Quali fattori solitamente limitano la velocità massima dei cuscinetti a sfere a gola profonda in PU

Fattori limitanti professionali della velocità limite di Cuscinetti a sfere a gola profonda in PU

I cuscinetti a sfere a gola profonda in PU (poliuretano) sono ampiamente utilizzati in applicazioni specifiche grazie alle loro eccellenti proprietà di riduzione delle vibrazioni e del rumore e alla resistenza all'usura. Tuttavia, rispetto ai tradizionali cuscinetti interamente in acciaio, la loro velocità limite è generalmente soggetta a restrizioni più severe a causa delle proprietà dello strato esterno in PU. L'analisi professionale mostra che la velocità limite dei cuscinetti a sfere a gola profonda in PU è determinata principalmente dai seguenti quattro fattori.

Limitazioni termodinamiche dei materiali PU

Il principale fattore limitante dei cuscinetti radiali a sfere in PU risiede nella sensibilità del materiale poliuretanico al calore e alla temperatura.

1. Generazione di calore per attrito e accumulo di temperatura

Quando un cuscinetto funziona ad alta velocità, il calore viene generato dall'attrito tra gli elementi volventi e le piste, nonché dalla deformazione elastica e dal recupero dello strato esterno in PU. Nei cuscinetti a sfere a gola profonda in PU, lo strato esterno in PU è un cattivo conduttore di calore e la sua efficienza di dissipazione del calore è di gran lunga inferiore a quella di un anello esterno in metallo.

Effetto di accumulo di calore: il calore generato è difficile da dissipare rapidamente, causando un brusco aumento della temperatura operativa complessiva del cuscinetto.

Ammorbidimento della temperatura: le proprietà meccaniche dei materiali PU (in particolare il poliuretano termoplastico (TPU)) sono altamente sensibili alla temperatura. Una volta superata la temperatura di transizione vetrosa o la temperatura di deflessione termica specifica (tipicamente molto inferiore a quella dell'acciaio), la durezza, il modulo elastico e la capacità di carico dello strato esterno in PU diminuiranno rapidamente.

Deformazione permanente: le alte temperature accelerano anche l'invecchiamento termico e la deformazione permanente del materiale PU, portando a una ridotta precisione del profilo dell'anello esterno, esacerbando ulteriormente le vibrazioni e l'attrito, creando un circolo vizioso che alla fine porta al cedimento dei cuscinetti e limita il funzionamento ad alta velocità.

2. Resistenza al calore adesivo

Anche la forza di adesione tra lo strato esterno in PU e l'anello interno del cuscinetto in acciaio è sensibile alla temperatura. Le alte temperature possono causare cedimenti dell'adesivo, distaccamento o distacco del PU. Una volta che lo strato esterno in PU si separa dall'anello in acciaio, il cuscinetto perderà completamente la sua capacità operativa. Pertanto, la temperatura massima di esercizio dell'adesivo diventa uno dei colli di bottiglia che limitano la velocità massima del cuscinetto.

Sollecitazione dinamica e proprietà elastiche

Sebbene le proprietà elastiche dei materiali PU offrano vantaggi di smorzamento delle vibrazioni, diventano un importante limitatore di velocità in condizioni di stress dinamico elevato.

1. Isteresi elastica e perdita di energia

Lo strato esterno in PU subisce una deformazione elastica sotto carico. Durante la laminazione continua ad alta velocità, questa deformazione elastica e il recupero avvengono ad alte frequenze. Il poliuretano presenta un significativo effetto di isteresi, il che significa che durante il processo di deformazione e recupero si perde energia, che viene tutta convertita in calore.

Moltiplicazione del calore: all’aumentare della velocità, aumenta la frequenza di deformazione, portando ad un aumento non lineare della perdita di energia e della generazione di calore. Questa è un'altra importante fonte di accumulo di calore interno, che limita direttamente il limite di velocità superiore.

2. Forza centrifuga e deformazione

Nei cuscinetti a sfere radiali rigidi in PU di medie e grandi dimensioni, la forza centrifuga sullo strato esterno in PU aumenta significativamente a velocità estremamente elevate. Sebbene la densità del materiale PU sia inferiore a quella dell'acciaio, le elevate forze centrifughe possono causare espansione radiale o scorrimento nell'anello esterno.

Problemi di stabilità dimensionale: questa deformazione può compromettere l'adattamento preciso tra il cuscinetto e il foro di montaggio, determinando un funzionamento instabile del cuscinetto, un aumento delle vibrazioni e persino il possibile disimpegno del cuscinetto dalla sede di montaggio, limitando la velocità di sicurezza dal punto di vista della progettazione meccanica.

Progettazione e lubrificazione dei cuscinetti interni in acciaio

La velocità massima di un cuscinetto a sfere a gola profonda in PU è limitata anche dalla progettazione e dalla manutenzione del cuscinetto interno in acciaio.

1. Spazio interno e gabbia

I cuscinetti a sfere a gola profonda in PU si basano generalmente su design standard dei cuscinetti a sfere a gola profonda. Il gioco radiale interno e il tipo di gabbia influiscono direttamente sulla velocità massima.

Selezione del gioco: durante il funzionamento ad alta velocità, la temperatura dei cuscinetti aumenta, provocando l'espansione dell'anello interno in acciaio e degli elementi volventi, con conseguente riduzione del gioco. Un gioco non corretto (ad esempio un gioco C2 troppo piccolo) può causare grippaggi a temperature elevate. Pertanto, è necessario selezionare un grado di sicurezza adatto alle alte velocità.

Materiale della gabbia: le velocità massime delle gabbie in acciaio e in plastica (come il nylon) differiscono. Le gabbie in nylon tendono ad ammorbidirsi e deformarsi alle alte temperature, limitando ulteriormente la velocità massima del cuscinetto.

2. Lubrificante e metodo di lubrificazione

La velocità massima di un cuscinetto a sfere con gola profonda in PU è limitata anche dalle condizioni di lubrificazione.

Durata del grasso: il grasso nei cuscinetti prelubrificati si ossida e si decompone rapidamente alle alte temperature, riducendo la durata del grasso, portando a problemi di lubrificazione e a un forte aumento dell'attrito. Pertanto, la velocità deve essere rigorosamente controllata entro l'intervallo massimo di temperatura operativa del grasso.

Carichi esterni e condizioni operative

Le condizioni esterne hanno un impatto globale sulla velocità massima dei cuscinetti in PU.

1. Carichi radiali e assiali

Il carico dinamico equivalente sopportato dal cuscinetto è un fattore chiave nel determinare la velocità ammissibile.

Limite di carico elevato: carichi più elevati aumentano lo stress da contatto tra gli elementi volventi e le piste, aumentando la deformazione elastica dello strato esterno in PU e generando più calore. Per evitare un rapido affaticamento o danni allo strato esterno in PU dovuti a sollecitazioni eccessive, la velocità massima deve essere ridotta di conseguenza.

2. Ambiente di dissipazione del calore

La temperatura ambiente e le condizioni di dissipazione del calore di un cuscinetto influiscono direttamente sul suo campo operativo stabile. In condizioni di temperatura ambiente elevata, il margine di aumento della temperatura del cuscinetto diminuisce e la velocità deve essere ridotta per evitare surriscaldamenti e guasti. Una buona progettazione della dissipazione del calore (come strutture metalliche circostanti o raffreddamento ad aria forzata) può aumentare la velocità consentita in una certa misura.