Cuscinetti a rulli conici per carichi combinati radiali e assiali: quando specificarli e come scegliere l'abbinamento, il precarico e la regolazione

Escludere prima i cuscinetti puramente radiali e quelli a sfere

Il primo taglio è la direzione del carico, non l'entità del carico. I rulli conici girano su piste coniche a contatto lineare, e quella geometria è ciò che permette loro di assumere carico radiale e assiale allo stesso tempo — la componente assiale in una sola direzione¹¹⁷.

Un progetto di cuscinetti a rulli cilindrici trasporta carico puramente radiale e non ha capacità assiale, quindi non può essere dimensionato per una posizione con spinta per quanto grande sia la sua capacità radiale¹¹.

I cuscinetti a sfere possono prendere spinta, ma scambiano capacità di carico con velocità: il contatto puntuale dà loro la maggiore velocità limite e valore dN, mentre il contatto lineare dà ai rulli il maggiore carico dinamico nominale di base a parità di foro e diametro esterno²⁶⁴.

Quello scambio è tutta la decisione in miniatura. Se la posizione trasporta davvero entrambe le componenti, un cuscinetto puramente radiale è la famiglia sbagliata e un cuscinetto a sfere è un compromesso di capacità; se la componente assiale è occasionale, la penalità di velocità e calore dei rulli conici non compra nulla.

Le fonti non quantificano dove cada quella linea, quindi la ripartizione va giudicata dall'applicazione e non da un rapporto pubblicato¹¹¹².

Il servizio è abbastanza pesante da giustificare i rulli conici?

I rulli conici sono descritti come la scelta comune dove i carichi combinati sono pesanti e la rigidezza conta, e compaiono in trasmissioni di automobili e camion, mozzi ruota, apparecchiature dell'industria del metallo ed eolica, movimentazione materiali, miniere e trasmissioni industriali²⁵.

La stessa fonte nota che questi servizi coinvolgono di solito condizioni contaminate e dure dove l'affidabilità di funzionamento è la preoccupazione principale, il che è un'affermazione sulla severità dell'applicazione e non su un numero di carico²⁵. Il compromesso è il calore.

I rulli conici generano leggermente più calore dei rulli cilindrici, e quella penalità è accettata perché si adattano ai carichi combinati radiali e assiali¹².

Nessuna fonte di questo insieme dà una soglia numerica di Fa/Fr o un limite di entità di carico oltre il quale debbano essere scelti rulli conici al posto di sfere o cilindrici, quindi il giudizio di entità va fatto sulla severità del servizio — urto, contaminazione, esigenza di rigidezza — e poi confermato dal calcolo di capacità del fornitore^1172512.

Convertire il carico combinato in un carico equivalente e verificare la vita

Una capacità radiale e un carico assiale non sono direttamente confrontabili, quindi le due componenti si riducono a un unico carico dinamico equivalente P, che poi entra nella formula della durata nominale¹⁶.

Per carico combinato la forma standard è P = X·Fr + Y·Fa, dove X e Y dipendono dal tipo e dalla geometria del cuscinetto; per i rulli conici si usa invece un fattore di spinta K¹⁷¹⁸.

Il carico equivalente alimenta allora L10 = (C/P)^p × 1.000.000 di giri, con C il carico dinamico nominale di base del catalogo¹⁷⁴. La conseguenza pratica è che l'acquirente non può dimensionare una posizione a rullo conico dal solo carico radiale, e non può calcolare P senza i fattori che le fonti non forniscono.

Chieda al fornitore di dichiarare i valori X/Y o K che usa, mostrare la P risultante e dare la vita L10 al carico e alla velocità obiettivo¹⁷¹⁸. Si noti inoltre che L10 è una stima statistica; lubrificazione, contaminazione, disallineamento e temperatura possono allontanare la vita reale da essa¹⁷.

Scegliere la configurazione di montaggio

Poiché un rullo conico assume carico assiale in una sola direzione, una posizione che deve resistere alla spinta in entrambi i sensi richiede più di una corona di cuscinetti — per questo il tipo si usa tipicamente in coppia¹¹⁷.

Dove i lati fisso e libero non sono distinti e gli intervalli tra cuscinetti sono abbastanza corti perché il ritiro dell'albero non influisca sensibilmente sul funzionamento, la via dichiarata è una coppia di cuscinetti a contatto angolare o a rulli conici in montaggio accoppiato, con il gioco assiale regolato dopo il montaggio con dadi o spessori².

Il montaggio in coppia non è l'unica forma. Le disposizioni a O (dorso a dorso, O/DB), faccia a faccia (X/DF) e in tandem sono tutte opzioni elencate, e il tandem è descritto come un modo per aumentare la capacità di carico assiale³.

Le fonti elencano queste disposizioni ma non danno alcuna regola per scegliere tra dorso a dorso e faccia a faccia secondo direzione o entità del carico, quindi la disposizione va concordata con il fornitore rispetto alle direzioni di spinta reali e alla rigidezza richiesta³.

Set abbinato in fabbrica o abbinare cuscinetti non accoppiati

Questa scelta decide chi fa il lavoro di taratura. Un set duplex abbinato in fabbrica arriva con il proprio precarico o gioco interno assiale già definiti dagli anelli distanziali forniti con esso³.

Abbinare cuscinetti non accoppiati sposta quel lavoro sul lato dell'acquirente: le dimensioni assiali rilevanti dei cuscinetti e, dove applicabile, del supporto vanno misurate prima, va definito un gioco assiale obiettivo, e per una disposizione a O va rettificato un anello distanziale interno alla precisione richiesta oltre al distanziale esterno³.

Se una coppia precaricata deve alloggiare in una disposizione rigida a O attraverso il supporto, anche la larghezza del supporto va determinata per calcolare la lunghezza effettiva del distanziale³.

Questo è il costo della via non accoppiata — misura, una decisione di gioco e distanziali rettificati — e vale la pena prezzarlo contro il sovrapprezzo del set abbinato in fabbrica prima che parta la richiesta di offerta.

Specificare precarico o gioco come una cifra assiale

Il gioco del rullo conico non è un numero radiale. La misura radiale è impraticabile per rulli conici a due e quattro corone e in generale non si fa; il gioco interno è definito invece come un gioco assiale, il Bench End Play (BEP)²³.

Non esistono valori standard di BEP — sono progettati e specificati per ciascuna applicazione — quindi la regolazione va dichiarata come una cifra assiale per lo specifico servizio invece che scelta da una tabella di gioco³³.

Il precarico è l'altro estremo della stessa regolazione: applica un carico assiale permanente tramite molle, rondelle o un montaggio rigido per eliminare il gioco interno e alzare la rigidezza⁶²¹.

Il metodo di regolazione appartiene alla specifica insieme alla cifra — spessori o dadi dopo il montaggio, un distanziale rettificato, o una disposizione precaricata a molla²³. Un fornitore non può quotare né verificare una regolazione scritta come "gioco normale"; ha bisogno di un valore assiale e del metodo usato per raggiungerlo²³³³.

Verificare velocità e temperatura prima di impegnarsi

Il vantaggio sul carico combinato si paga in margine di velocità e calore. I rulli conici generano leggermente più calore dei rulli cilindrici, e i cuscinetti a sfere girano in genere più veloci dei cuscinetti a rulli di dimensione comparabile¹²²⁶.

Due preferenze dichiarate incorniciano la verifica: mantenere i supporti sotto 60 °C, e esaminare attentamente qualsiasi velocità di esercizio entro l'80% della velocità limite Nlim⁵. Sopra 60 °C, l'orientamento chiama olio specializzato, controlli costanti del livello e intervalli di ringrassatura molto più brevi dove si usa grasso⁵.

Se il servizio sta già vicino a uno dei due limiti, le opzioni oneste sono cambiare lo schema di lubrificazione, ridurre la velocità o riconsiderare la famiglia di cuscinetti — non presupporre che il rullo conico regga.

Nessuna fonte di questo insieme dà una velocità limite o una temperatura di esercizio ammissibile numerica per uno specifico dimensione di rullo conico o metodo di lubrificazione, quindi Nlim e il caso termico vanno ottenuti dal catalogo o dal fornitore⁵¹²²⁶.

Verifiche pre-richiesta di offerta che le fonti non possono rispondere

L'evidenza dirima la logica della decisione ma non i numeri. Ciascun punto seguente è qualcosa che le fonti lasciano aperto, quindi va richiesto al fornitore invece che presupposto.

• ✓Chiedere al fornitore i fattori X/Y o il fattore di spinta K che usa, il carico equivalente P risultante e la vita L10 al suo carico e velocità obiettivo — nessuna fonte dà valori universali [S17][S18].
• ✓Chiedere il gioco assiale obiettivo (BEP) e il metodo di regolazione per la disposizione specifica; non esistono valori standard di gioco dei rulli conici [S23][S33].
• ✓Dichiarare se si acquista un set duplex abbinato in fabbrica o si abbinano cuscinetti non accoppiati, e chi fornisce gli anelli distanziali rettificati [S3].
• ✓Confermare la disposizione (dorso a dorso, faccia a faccia o tandem) rispetto alle direzioni di spinta reali; le fonti non danno regola di selezione [S3].
• ✓Chiedere la velocità limite e la temperatura di esercizio ammissibile per lo specifico cuscinetto e metodo di lubrificazione, e verificarle rispetto alle preferenze di 60 °C e 80% di Nlim [S5].
• ✓Fissare la classe di tolleranza dalla precisione di rotazione dell'albero al punto d'appoggio — Classe 0 per applicazioni generali, Classe 5 o superiore per quelle impegnative [S29][S13].
• ✓Verificare il disallineamento che il montaggio vedrà davvero; le capacità di sfere, conici e rulli cilindrici assumono che resti entro 0,0005 radianti (0,03°) [S31].

Dove le fonti sono in disaccordo sul gioco

Le due posizioni seguenti non si contraddicono in pratica — un gioco regolabile non è la stessa cosa di un gioco standardizzato — ma l'acquirente non dovrebbe trattare il gioco di un rullo conico come qualcosa da cercare in una tabella.

Cosa le fonti non stabiliscono

• Non vi è soglia numerica Fa/Fr o regola sul rapporto di carico per preferire i rulli conici alle sfere o ai rulli cilindrici
• Non vi sono fattori X/Y o valori del fattore di spinta K per calcolare il carico dinamico equivalente P
• Non vi è valore numerico di precarico, intervallo di gioco assiale o tolleranza per alcuna applicazione specifica
• Non vi è regola per scegliere tra configurazione a O e a X in base a direzione o entità del carico
• Non vi sono valori di accoppiamento albero/seduta, limiti di oscillazione o requisiti di quadratura degli spallamenti per una configurazione scelta
• Non vi sono dati commerciali: prezzo unitario, premio dei set accoppiati, quantità minima d’ordine, lead time, disponibilità standard vs speciale o costo di attrezzaggio dei supporti regolabili
• Non vi è rapporto d’ispezione effettivo, certificato del materiale o requisito nominato di certificazione di settore per un cuscinetto o un set accoppiato
• Non vi è velocità limite numerica o temperatura di esercizio ammissibile per una specifica dimensione di rulli conici o metodo di lubrificazione
• Non vi è obiettivo specifico L10 o Lnm, né spettro di carico, per l’applicazione dell’acquirente