Perché la dilatazione termica è importante per i cuscinetti?

Quando un albero si riscalda durante il funzionamento, si dilata assialmente. Se entrambi i cuscinetti sono fissati assialmente (di vincolo), la dilatazione crea un precarico interno, aumentando l'attrito e la temperatura. Una corretta disposizione di vincolo/non vincolo consente la dilatazione termica senza danneggiare i cuscinetti.

Che cosa si intende per disposizione di cuscinetti fissi/non fissi?

In una configurazione con cuscinetto di vincolo/non di vincolo, un cuscinetto è fissato assialmente (di vincolo) per posizionare l'albero, mentre l'altro cuscinetto è libero di scorrere assialmente (non di vincolo) per adattarsi alla dilatazione termica. Questa è la configurazione più comune.

Quale valore di CTE devo inserire?

Utilizzare un CTE lineare medio per la classe di materiale esatta nell'intervallo di temperatura effettivo. Il CTE varia con la composizione e la temperatura; i valori generici per famiglia di materiali sono solo esempi approssimativi.

Qual è il grado di espansione tipico?

Un albero in acciaio lungo 1 metro con un aumento di temperatura di 50 °C si dilata di circa 0,6 mm. Questo può sembrare piccolo, ma può generare forze enormi se entrambe le posizioni dei cuscinetti sono fissate assialmente.

La dilatazione differenziale assiale determina l'accoppiamento o il gioco del cuscinetto?

No. La crescita della campata assiale aiuta a dimensionare la capacità di spostamento assiale. L'accoppiamento radiale e il gioco interno del cuscinetto richiedono diametri locali, temperature dell'anello/sede, proprietà dei materiali e la disposizione esatta del cuscinetto.

Strumento di ingegneria gratuito #054

Calcolatore di dilatazione termica dei cuscinetti

Calcolare separatamente le variazioni termiche assiali uniformi dell'albero e dell'alloggiamento e la loro differenza con segno. Immettere le lunghezze effettive, i valori CTE medi e le variazioni di temperatura.

δ = L × α × ΔTRiscaldamento/raffreddamento con segnoNessuna selezione automatica del cuscinetto

Risultati

Espansione assiale dell'albero δ_albero

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Espansione assiale dell'alloggiamento δ_alloggiamento

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Espansione differenziale

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Formula di dilatazione termica

L — lunghezza iniziale effettiva (mm)
α — CTE lineare medio sull'intervallo indicato (μm/(m·K), numericamente ×10⁻⁶/K)
ΔT — variazione di temperatura con segno rispetto allo stato di riferimento (differenza in K o °C)

Inserimento del CTE

Il CTE dipende dal grado del materiale e dalla temperatura. Ricavare un valore medio sull'intervallo effettivo da dati controllati sul materiale anziché scegliere una generica classe di materiali.

Disposizione di posizionamento/non posizionamento

ℹ️ Un supporto di posizionamento/non di posizionamento può compensare lo spostamento assiale dovuto alla crescita termica relativa di albero e alloggiamento, ma la corsa necessaria e il tipo di cuscinetto devono essere selezionati in base ai carichi, agli accoppiamenti, alle tolleranze e ai dati del produttore dell'insieme completo.

Il supporto libero (non di vincolo assiale) deve compensare la variazione assiale relativa, poiché lunghezze, temperature e coefficienti di dilatazione termica (CTE) possono differire.

Utilizzare il coefficiente di dilatazione termica lineare medio (CTE) per l'esatto grado di materiale sull'effettivo intervallo di temperatura; il CTE varia con la temperatura e la composizione chimica.

Sì. Un ΔT negativo rappresenta un raffreddamento e produce una contrazione.

No. Riporta esclusivamente la dilatazione assiale con segno. La scelta della disposizione richiede carichi, accoppiamenti, tolleranze, corsa assiale disponibile e dati del costruttore.

No. L'accoppiamento radiale e il gioco interno richiedono i diametri locali, le temperature degli anelli/sedi e l'esatta geometria del cuscinetto.

Le procedure descritte in questa pagina sono state sviluppate e collaudate sul campo dal team Vibromera utilizzando il Balanset-1A, un bilanciatore portatile a due canali e analizzatore di vibrazioni per l'equilibratura dei rotori in loco.