Come scegliere il cuscinetto orientabile a rulli giusto per le attrezzature per carichi pesanti

Un trasportatore terrestre lungo 1,6 km in una miniera di rame in Cile perdeva il cuscinetto della puleggia di coda ogni sei settimane. Il cuscinetto a sfere a gola profonda originale funzionava a 180 giri/min con un carico radiale misurato di 320 kN e l'albero era fuori linea di 1,4 gradi sul lato conduttore. La sostituzione è un cuscinetto orientabile a rulli 22320 e la posizione è ora operativa da due anni consecutivi con lo stesso programma di lubrificazione. Questa sequenza decisionale è ciò che documenta questa guida, seguendo la pratica di selezione che Shanghai Yinin Bearing & Transmission Company applica alla sua gamma di cuscinetti orientabili a rulli, dalla serie compatta 21300 fino alla serie pesante 24100.

Inizia con il profilo di carico, non con il numero di serie

Il carico radiale determina la dimensione del cuscinetto; il livello di shock determina la serie. Un cuscinetto orientabile a rulli è un cuscinetto volvente a doppia fila con rulli a forma di botte che scorrono su una pista esterna sferica, che consente all'albero di funzionare con un disallineamento angolare fino a circa 2 gradi mentre trasporta pesanti carichi radiali e assiali combinati in entrambe le direzioni.

Calcolare il carico dinamico equivalente sul cuscinetto P prima di aprire qualsiasi catalogo. Per un carico radiale Fr e un carico assiale Fa combinati, utilizzare l'equazione standard P = X x Fr Y x Fa, dove X e Y sono i fattori pubblicati per ciascuna serie di cuscinetti. Quindi moltiplicare il carico a regime per un fattore di servizio prima di confrontarlo con il coefficiente di carico dinamico C: utilizzare 1,5-2,0 per nastri trasportatori, ventilatori e riduttori e 2,0-3,0 per frantoi, vagli e presse. In particolare i vagli vibranti espongono i cuscinetti ad accelerazioni di picco di 4-5 g, che un calcolo del carico statico non rivela mai.

Una volta noto P, la durata nominale di base deriva da L10 = (C/P)^(10/3) milioni di giri. L'esponente 10/3 è la pendenza Weibull per gli elementi a rulli a contatto lineare, inferiore all'esponente 3 utilizzato per i cuscinetti a sfere, quindi i cuscinetti a rulli sono più sensibili alle piccole variazioni di carico. La tabella seguente mostra perché la scelta della serie è importante: si tratta di coefficienti di carico dinamico indicativi per quattro serie di cuscinetti orientabili a rulli sullo stesso albero da 100 mm.

Per servizio di trasporto standard e shock moderato, pratica comune in attrezzature per l'edilizia e l'estrazione mineraria è iniziare con la serie 22200, che offre il miglior rapporto tra capacità di carico e dimensioni della busta.

Cuscinetti orientabili a rulli serie 22200 per uso industriale pesante Questa serie offre un rapporto equilibrato tra capacità di carico e dimensioni, rendendola una pratica prima scelta per le attrezzature di trasporto e minerarie. Il suo design autoallineante gestisce il disallineamento e i carichi assiali moderati in entrambe le direzioni. Visualizza il prodotto →

Abbina velocità, temperatura e design della gabbia

La velocità limite di un cuscinetto orientabile a rulli è determinata dalla geometria della gabbia e dalla massa del rullo, non solo dal diametro del foro. Un 22220 lubrifica fino a circa 2.400 giri/min, un 23120 raggiunge circa 2.800 giri/min e un 22320 si ferma vicino a 1.800 giri/min perché i suoi rulli più grandi generano più forza centrifuga.

Quando la velocità operativa supera circa il 70% della velocità limite, passare dalla gabbia standard in acciaio stampato a una gabbia in ottone lavorato. L'ottone funziona a temperature più basse, sopravvive meglio alla lubrificazione marginale e tollera le temperature più elevate riscontrate nelle acciaierie e nei cementifici.

La temperatura stabilisce il secondo limite. I cuscinetti standard funzionano da -30 °C a 120 °C; con gli anelli termostabilizzati gli stessi cuscinetti funzionano fino a 200 °C, ma il gioco interno selezionato deve essere aperto per assorbire la differenza di dilatazione tra albero, anello e alloggiamento. Per alberi rotanti di grandi dimensioni in ventilatori, pompe e generatori, dove la velocità conta più del carico finale, la serie 23000 è il punto di partenza corretto.

Cuscinetto orientabile a rulli serie 23000 per alberi rotanti ad alta velocità Progettato per alberi di grandi dimensioni in ventilatori, pompe e generatori, questo cuscinetto dà priorità alla velocità rispetto al carico massimo. Si autoallinea per compensare la deflessione dell'albero e supporta carichi radiali pesanti in condizioni difficili. Visualizza il prodotto →

Impostare correttamente il gioco interno e la lubrificazione

I cuscinetti orientabili a rulli si guastano più per gioco errato e scarsa lubrificazione che per sovraccarico naturale. Selezionare il gioco interno radiale prima di confermare l'accoppiamento. Un accoppiamento stretto dell'albero consuma il 60-80% del margine di interferenza del gioco montato e l'operatore non può vedere la perdita finché l'alloggiamento non inizia a surriscaldarsi.

• Classe CN: quella predefinita per macchine continue con allestimento da leggero a normale, come motori elettrici e ventilatori.
• Classe C3: preferita per cuscinetti montati a induzione, presse e ogni posizione con un gradiente di temperatura superiore a 10 °C tra gli anelli interno ed esterno.
• Classe C4: riservata a forni, essiccatoi e altre posizioni ad alto calore in cui l'anello esterno diventa più caldo dell'albero.

Per la lubrificazione a grasso, scegliere un grasso la cui viscosità dell'olio base corrisponda alla velocità e alla temperatura: generalmente ISO VG 220 per cuscinetti con alesaggio di 80-150 mm funzionanti a 60-90 °C e ISO VG 320-460 per sistemi di circolazione dell'olio in laminatoi e presse pesanti. Gli intervalli di rilubrificazione vanno da circa 500 ore di servizio pesante continuo fino a 4.000 ore per posizioni pulite con carico leggero.

Confronta insieme le serie su alesaggio, carico e velocità

La stessa dimensione del foro può sopportare quasi il doppio del carico quando si passa da una serie 22200 a una serie 22300, quindi non congelare mai la serie prima che il diametro dell'albero e la disposizione dell'alloggiamento siano stati fissati. Il confronto seguente è la tabella di selezione utilizzata per la maggior parte delle posizioni industriali pesanti.

Quando il fattore decisivo è la resistenza agli urti e alle vibrazioni, la serie 22300 è la risposta abituale. I suoi rulli sovradimensionati distribuiscono lo stress da contatto su un'area più ampia, che è esattamente ciò che richiede una testata di frantumazione o un piatto di vaglio vibrante. Per i forni e mulini più grandi, le serie 24000 e 24100 rappresentano l'unica soluzione pratica.

Cuscinetto orientabile a rulli serie 22300 per urti e vibrazioni Dotata di rulli sovradimensionati che distribuiscono lo stress da contatto, questa serie è adatta alle teste di frantumazione e ai vagli vibranti. Resiste ai carichi di impatto e al disallineamento riducendo al contempo l'attrito e la generazione di calore in ambienti difficili. Visualizza il prodotto →

Verifica l'idoneità e monitora i segni di problemi

Un cuscinetto è affidabile tanto quanto la sede dell'albero, la sede dell'alloggiamento e la lubrificazione che lo circonda. Prima del montaggio, misurare la rotondità e la conicità di entrambe le sedi: una deviazione superiore a IT5/2 sul perno dell'albero distorcerà l'anello interno e verrà visualizzato come un punto caldo entro la prima ora di funzionamento.

Utilizzare un accoppiamento a pressione sull'anello rotante: per un anello interno rotante, selezionare una tolleranza dell'albero di p6 o r6; per un anello esterno rotante, l'accoppiamento dell'alloggiamento deve essere K7 o M7. Montare con un riscaldatore a induzione e non martellare mai sulla superficie dell'anello. Registrare il gioco interno prima e dopo il montaggio e verificare che la riduzione corrisponda al 60-80% previsto del margine di inserimento a pressione. Dopo la prima ora la temperatura dell'alloggiamento dovrebbe stabilizzarsi nell'intervallo 60-90 °C; una salita oltre i 100 °C significa che la classe di gioco o il lubrificante sono errati.

• Sfaldamento su un lato della pista: disallineamento o foro dell'alloggiamento distorto.
• Segni di slittamento sui rulli: carico insufficiente o accoppiamento radiale troppo leggero.
• Sfregamento sulla sede dell'albero: accoppiamento allentato o albero piegato.
• Grasso scuro e secco sulla gabbia: l'intervallo di rilubrificazione è troppo lungo.

Domande frequenti

Risposte dirette alle domande che sorgono più spesso quando i cuscinetti orientabili a rulli vengono specificati per apparecchiature industriali pesanti.