Cosa sono i cuscinetti a sfere a gola profonda e come scegliere il tipo giusto

Panoramica dei cuscinetti a sfere a gola profonda

Poiché le scanalature delle piste sono profonde e perfettamente adattate alle sfere, i cuscinetti a sfere con gola profonda tollerano forze assiali modeste senza alcuna disposizione speciale. Un cuscinetto su ciascuna estremità di un albero è spesso sufficiente per posizionare un rotore completo. Questa semplicità spiega perché i progettisti continuano a tornare ai cuscinetti a sfere a gola profonda, dalle dimensioni miniaturizzate compatte alle grandi dimensioni industriali.

Costruzione di cuscinetti a sfere a gola profonda: quattro parti, molte scelte di progettazione

Ogni cuscinetto a sfere a gola profonda è costituito da un anello interno, un anello esterno, un set di sfere e una gabbia. Sigilli o scudi vengono aggiunti per protezione. Ogni elemento offre scelte che cambiano costo, durata, velocità e rumore, quindi un disegno che sembra identico dall'esterno può comportarsi in modo molto diverso in servizio.

Conformità delle piste e complemento delle sfere

Il raggio della scanalatura nei cuscinetti a sfere a gola profonda è generalmente pari a circa il 52% del diametro della sfera. Una scanalatura più stretta aumenta l'area di contatto e aumenta la capacità di carico, ma aumenta anche l'attrito e la sensibilità al disallineamento. La maggior parte dei progetti si avvicina al valore del 52% perché bilancia la capacità con una coppia bassa. L'assemblaggio segue il metodo eccentrico (Conrad). L'anello interno viene spostato su un lato, le sfere vengono caricate nello spazio a forma di mezzaluna, le sfere vengono distribuite uniformemente e la gabbia viene montata. Questo metodo limita il numero di sfere installabili, motivo per cui i cuscinetti a sfere con scanalatura profonda sopportano un carico radiale inferiore rispetto ai modelli con scanalatura di riempimento della stessa dimensione. In cambio, la pista di rotolamento ininterrotta garantisce un funzionamento più fluido e una migliore resistenza assiale.

Tipi di gabbie a confronto

Leggere le designazioni dei cuscinetti a sfere a gola profonda senza congetture

La designazione stampata su un cuscinetto è una specifica compatta. La prima cifra indica il tipo di cuscinetto, dove 6 significa cuscinetti a sfere a gola profonda. La cifra successiva fornisce la serie dimensionale (serie di larghezza e diametro combinate). Le ultime due cifre danno la noia. Dal codice 04 in su, moltiplicare per 5 per ottenere l'alesaggio in millimetri, quindi 05 significa 25 mm, 08 significa 40 mm e 12 significa 60 mm. Quattro codici infrangono questa regola: 00 equivale a 10 mm, 01 equivale a 12 mm, 02 equivale a 15 mm e 03 equivale a 17 mm.

Scelta tra le serie 69, 60, 62, 63 e 64 con lo stesso alesaggio

Molte dimensioni di albero accettano diversi cuscinetti a sfere a gola profonda con diametri esterni diversi. Il passaggio a una serie più pesante aumenta le dimensioni e la larghezza della sfera, con conseguente aumento della capacità di carico, ma aumenta anche la massa, l'attrito e lo spazio richiesto nell'alloggiamento. La tabella seguente confronta cinque serie con alesaggio da 25 mm. I valori sono cifre di riferimento tipiche a livello di catalogo; confermare rispetto al disegno approvato prima della progettazione definitiva.

Dalla serie 69 alla serie 64 la capacità dinamica aumenta di oltre cinque volte, mentre la velocità limite si dimezza all'incirca. Questo compromesso guida la logica della selezione. Scegli le serie 69 o 60 dove lo spazio è limitato e i carichi sono leggeri. Scegli la serie 62 come predefinita a tutto tondo. Passare alla serie 63 o 64 quando la durata calcolata di una serie 62 è troppo breve o quando sono previsti carichi d'urto.

Dimensioni di riferimento della serie 60

La serie 60 è ampiamente utilizzata nei motori degli elettrodomestici, negli utensili elettrici e nei riduttori compatti. La tabella elenca le dimensioni comunemente richieste.

Indici di carico, durata L10 e cosa significano in ore

Su ogni scheda tecnica dei cuscinetti a sfere a gola profonda vengono visualizzati due coefficienti di carico. Il coefficiente di carico dinamico di base Cr è il carico radiale costante al quale un gruppo di cuscinetti identici raggiunge una durata nominale di un milione di giri. Il coefficiente di carico statico di base C0r è il carico che produce una deformazione permanente nel contatto più carico, pari a circa 0,0001 volte il diametro della sfera. La valutazione dinamica governa la durata a fatica. La valutazione statica regola il carico d'urto e di arresto.

Trovare il carico equivalente P

Quando agisce solo la forza radiale, P è uguale a Fr. Quando è presente la forza assiale, confrontare Fa/Fr con il fattore e. Se Fa/Fr non è maggiore di e, allora P = Fr. Altrimenti P = 0,56 Fr Y Fa. I fattori e e Y dipendono dal rapporto f0·Fa/C0r, dove f0 è un fattore di calcolo elencato nei dati del prodotto.

Come il carico cambia la vita: un esempio del 6205

Il grafico traccia le L10 ore calcolate per un cuscinetto 6205 (Cr = 14,0 kN) funzionante a 1500 giri/min. Poiché la vita segue una relazione cubica, un piccolo aumento del carico riduce drasticamente la vita. Raddoppiando il carico equivalente da 2 kN a 4 kN si riduce la durata di un fattore otto, da circa 3.800 ore a circa 480 ore. L'asse verticale è logaritmico.

Limiti di velocità, coppia di attrito e aumento della temperatura

La capacità di velocità dei cuscinetti a sfere con gola profonda dipende dalle dimensioni, dalla gabbia, dal lubrificante e dalla tenuta. Il fattore di velocità dm·n, che è il diametro primitivo in mm moltiplicato per giri/min, è un numero di confronto conveniente. I modelli con gabbia in acciaio lubrificata a grasso normalmente funzionano fino a 400.000 - 600.000 mm·r/min. Nebbia d'olio, precarico leggero e qualità di precisione più elevate possono aumentare significativamente tale cifra.

Stima dell'attrito e del calore

La coppia di attrito dipendente dal carico dei cuscinetti radiali a sfere può essere stimata come M = 0,5 × μ × P × d, dove μ è il coefficiente di attrito (circa 0,0015 per questo tipo di cuscinetto), P è il carico equivalente e d è il diametro del foro. Per un 6205 che trasporta 1,4 kN, M ≈ 0,5 × 0,0015 × 1400 N × 0,025 m ≈ 0,026 N·m. A 3000 giri/min, ciò rappresenta circa 8 W di calore derivante dall'attrito correlato al carico. La resistenza delle guarnizioni e lo sbattimento del grasso si aggiungono al totale, motivo per cui i cuscinetti sigillati sono più caldi di quelli aperti alla stessa velocità.

Una temperatura operativa stabile è solitamente compresa tra 20 e 40 °C al di sopra della temperatura ambiente. La temperatura che continua a salire dopo la prima ora di funzionamento indica un ingrassaggio eccessivo, un gioco insufficiente, una guarnizione grippata o un disallineamento.

Gioco interno e accoppiamenti per cuscinetti a sfere a gola profonda

Il gioco interno radiale è la distanza totale che un anello può percorrere rispetto all'altro in direzione radiale prima del montaggio. Gli accoppiamenti con interferenza sull'anello interno espandono l'anello e il gradiente di temperatura tra gli anelli riduce ulteriormente il gioco. Di norma il gioco operativo si riduce di circa il 70-80% dell'interferenza effettiva sulla sede dell'anello interno. Un cuscinetto che dispone di un comodo spazio libero sul banco può quindi funzionare quasi senza alcuno spazio una volta montato.

Valori tipici di gioco radiale per cuscinetti radiali rigidi a sfere conformi ai gruppi ISO 5753. Verificare rispetto al disegno per il progetto specifico.

Linee guida per l'adattamento di alberi e alloggiamenti

Gradi di precisione e accuratezza di marcia

Il grado di precisione controlla la tolleranza dimensionale e la precisione di funzionamento. La maggior parte dei cuscinetti a sfere a gola profonda sono forniti nella classe P0 (normale). Le classi superiori P6, P5, P4 e P2 serrano la deviazione del foro, l'eccentricità radiale e l'eccentricità frontale. I valori seguenti si applicano alla gamma di fori da 18 a 30 mm.

Sigilli, scudi e livelli di protezione

La chiusura sui cuscinetti a sfere a gola profonda determina per quanto tempo il grasso rimane all'interno e per quanto tempo i contaminanti rimangono all'esterno. La scelta influisce sulla velocità, sulla coppia e sulla durata utile più di quanto la maggior parte degli utenti si aspetti.

Scelte di lubrificazione per cuscinetti a sfere a gola profonda

Il grasso riempito in fabbrica è il lubrificante più comune per i cuscinetti a sfere a gola profonda perché mantiene la progettazione semplice ed evita i circuiti dell'olio. Il grasso giusto dipende dalla temperatura, dalla velocità e dall'esposizione all'acqua o alle sostanze chimiche.

È tipico riempire lo spazio libero dal 30 al 50%. I cuscinetti ad alta velocità di solito funzionano meglio con il limite inferiore di tale intervallo, poiché troppo grasso aumenta le perdite per sbattimento e la temperatura. I cuscinetti a sfere a gola profonda sigillati sono riempiti a vita e non devono essere ingrassati nuovamente. I cuscinetti aperti necessitano di rifornimento periodico. La regola pratica è che la durata del grasso si dimezza ogni 15 °C sopra i 70 °C, come mostra il grafico.

Opzioni di materiale e superficie

I cuscinetti a sfere a gola profonda standard utilizzano acciaio al cromo ad alto contenuto di carbonio GCr15, equivalente a SAE 52100. Per ambienti speciali, altri materiali scambiano durezza e capacità con resistenza alla corrosione, risparmio di peso o isolamento elettrico.

Varianti speciali di cuscinetti a sfere a gola profonda

Dove ogni specifica funziona meglio

La tabella raccoglie le specifiche iniziali tipiche delle macchine comuni. La selezione effettiva deve essere confermata dai calcoli del carico, della velocità e dell'ambiente.

Come vengono prodotti e ispezionati i cuscinetti a sfere a gola profonda

L'uniformità dei cuscinetti a sfere a gola profonda deriva dal controllo del processo in ogni fase. Il flusso riportato di seguito segue un tipico percorso di fabbrica dalla materia prima all'imballaggio per l'esportazione.

Elementi di ispezione

Opzioni di personalizzazione per cuscinetti a sfere a gola profonda

Quando una parte standard non soddisfa i requisiti specifici della macchina, i cuscinetti radiali a sfere possono essere adattati in diverse aree senza riprogettare l'intero cuscinetto.

Montaggio corretto dei cuscinetti a sfere a gola profonda

La maggior parte dei primi fallimenti sono riconducibili al montaggio piuttosto che alla produzione. Questi passaggi risolvono gli errori più frequenti.

Diagnosi dei guasti nei cuscinetti a sfere a gola profonda

Lista di controllo delle specifiche per cuscinetti a sfere a gola profonda

Raccogliere i seguenti dettagli all’inizio abbrevia il processo di selezione ed evita ripetute revisioni.

Domande frequenti sui cuscinetti a sfere a gola profonda