozzi delle ruote automobilistiche: Le unità cuscinetto per mozzi ruota per autovetture e veicoli commerciali leggeri utilizzano comunemente cuscinetti a sfere o a rulli a contatto obliquo a doppia corona che gestiscono il carico radiale derivante dal peso del veicolo, il carico assiale derivante dalle forze sterzanti e i carichi momento dalla coppia frenante, il tutto in un'unica unità compatta sigillata per la durata di servizio del veicolo
• Riduttori industriali: Le trasmissioni ad ingranaggi elicoidali e conici generano forze di spinta assiali dall'angolo dell'elica dell'ingranaggio che devono reagire in entrambe le direzioni assiali quando la direzione del carico si inverte. I cuscinetti a contatto angolare a doppia corona gestiscono tutto ciò senza richiedere un cuscinetto reggispinta separato nell'alloggiamento
• Cuscinetti del collo del laminatoio: I laminatoi a caldo e a freddo per nastri di acciaio, alluminio e rame utilizzano grandi cuscinetti a rulli conici a doppia corona nelle posizioni del collo del cilindro per gestire i carichi combinati estremi (forza di laminazione radiale più tensione assiale e forze di sterzatura) a temperature elevate
• Alberi pompa e compressore: Le pompe centrifughe e i compressori generano carichi di spinta assiale dalla pressione del fluido che agisce sulle giranti. I cuscinetti a contatto angolare a doppia corona assorbono questa spinta sul lato opposto alla trasmissione mentre i carichi radiali derivanti dal peso dell'albero e dalla tensione della cinghia vengono gestiti contemporaneamente
• Alberi principali delle turbine eoliche: Il cuscinetto del rotore principale di una turbina eolica a trasmissione diretta sopporta carichi radiali combinati derivanti dal peso del rotore, spinta assiale dalla pressione del vento sulle pale e massicci momenti di carico derivanti dalla flessione delle pale: uno scenario di carico combinato per il quale i cuscinetti a rulli conici o sferici a doppia corona di grandi dimensioni a contatto angolare sono appositamente progettati

Specifiche Tecniche e Dimensioni Standard

I cuscinetti a rulli a contatto obliquo a doppia corona sono standardizzati secondo la norma ISO 15 e le norme nazionali pertinenti per foro, diametro esterno e larghezza in serie metriche. I parametri chiave delle specifiche includono:

(Fonte: ISO 492:2014, Cuscinetti volventi — Cuscinetti radiali — Tolleranze; ISO 5753-1:2009, Cuscinetti volventi — Gioco interno)

Considerazioni su installazione, precarico e manutenzione

Pratica di montaggio corretta

Poiché il precarico o il gioco interno sono impostati in fabbrica, il requisito principale per l'installazione è ottenere un corretto accoppiamento con interferenza sia sull'albero che sulle sedi dell'alloggiamento. La tolleranza dell'albero consigliata per le applicazioni con anello interno rotante è tipicamente js5 a k5 per carichi da leggeri a normali e da m5 a n5 per carichi pesanti o d'urto. Le tolleranze del foro dell'alloggiamento sono tipicamente Da H6 a J6 per montaggio fisso dell'anello esterno. Un accoppiamento errato, in particolare un'interferenza eccessiva, può eliminare il gioco interno del cuscinetto e causare un rapido cedimento per fatica. (Fonte: ISO 286-1:2010, Specifiche geometriche — Limiti e accoppiamenti)

Requisiti di lubrificazione

Per i cuscinetti aperti (non sigillati), la selezione della viscosità della lubrificazione segue la selezione del grado di viscosità ISO 3448 in base al diametro medio del cuscinetto, alla velocità operativa (parametro ndm) e alla temperatura operativa. Come linea guida pratica, un cuscinetto con ndm (alesaggio più diametro esterno diviso per 2, moltiplicato per giri/min) di seguito 300.000 mm/min normalmente utilizza olio minerale da ISO VG 68 a VG 100 o grasso equivalente; al di sopra di questa soglia, è necessario un olio a viscosità inferiore (da ISO VG 32 a VG 46) o un lubrificante sintetico per evitare eccessive perdite per sbattimento e generazione di calore. (Fonte: ISO 3448:1992, Lubrificanti liquidi industriali - Classificazione della viscosità ISO)

Monitoraggio delle condizioni e durata utile

La formula della durata nominale di base ISO 281:2007 calcola la durata L10 in milioni di giri con un'affidabilità del 90%. Per i cuscinetti a rulli a contatto obliquo a doppia corona sottoposti a carico combinato, il carico dinamico equivalente P viene calcolato utilizzando le componenti del carico radiale e assiale ponderate con i fattori X e Y che dipendono dall'angolo di contatto e dal rapporto tra carico assiale e radiale. In pratica, cuscinetti di questo tipo ben installati nei mandrini delle macchine utensili raggiungono risultati ottimali Da 20.000 a 40.000 ore di durata prima di richiedere la sostituzione quando si opera entro i parametri di carico e velocità nominali con una lubrificazione adeguata.

Selezione del cuscinetto a rulli a contatto angolare a doppia corona corretto

Quando si specificano o si acquistano questi cuscinetti, valutare i seguenti fattori in sequenza:

1. Definire il caso di carico: Determinare il carico radiale massimo e tipico (Fr), il carico assiale (Fa) e il rapporto Fa/Fr per identificare l'angolo di contatto richiesto e i fattori X/Y per il calcolo della durata
2. Seleziona la configurazione: Scegli il tipo O (dorso a dorso) per applicazioni con carichi di momento significativi; Tipo X (faccia a faccia) dove la priorità è la correzione del disallineamento dell'albero
3. Determinare la classe di precisione: Le applicazioni industriali generali utilizzano P0 (Normale); i mandrini delle macchine utensili e gli strumenti di precisione richiedono la classe P4, P5 o P2
4. Conferma la capacità di velocità: Verificare che la velocità limite del cuscinetto con il metodo di lubrificazione selezionato (grasso o olio) superi la velocità massima dell'albero dell'applicazione con un margine di sicurezza adeguato
5. Controllare gli standard dimensionali e di tolleranza: Confermare che foro, diametro esterno e larghezza siano conformi alle dimensioni della serie ISO 15 per la compatibilità con alloggiamenti e alberi esistenti

Il Cuscinetti a rulli a contatto angolare a doppia corona CNCJ sono prodotti secondo gli standard dimensionali e di tolleranza ISO e sono disponibili in molteplici configurazioni di angoli di contatto, classi di precisione e dimensioni del foro per coprire l'intera gamma di applicazioni di macchine utensili, riduttori, pompe e azionamenti industriali. Il loro team di ingegneri fornisce supporto per il calcolo del carico e assistenza nella selezione dei cuscinetti specifici per l'applicazione per garantire le specifiche corrette per ciascuna installazione.

Sommario: Panoramica dei cuscinetti a rulli a contatto obliquo a doppia corona

Il bottom line: Cuscinetti a rulli a contatto angolsono a doppia corona sono la soluzione ingegnerizzata ogni volta che un'applicazione richiede un'elevata capacità di carico combinato, supporto assiale bidirezionale e installazione compatta in un'unica unità cuscinetto, rendendoli indispensabili nei macchinari industriali pesanti e di precisione più esigenti.