Comprensione del gioco dei cuscinetti

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Dispositivi

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Definizione: Che cosa è il gioco del cuscinetto?

Gioco del cuscinetto (chiamato anche gioco interno o gioco del cuscinetto) è la distanza totale di cui un anello del cuscinetto può essere spostato rispetto all'altro anello in direzione radiale (gioco radiale) o assiale (gioco assiale) prima che i corpi volventi entrino in contatto con entrambe le piste contemporaneamente. In termini più semplici, è la quantità di "allentamento" o "gioco" incorporato in un cuscinetto prima del montaggio, che tiene conto degli effetti di dilatazione termica, flessione del carico e interferenza.

Un gioco corretto dei cuscinetti è fondamentale per prestazioni ottimali, in quanto influisce sulla distribuzione del carico, sull'attrito, sulla rumorosità, sulla precisione di funzionamento e sulla durata. Un gioco insufficiente causa surriscaldamento e guasti prematuri; un gioco eccessivo causa rumorosità., vibrazione, e posizionamento impreciso dell'albero.

Tipi di gioco dei cuscinetti

1. Gioco interno radiale

Il tipo più comunemente specificato:

• Definizione: Distanza in cui la pista interna può muoversi radialmente rispetto alla pista esterna
• Misurazione: Con una pista tenuta fissa, misurare lo spostamento radiale massimo dell'altra pista
• Valori tipici: 5-50 micrometri (0,0002-0,002 pollici) per cuscinetti di piccole e medie dimensioni
• Colpisce: Rigidità radiale, distribuzione del carico, precisione di scorrimento radiale

2. Gioco interno assiale

Importante per alcuni tipi di cuscinetti:

• Definizione: Distanza di spostamento assiale della pista interna rispetto alla pista esterna
• Rilevante per: Cuscinetti a contatto obliquo, cuscinetti a rulli conici
• Regolazione: Spesso regolabile tramite spessori o serraggio del dado
• Colpisce: Rigidità assiale, precarico, capacità di spinta

Classificazioni di autorizzazione

I cuscinetti sono realizzati con classi di gioco standardizzate:

Gruppi di autorizzazione ISO

• C2: Spazio libero inferiore al normale (più stretto)
• CN (Normale): Spazio libero standard per la maggior parte delle applicazioni
• C3: Gioco maggiore del normale (più allentato)
• C4: Gioco maggiore di C3 (anche più allentato)
• C5: Spazio libero maggiore di C4 (spazio libero standard massimo)

Criteri di selezione

Scegliere la distanza appropriata in base all'applicazione:

• C2 (Stretto): Applicazioni a bassa rumorosità, minima eccentricità dell'albero richiesta, basse temperature di esercizio
• CN (Normale): Standard per la maggior parte delle applicazioni industriali generali
• C3 (sciolto): Accoppiamenti con elevata interferenza, elevate temperature di esercizio, carichi pesanti, cuscinetti a rulli orientabili
• C4, C5: Temperature molto elevate, accoppiamenti con interferenza molto forti, cuscinetti di grandi dimensioni con significativa dilatazione termica

Fattori che influenzano la clearance operativa

Autorizzazione iniziale vs. autorizzazione operativa

L'autorizzazione cambia dall'installazione all'esercizio:

Fattori di riduzione della distanza

• Accoppiamento con interferenza (albero): L'accoppiamento stretto sull'albero espande la pista interna, riducendo il gioco (in genere 70-80% di interferenza)
• Interferenza (alloggiamento): L'accoppiamento stretto nell'alloggiamento comprime la pista esterna, riducendo il gioco (in genere 10-20% di interferenza)
• Temperatura di esercizio: Pista interna (rotante con l'albero) in genere più calda della pista esterna, l'espansione differenziale riduce il gioco
• Carico: Il carico applicato deforma elasticamente le piste, riducendo il gioco effettivo

Fattori di aumento della clearance

• Usura dei cuscinetti: La rimozione del materiale aumenta la distanza nel tempo
• Deformazione plastica: La brinellatura o l'ammaccatura aumentano la distanza
• Creep razziale: Un'interferenza inadeguata consente alle piste di ruotare nei loro accoppiamenti, usurando le scanalature

Calcolo della distanza di sicurezza operativa

L'autorizzazione operativa finale deve tenere conto di tutti gli effetti:

• Gioco operativo = Gioco iniziale – Riduzione di adattamento – Riduzione termica + Usura
• Una progettazione corretta garantisce che il gioco operativo finale sia un valore positivo ridotto
• Il gioco operativo nullo o negativo provoca precarico, aumentando l'attrito e il calore

Effetti di una clearance errata

Gioco troppo piccolo (cuscinetto stretto)

• Attrito eccessivo: Carichi di contatto elevati aumentano l'attrito e la generazione di calore
• Surriscaldamento: Può raggiungere temperature distruttive (> 120°C)
• Stanchezza prematura: Carichi elevati accelerano il consumo della durata di vita dei cuscinetti per fatica
• Rumore: I cuscinetti stretti possono produrre stridii acuti
• Rischio di crisi epilettiche: I casi estremi possono portare al grippaggio del cuscinetto

Troppo gioco (cuscinetto allentato)

• Carico d'impatto: Gli elementi volventi impattano sulle piste sotto inversione di carico
• Rumore: Suoni udibili di tintinnio o colpi
• Vibrazione: Aumento delle vibrazioni dovute agli impatti e distribuzione non uniforme del carico
• Precisione ridotta: Eccessivo eccentricità dell'albero e errori di posizionamento
• Usura accelerata: L'impatto del carico e lo slittamento accelerano l'usura
• Danni alla gabbia: Uno spazio eccessivo può danneggiare la gabbia

Metodi di misurazione

Prima dell'installazione (cuscinetto non montato)

Misurazione del gioco radiale

• Supportare la pista esterna, applicare un piccolo carico radiale alla pista interna
• Misurare lo spostamento con l'indicatore a quadrante
• Valori tipici: 10-30 µm per cuscinetti medi
• Confronta con le specifiche del produttore

Metodo Feel (Qualitativo)

• Tieni una gara e sposta l'altra manualmente
• Tecnici esperti possono valutare se l'autorizzazione è appropriata
• Non è preciso ma è utile per una verifica rapida

Dopo l'installazione

Metodo dello spostamento assiale

• Per i cuscinetti montati, applicare una forza assiale
• Misurare lo spostamento assiale (relativo al gioco radiale)
• Richiede l'accesso all'estremità dell'albero

Analisi delle vibrazioni

• Un gioco eccessivo si manifesta con un aumento delle vibrazioni ad alta frequenza
• Firme di impatto in forma d'onda del tempo
• Variazioni nelle frequenze naturali dei cuscinetti

Linee guida per la selezione dell'autorizzazione

Considerazioni sull'aumento della temperatura

• Stimare l'aumento della temperatura del cuscinetto (in genere 20-60°C in più rispetto alla temperatura ambiente)
• Calcola l'espansione differenziale tra le razze interne ed esterne
• Selezionare la distanza iniziale per fornire una distanza operativa ottimale
• Regola pratica: riduzione del gioco di 1 µm per ogni differenza di temperatura di °C per cuscinetto con foro da 100 mm

Compensazione dell'interferenza

• Accoppiamento stretto dell'albero: utilizzare C3 o C4 per compensare l'espansione della pista interna
• Accoppiamento albero libero: CN o C2 potrebbero essere appropriati
• Gli effetti dell'adattamento dell'alloggiamento sono in genere meno significativi dell'adattamento dell'albero

Selezione specifica per applicazione

• Applicazioni di precisione: C2 o CN per una minima eccentricità
• Motori elettrici: C3 comune a causa di accoppiamenti stretti dell'albero e aumento della temperatura
• Servizio ad alta temperatura: C4 o C5 per tenere conto dell'espansione termica
• Carichi pesanti: C3 o C4, è accettabile una certa riduzione del gioco sotto carico

Relazione con vibrazioni e diagnostica

Effetto sulle caratteristiche di vibrazione

• Un gioco eccessivo produce una risposta alle vibrazioni non lineare
• Multiplo armoniche dal carico d'impatto
• Rumore ad alta frequenza a banda larga
• Vibrazione irregolare non proporzionale alla velocità

Indicatori diagnostici

• L'aumento del livello complessivo di vibrazione nel tempo suggerisce un aumento dell'usura e del gioco
• Gli impatti ad alta frequenza indicano una distanza eccessiva
• Le variazioni nella rigidità del cuscinetto influiscono velocità critiche
• Il monitoraggio della temperatura rivela cuscinetti stretti (alta temperatura) rispetto alla norma

Il gioco dei cuscinetti è una specifica critica che deve essere selezionata e verificata correttamente per garantire prestazioni ottimali dei cuscinetti. Comprendere come il gioco influisce su vibrazioni, rumore e durata dei cuscinetti consente di selezionare meglio i cuscinetti, adottare corrette procedure di installazione e interpretare efficacemente le condizioni dei cuscinetti.

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