Scelta di cuscinetti per ventilatore centrifugo

R

In cui

N = perdita di potenza, W

R

M = momento d’attrito totale nel cuscinetto, N mm

n = velocità di rotazione, giri/min

la perdita di potenza nel cuscinetto 22216 EK espressa in Watt risulta

-4

N = 1.05 x 10 2707 x 1250 = 355 W

R 74

8. NUOVA TEORIA DELLA DURATA SKF

8.1 Nuova formula SKF della durata

In determinate applicazioni, la durata nominale o di base degli attuali

cuscinetti di elevata qualità può scostarsi anche significativamente dalla

reale durata di esercizio. La durata di esercizio in alcune applicazioni è

infatti influenzata da numerosi fattori, inclusi lubrificazione grado di

contaminazione, disallineamento, installazione adeguata e condizioni

ambientali.

Pertanto la norma ISO 281:1990/Amd 2:2000 contiene una formula della

durata di base. Tale formula introduce un fattore correttivo che tiene

conto delle condizioni di lubrificazione e contaminazione dei cuscinetti e

del limite di fatica del materiale. La norma ISO 281:1990/Amd 2:2000

introduce anche clausole per i costruttori di cuscinetti affinché

raccomandino un metodo adeguato per calcolare il fattore correttivo della

durata di un cuscinetto sulla base delle condizioni di funzionamento. Il

adotta il concetto di carico

fattore correttivo della durata di SKF a SKF

analogo a quello utilizzato per calcolare altri

limite di fatica P

u

componenti delle macchine. I valori del carico limite di fatica sono

utilizza

riportati nelle tabelle dei prodotti. Inoltre, il fattore correttivo a SKF h

le condizioni del lubrificante (rapporto di viscosità k) e un fattore per

c

il livello di contaminazione che riflettono le condizioni operative

dell’applicazione.

La formula della durata SKF è conforme alla ISO 281:1990/Amd 2:2000

p

æ ö

C

= ç ÷

L a a

nm SKF

1 è ø

P

Se la velocità è costante, la durata può essere espressa in ore di

funzionamento, secondo la formula

1000000

=

L L

nmh nm

60 n

In cui

L 1)

= durata SKF (affidabilità 100-n %), milioni di giri

nm

L 1)

= durata SKF (affidabilità 100-n %), ore di funzionamento

nmh

a = fattore correttivo della durata relativo all’affidabilità (vedi tabella 1)

1 75

a = fattore correttivo della durata SKF

SKF

C = coefficiente di carico dinamico, N

P = carico dinamico equivalente sul cuscinetto, N

n = velocità di rotazione, giri/min

p = esponente della formula della durata

p= 3 per cuscinetti a sfere

P= 10/3 per cuscinetti a rulli

· Fattore correttivo a

SKF

Come citato, questo fattore rappresenta la relazione tra il rapporto del

carico limite di fatica (P /P), le condizioni della lubrificazione (rapporto

u ). I valori

di viscosità k) e il livello di contaminazione del cuscinetto (h c

del fattore a possono essere ottenuti da quattro diagrammi (da pag 54 a

SKF

pag 57 nuovo catalogo generale SKF), a seconda del tipo di cuscinetto, in

h (P /P) per i cuscinetti SKF standard e SKF Explorer e per

funzione di c u

differenti valori del rapporto di viscosità k.

h

· per la contaminazione

Fattore c

Questo fattore è stato introdotto per prendere in considerazione il grado di

contaminazione del lubrificante nel calcolo della durata dei cuscinetti.

L’influenza della contaminazione sulla fatica dipende da vari parametri,

quali le dimensioni dei cuscinetti, lo spessore relativo della pellicola

lubrificante, la grandezza, la distribuzione e il tipo delle particelle solide

contaminanti, se morbide o dure ecc. Tali parametri influiscono sulla

durata in modo piuttosto complesso e molti di essi sono difficili da

h che

quantificare. E’ quindi impossibile attribuire valori precisi a c

abbiano validità universale. Si possono comunque dare alcuni valori

indicativi (pag 62 catalogo generale SKF). h

Per una lubrificazione a grasso, si può determinare il fattore anche se

c

la contaminazione può essere difficile da misurare e viene quindi definita

più semplicemente in modo qualitativo. A pag 67 catalogo generale SKF,

h per una

i diagrammi 10 e 11 forniscono valori tipici del fattore c

lubrificazione a grasso, in condizioni di lavoro di estrema pulizia e di

pulizia normale.

Con i dati dell’applicazione in possesso:

· Livello di pulizia normale

· Rapporto di viscosità k = 2.82

· = 110 mm

Diametro medio cuscinetto d m 76

Risulta (dalla tabella 11 pag 67 nuovo catalogo generale SKF) un fattore

h =

di contaminazione 0.75

c

Per determinare il valore del fattore a è necessario calcolare il prodotto

SKF

P

h u

c P

Valore che si ritrova sull’asse delle ascisse del diagramma 2 (pag. 55 del

nuovo catalogo SKF) necessario per la determinazione del fattore a SKF

In cui

P = carico limite di fatica, N

u per ciascun cuscinetto sono indicati nelle tabelle dei

I valori di P

u risulta pari a

cataloghi. Per il cuscinetto SKF 22216 EK il valore di P

u

29000 N (pag. 718 del nuovo catalogo SKF). 77

Per cui risulta: P 29000

h = =

u 0 . 96

0 .

75

c P 22540 78

79

La maggior parte dei cuscinetti orientabili a rulli, sono stati realizzati ad

oggi nella versione Explorer (e divenuti quindi lo standard SKF) ed

inseriti nel nuovo catalogo generale SKF.

Il cuscinetto adottato in questo studio (SKF 22216 EK) risulta anch’esso

realizzato nella versione Explorer, pertanto nel diagramma 2 (pag. 55 del

nuovo catalogo SKF) si farà riferimento alla scala “Cuscinetti SKF

.

Explorer” per la determinazione del fattore a SKF 80

>

Dal diagramma risulta un valore del fattore a 50 (il valore non è

SKF

compreso nella scala). Occorre a questo punto fare una precisazione: i

diagrammi sono stati impostati per valori tipici e fattori di sicurezza del

tipo normalmente associato con i limiti di fatica relativi ad altri

componenti meccanici. Considerando la semplificazione dei risultati

ottenuti con la formula della durata SKF non ha senso usare valori di a SKF

superiori a 50, anche se le condizioni di funzionamento sono note con

precisione. = 50

Per cui sarà adottato il valore di a SKF

La nuova durata del cuscinetto alla luce della nuova teoria della vita SKF

risulta: 10

p

æ ö æ ö

C 207000 3

= = × × =

ç ÷ ç ÷ 81100 ,

5

L a a 1 50

nm SKF

1 è ø è ø

P 22540

Milioni di giri

La stessa durata espressa in ore di funzionamento risulta:

1000000

= =

L L 1 .

081 . 340 ore

nmh nm

60 n 81

8.2 Cuscinetti SKF Explorer

SKF Explorer è una nuova classe di cuscinetti volventi ad elevate

prestazioni, cioè cuscinetti obliqui a sfere, cuscinetti a rulli cilindrici ecc.

che assicurano un miglioramento sostanziale dei parametri operativi

rilevanti per il tipo di cuscinetto e le sue applicazioni tipiche. Questo

nuovo livello di prestazioni eccellenti rappresenta un mix tra il know-how

di applicazione SKF e la sua esperienza nei settori di tribologia, sviluppo

dei materiali, ottimizzazione della progettazione e produzione. Grazie a

tecniche analitiche e di modellazione d’avanguardia supportate da prove

tecniche, gli ingegneri della SKF hanno potuto dimostrare che i cuscinetti

Explorer SKF sono effettivamente in grado di ottimizzare

considerevolmente i parametri operativi. In base al tipo di cuscinetto ed

all’applicazione, questi parametri comprendono rumorosità, vibrazioni,

durata operativa, stabilità dimensionale, capacità di sopportare carichi

dinamici e produzione di calore (momento d’attrito). Poiché questi

parametri non sono idoneamente integrati nei calcoli di durata

standardizzati, la durata dei cuscinetti Explorer SKF viene calcolata

utilizzando fattori modificati, che tengono conto dei parametri operativi

chiave. I cuscinetti Explorer SKF sono intercambiabili con i cuscinetti

SKF standard dello stesso tipo e misura. Questi cuscinetti sono riportati

nelle tabelle dei prodotti corrispondenti e sono evidenziati con un

asterisco (*) davanti all’appellativo. 82

9. DANNEGGIAMENTI DEI CUSCINETTI E LORO CAUSE

9.1 Tracce di lavoro e relativa interpretazione

Quando un cuscinetto ruota sotto carico, le superfici di contatto dei corpi

volventi e delle piste tendono a diventare leggermente opache. Questo

non è un indizio di usura nel senso usuale della parola e non ha

importanza ai fini della durata. La superficie opaca sulla superficie

dell’anello interno e di quello esterno rappresenta quella che si definisce

traccia di lavoro; tale traccia varia di aspetto a seconda delle condizioni di

rotazione e di carico, condizioni che si possono valutare esamindola su un

cuscinetto smontato. E’ quindi utile saper distinguere tra le tracce di

lavoro normali e quelle anormali per potersi rendere conto se il cuscinetto

ha funzionato correttamente o meno.

Nella maggioranza dei casi il danneggiamento di un cuscinetto ha origine

nell’ambito delle tracce di lavoro e quindi, una volta imparato a

conoscere le particolarità di queste ultime si ha a disposizione un mezzo

efficace di diagnosi. Come esempio viene illustrata nella figura 1 la

traccia di lavoro normale di un cuscinetto radiale a sfere in condizione di

carico radiale di direzione costante, anello interno rotante – anello esterno

fermo.

Anello interno: traccia di lavoro di larghezza costante, centrata rispetto

alla pista ed estesa lungo tutta la circonferenza di questa.

Anello esterno: traccia di lavoro più larga nella zona sotto il carico e via

via più ristretta sotto le estremità. Con accoppiamenti e gioco normali, la

traccia si estende su un arco leggermente inferiore alla semicirconferenza

della pista. Nella

figura 2

viene

illustrata la traccia di lavoro anormale di un cuscinetto radiale a sfere in

condizione di carico radiale di direzione costante + squilibrio. Anello

interno rotante – anello esterno che si muove lentamente

nell’alloggiamento. 83

Anello interno ed esterno: traccia di lavoro di larghezza uniforme,

estesa su tutta la circonferenza delle piste di entrambi gli anelli.

9.2 Tipi di danneggiamento di un cuscinetto

In un cuscinetto ogni causa di cedimento dà luogo a un danneggiamento

caratteristico, noto come danneggiamento primario; questo a sua volta

provoca un danneggiamento, detto secondario, costituito da sfaldature e

da fessure. Anche il danneggiamento primario può esigere che si debba

scartare un cuscinetto a causa del sopraggiungere di un eccessivo gioco

interno, di vibrazion