Calcolatore della capacità di carico del cuscinetto
Calcola il carico dinamico critico del cuscinetto e la durata L10
Parametri di calcolo
Basato su ISO 281 e sugli standard dei produttori di cuscinetti
Risultati del calcolo
—
—
—
—
—
Raccomandazioni per la selezione dei cuscinetti:
Come funziona la calcolatrice
Standard di riferimento
Standard internazionali:
- ISO 281:2007 – Cuscinetti volventi — Valori di carico dinamico e durata nominale
- ISO/TS 16281 – Metodi per il calcolo della durata di riferimento modificata
- ANSI/ABMA Std 9 – Valori di carico e durata a fatica per cuscinetti a sfere
- ANSI/ABMA Std 11 – Valori di carico e durata a fatica per cuscinetti a rulli
Carico dinamico di base
Il carico dinamico di base C viene calcolato utilizzando:
dove:
- C — carico dinamico di base (N)
- P — carico dinamico equivalente del cuscinetto (N)
- fl — fattore vita
- fT — fattore di temperatura
- a1 — fattore di affidabilità
Carico dinamico equivalente
Per carichi radiali e assiali combinati:
dove X e Y sono fattori che dipendono dal rapporto Fa/Fr e dal tipo di cuscinetto.
Calcolo del fattore di vita
Il fattore vita si calcola a partire dalla vita richiesta:
dove p = 3 per i cuscinetti a sfere e p = 10/3 per i cuscinetti a rulli.
Effetti della temperatura
La temperatura di esercizio influisce sulla capacità portante:
- Fino a 150°C (302°F): fT = 1,0
- 200°C (392°F): fT = 0,90
- 250°C (482°F): fT = 0,75
- 300°C (572°F): fT = 0,60
Guida alla selezione del tipo di cuscinetto
- Cuscinetti a sfere: Alte velocità, carichi moderati, basso attrito
- Rullo cilindrico: Carichi radiali elevati, velocità moderate
- Rullo sferico: Carichi pesanti, capacità di disallineamento
- Rullo conico: Carichi combinati, elevata rigidità
- Rullo ad aghi: Carichi radiali elevati, design compatto
Considerazioni importanti
- Considerare sempre i fattori di sicurezza per le applicazioni critiche
- Tenere conto dei carichi d'urto e delle vibrazioni
- Una corretta lubrificazione è essenziale per raggiungere la durata calcolata
- La contaminazione può ridurre significativamente la durata dei cuscinetti
- Considerare la disposizione dei cuscinetti (fissi/flottanti) per l'espansione termica
Esempi di utilizzo e guida alla selezione del valore
Esempio 1: cuscinetto del motore elettrico
Scenario: Motore da 30 kW con trasmissione a cinghia
- Tipo di cuscinetto: Cuscinetto a sfere (a gola profonda)
- Carico radiale: 2500 N (tensione della cinghia)
- Carico assiale: 200 N (spinta minore)
- Velocità: 1480 giri/min
- Durata richiesta: 40000 ore
- Temperatura: 70°C
- Affidabilità: 90%
- Risultato: C ≈ 35 kN → Seleziona 6309 (C = 52,7 kN)
Esempio 2: Cuscinetto dell'albero della pompa
Scenario: Pompa centrifuga con girante a sbalzo
- Tipo di cuscinetto: Cuscinetto a rulli sferici
- Carico radiale: 8000 N (peso della girante + idraulica)
- Carico assiale: 3000 N (carico di spinta)
- Velocità: 2950 giri/min
- Durata richiesta: 50000 ore
- Temperatura: 85°C
- Affidabilità: 95%
- Risultato: C ≈ 125 kN → Seleziona 22218 (C = 170 kN)
Esempio 3: Albero di uscita del cambio
Scenario: Riduttore industriale con carichi radiali pesanti
- Tipo di cuscinetto: Cuscinetto a rulli conici
- Carico radiale: 15000 N
- Carico assiale: 5000 N (spinta dell'ingranaggio elicoidale)
- Velocità: 150 giri al minuto
- Durata richiesta: 100000 ore
- Temperatura: 90°C
- Affidabilità: 98%
- Risultato: C ≈ 220 kN → Seleziona 32220 (C = 298 kN)
Come scegliere i valori
Selezione del tipo di cuscinetto
- Cuscinetti a sfere:
- Velocità fino a 20.000 giri/min
- Carichi da leggeri a moderati
- Requisiti di basso attrito
- Fa/Ve < 0,5 tipico
- Rullo cilindrico:
- Solo carichi radiali elevati
- Nessuna capacità di carico assiale (eccetto NJ, NUP)
- Consentire il libero movimento assiale
- Capacità di alta velocità
- Rullo sferico:
- Carichi molto pesanti
- Disallineamento fino a 2°
- Carichi combinati OK
- Limiti di velocità più bassi
- Rullo conico:
- Carichi combinati elevati
- È necessaria un'elevata rigidità
- Di solito in coppia
- Fa/Fr fino a 1,5
Suggerimenti per il calcolo del carico
- Trasmissioni a cinghia: Carico radiale = 1,5-2,5 × tensione della cinghia
- Trasmissioni ad ingranaggi: Includere forze di separazione e fattori dinamici
- Carichi sporgenti: Calcolare i carichi di momento sui cuscinetti
- Fattori dinamici:
- Shock leggero: × 1,2-1,5
- Shock moderato: × 1,5-2,0
- Forte scossa: × 2.0-3.0
Requisiti di vita per applicazione
- 8.000-12.000 ore: Elettrodomestici, utensili manuali
- 20.000-30.000 ore: Macchine operative giornaliere da 8 ore
- 40.000-50.000 ore: funzionamento giornaliero di 16 ore
- 60.000-100.000 ore: funzionamento continuo 24 ore su 24
- 100.000-200.000 ore: Attrezzatura critica, nessun guasto
Considerazioni sulla temperatura
- Cuscinetti standard: da -30°C a +120°C
- Cuscinetti ad alta temperatura: Fino a 200°C con grasso speciale
- Cuscinetti stabilizzati: Fino a 250°C (suffisso S1)
- Cuscinetti speciali: Fino a 350°C (suffisso S2, S3)
- Nota: Temperature più elevate richiedono lubrificanti speciali
Selezione del fattore di affidabilità
- 90% (a1=1.0): Applicazioni industriali standard
- 95% (a1=0,62): Attrezzatura importante
- 96% (a1=0,53): Processi critici
- 97% (a1=0,44): Critico per la sicurezza
- 98% (a1=0,33): Aerospaziale, medico
- 99% (a1=0,21): Ultracritico, nessun guasto consentito
📘 Guida completa: Calcolatore della capacità di carico del cuscinetto
🎯 Cosa fa questa calcolatrice
Questa calcolatrice determina il carico dinamico nominale richiesto per i cuscinetti volventi e calcola la loro aspettativa di vita L10.
Strumento essenziale per la progettazione e la selezione dei cuscinetti per qualsiasi apparecchiatura rotante.
🌍 Comprensione dello standard ISO 281
ISO 281:2007 è il principale standard internazionale per il calcolo della durata dei cuscinetti. Si basa su decenni di dati statistici e test su milioni di cuscinetti.
Concetto chiave: L10 Life
L10 (Valutazione di base della durata) è il numero di giri (o ore) che 90% di cuscinetti di un lotto raggiungeranno o supereranno sotto un carico specificato. Ciò significa che 10% si guasterà prima, 90% durerà più a lungo.
Carico dinamico (C) è il carico a cui un cuscinetto funzionerà per 1 milione di giri con affidabilità 90%.
💼 Applicazioni nel mondo reale
1️⃣ Nuovo design delle attrezzature
Progettazione di un nuovo riduttore. Sono noti: carichi sugli alberi, velocità, durata di vita richiesta (20.000 ore). Il calcolatore seleziona il cuscinetto con la capacità di carico richiesta.
2️⃣ Sostituzione dei cuscinetti
Il cuscinetto della pompa si è rotto prematuramente. Controllare i calcoli: il cuscinetto era sottodimensionato? Selezionare un cuscinetto con un margine di sicurezza.
3️⃣ Valutazione della vita residua
L'apparecchiatura ha funzionato per 30.000 ore. La durata stimata era di 50.000 ore. Mancano circa 20.000 ore alla sostituzione programmata.
4️⃣ Analisi delle condizioni operative
La temperatura in officina è aumentata da 25 °C a 45 °C. In che modo ciò influisce sulla durata dei cuscinetti? La calcolatrice esegue il ricalcolo con il fattore temperatura.
📊 Esempio pratico: motore della ventola
Applicazione: Motore da 22 kW, 1460 giri/min
- Carico radiale: 1800 N (peso del rotore + tensione della cinghia)
- Carico assiale: 150 N
- Durata richiesta: 40.000 ore
- Temperatura: 70°C
Risultato del calcolo: C richiesto ≥ 28 kN
Selezionato: Cuscinetto 6208 (C = 32,5 kN) – adatto con margine ✓
📖 Glossario tecnico
- Cuscinetto a rotolamento
- Supporto in cui l'attrito radente è sostituito dall'attrito volvente. È costituito da anello interno, anello esterno, elementi volventi (sfere o rulli) e gabbia.
- Carico dinamico (C)
- Carico radiale costante sotto il quale il cuscinetto funzionerà per 1 milione di giri con l'affidabilità 90%. Caratteristiche principali del cuscinetto nei cataloghi.
- Valutazione del carico statico (C0)
- Carico che provoca deformazioni permanenti ammissibili. Importante per cuscinetti con rotazione lenta o movimento oscillante.
- Carico dinamico equivalente (P)
- Carico radiale costante equivalente in termini di durata ai carichi radiali e assiali effettivi. Formula: P = X×Fr + Y×Fa.
- Valutazione della vita L10
- Durata operativa in ore raggiunta dai cuscinetti 90%. Spesso definita "durata nominale di base".
- Esponente p
- Esponente nella formula di calcolo della durata. Per i cuscinetti a sfere p = 3, per i cuscinetti a rulli p = 10/3 ≈ 3,33.
- Fattore di temperatura fT
- Coefficiente di riduzione del carico nominale a temperature elevate. Fino a 150°C fT = 1,0, a 200°C fT = 0,9.
- Fattore di affidabilità a1
- Coefficiente per il calcolo della durata di vita all'affidabilità richiesta diverso da 90%:
- 90% (L10): a1 = 1.0 – standard
- 95% (L5): a1 = 0,62
- 99% (L1): a1 = 0,21
⚠️ Considerazioni importanti
- I calcoli si basano su una corretta lubrificazione e montaggio
- La contaminazione può ridurre la vita del 50-90%
- Il disallineamento riduce drasticamente la durata dei cuscinetti
- Verificare sempre che i carichi calcolati includano fattori dinamici
- Controllare le specifiche del catalogo per regolazioni specifiche dei cuscinetti
🎓 Linee guida per la selezione
- Fattore di sicurezza: Utilizzare un carico nominale calcolato pari a 1,2-1,5× per applicazioni standard
- Alta temperatura: Oltre i 120°C, utilizzare cuscinetti speciali o aumentare le dimensioni
- Carichi d'urto pesanti: Utilizzare cuscinetti a rulli invece di cuscinetti a sfere
- Carichi combinati: Non dimenticare di calcolare correttamente il carico equivalente P
- Montaggio: Assicurare la corretta vestibilità: una vestibilità allentata provoca sfregamento, una vestibilità stretta provoca precarico