Appunti di Costruzione di Veicoli Ferroviari - Parte seconda

Descrizione del cuscinetto con distanziale interno

TBUHa un distanziale interno, le tenute, una pista esterna in un pezzo solo, un anello interno lapidellato. Sui labbri di tenuta si gioca la vita del cuscinetto perché le fonti di perdita di energia a causa del riscaldamento sono per attrito con le gabbie e per attrito con le tenute. Queste sono elementi in gomma energizzati da una molla ad elica. La pista interna è fatta in acciaio da cuscinetti e quando manca la lubrificazione la gomma mangia il 100Cr6.

Questa soluzione è particolarmente complicata: c'è una parte conformata in maniera da espellere per forza centrifuga quello che cerca di entrare dentro (flinger), c'è una tenuta a lip, cioè una tenuta strisciante, e poi c'è una tenuta a labirinto che anche se non è ermetica sfrutta la viscosità del lubrificante che non ci passa perché è adesivo. Questa è una soluzione in cui è stato inserito un polymer spacer, ovvero un foglio di plastica.

tra labattuta dell'anello interno e il backing ring che si appoggia sul collarino. Con questo foglio di plastica si evitano i problemi di fretting corrosion non avendo il contatto metallo su metallo.

Gabbia di polimero. Il grafico a fianco rappresenta un test per verificare il surriscaldamento della gabbia. Si fa un periodo di rodaggio con l'olio, poi si toglie l'olio e si vede che la temperatura di una gabbia in acciaio dopo 70 km continua ancora a crescere indefinitamente mentre la temperatura di una gabbia in poliammide in questo test raggiunge 235 °C dopo 600 km. Questo perché la poliammide è un polimero e quindi ha molecole particolarmente lunghe e perciò il suo comportamento cambia notevolmente con la temperatura. L'acciaio invece fino a circa 500°C non ha cambiamento delle caratteristiche meccaniche. È importante che ci sia gioco tra il tappo e la fine dell'asse in modo che il piattello di testa vada a impaccare le piste interne.

L'anello distanziale e il baking ring.

Dimensioni

Le dimensioni dei cuscinetti sono definite in base al diametro del foro. Il diametro esterno del cuscinetto di solito aumenta all'aumentare del diametro interno, ma questo non è sempre vero, ad esempio nelle boccole interne i cuscinetti hanno un diametro interno maggiore perché devono andare sul corpo dell'asse e a quel punto il diametro esterno non segue più questa regola.

CBU

L'alternativa alla CBU sono due cuscinetti separati. Questi sono due cuscinetti separati in configurazione NJ. Qui la spinta assiale è reagita dagli orletti, quindi questo ci fa capire che il cuscinetto a rulli cilindrici è in grado di sopportare anche carichi assiali se ha gli orletti e che per le applicazioni ferroviarie il carico assiale non è un carico prevalente.

Confronto tra quanto slittano i cuscinetti con gabbia in ottone e i cuscinetti con gabbia in polimero.

Cuscinetti sferici

Questa soluzione è

Calcolo dei cuscinetti

I cuscinetti hanno dei rapporti di velocità e dei rapporti di forza che si devono seguire in una certa sequenza. Si ha un pre-test che serve per far distribuire bene il grasso ovunque, cioè per portarlo in temperatura in modo che raggiunga tutte le parti del cuscinetto e fare il rodaggio minimo delle superfici. Tipicamente chi vende il cuscinetto lo vende provato e poi lubrificato: i cuscinetti vengono provati definitivamente dopo aver fatto un primo rodaggio. Questo viene fatto con un olio particolarmente fluido che poi può essere lavato e poi si fa il riempimento con il grasso definitivo. La fase di performance del test ha delle fasi di salita, mantenimento e discesa del carico e della velocità. La velocità di rotazione è negativa e poi positiva per simulare una condizione veramente sfavorevole.

I cuscinetti non si rompono mai perché hanno raggiunto il limite della vita ma perché ci sono stati problemi legati al lubrificante.

fa con la basic rating life, cioè con la classica formula dei cuscinetti che viene convertita in km dato che per un progettista ferroviario la vita in numero di rivoluzioni o in ore non ha alcun senso. La formula ci dice che il 90% dei cuscinetti arriva a quella vita lì. La formula è empirica.

Il progettista ferroviario deve decidere quale deve essere la durata di un cuscinetto. Per un cuscinetto da carro merci la basic rating life è minore di quella di un cuscinetto da locomotiva perché i carri merci passano buona parte della loro vita stando fermi e quindi fanno percorrenze basse e nei carri merci gli intervalli di lubrificazione vengono raggiunti non per kilometraggio ma dopo un certo numero di anni.

Il valore di C/P è dato accoppiando il valore medio della distanza con il diametro delle ruote e dato che P lo sappiamo perché è il carico sul cuscinetto invertendo la formula si trova quanto è C che è il basic dynamic load.

assiale oltre a dividere per 2 c'è un altro 0.5 perché si suppone che la forza laterale venga ripartita in modo uguale sui due cuscinetti. Nella AIR wheelset la forza laterale è reagita solamente dalla coppia di cuscinetti a rulli conici montati ad X e non da quello radiale perciò non si ha il beneficio di avere una forza laterale ripartita su due cuscinetti e quindi per questa sala il calcolo dei cuscinetti non si può fare con la formula semplificata di P che si può usare per le TBU, ma va fatto con la formula completa perché il rapporto tra carico assiale e radiale non è minore della tangente dell'angolo di apertura dei coni.

Inizialmente le soluzioni per la AIR wheelset erano tre possibili.

1. TAROL divisa a metà e montata al rovescio;
2. due cuscinetti a rulli conici classici;
3. due cuscinetti a rulli conici contrapposti montati ad O.

Con il carico equivalente trovato per fare la prova su questi cuscinetti è

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