Cuscinetti a rulli conici vs cuscinetti a sfere per carichi combinati radiali e assiali: come scegliere quando i valori di portata e i dati di velocità non sono disponibili

Il carico assiale è sufficientemente grande e costante da giustificare i rulli conici?

La geometria dei rulli conici sopporta carichi radiali e assiali in una sola direzione, poiché i rulli conici sono guidati da una costola sul cono¹⁵. È proprio questa capacità unidirezionale a rendere il tipo adatto a carichi radiali e assiali elevati^13,15. Il rovescio della medaglia è che la stessa geometria gioca a sfavore quando la componente assiale è ridotta. In condizioni di carico puramente radiale, si riporta che i rulli conici generano uno spostamento assiale interno che induce un precarico dannoso se non viene compensato, causando una rapida usura della gabbia¹⁸. Una fonte riporta che i rulli conici sono vantaggiosi solo quando il carico assiale è almeno il 30% del carico radiale e la direzione è costante¹⁸. Considerare tale rapporto come un dato riportato da un'unica fonte, non come una soglia di settore: non viene citata alcuna norma di riferimento al riguardo. Prima di scegliere i rulli conici per impostazione predefinita perché il carico è "combinato", stabilire due cose: quanto è effettivamente grande la componente assiale rispetto a quella radiale e se la sua direzione rimane costante durante l'esercizio. Se il carico assiale è ridotto o si inverte, la geometria che sopporta la spinta assiale è la stessa che carica internamente il cuscinetto.

Il tipo di impiego esclude i cuscinetti a sfere o i rulli?

I requisiti di carico e velocità di solito vanno in direzioni opposte, e questa tensione decide il tipo. I cuscinetti a rulli sono indicati come in grado di sopportare carichi maggiori rispetto ai cuscinetti a sfere e di distribuire il peso su un'area di contatto più ampia, motivo per cui sono la scelta indicata per impieghi gravosi e soggetti a urti⁸. I cuscinetti a sfere, con la loro area di contatto più ridotta, sono indicati come soggetti a usura più rapida sotto carichi elevati⁸. Dall'altro lato del compromesso, i cuscinetti a sfere sono indicati come capaci di funzionare a velocità più elevate con attrito inferiore, mentre i cuscinetti a rulli generano più attrito e operano a velocità più basse, il che li rende indicati come non adatti ad ambienti ad alta velocità⁸. I cuscinetti a rulli sono inoltre indicati come più rumorosi⁸. Quindi la prima selezione è: se l'albero gira veloce e il carico è leggero o medio, i cuscinetti a sfere sono la soluzione indicata. Se il carico è pesante o soggetto a urti e la velocità è moderata, i rulli sono la soluzione indicata⁸. Quando sono presenti entrambe le condizioni — carico elevato e alta velocità — le fonti non risolvono il conflitto, ed è necessario disporre dei valori nominali di velocità e carico del fornitore per decidere.

Il design può mantenere l'allineamento richiesto dai rulli?

Si riporta che la tolleranza al disallineamento favorisce i cuscinetti a sfere, ed è un vincolo di progetto che è possibile verificare prima di optare per i rulli. Si riporta che i cuscinetti a sfere tollerano un disallineamento angolare fino a circa 0,004 in tra cuscinetto e albero, mentre i disallineamenti dei cuscinetti a rulli sono riportati come meno tolleranti e possono compromettere il corretto funzionamento se un rullo esce troppo dalla propria sede¹¹. Il disallineamento non deriva solo dalle tolleranze costruttive: anche la dilatazione termica può produrlo, e la capacità di inclinazione varia in base al design¹⁸. La domanda pratica è se l'allineamento tra albero e alloggiamento, incluso il disallineamento che si manifesta quando l'albero si riscalda, rimane entro i limiti accettabili per un rullo conico. Le fonti forniscono un valore per i cuscinetti a sfere ma non stabiliscono un limite di disallineamento specifico per i cuscinetti a rulli conici, né la precisione di allineamento richiesta per un albero di trasmissione^11,18. Se il progetto non è in grado di controllare l'allineamento con precisione, questa è una motivazione riportata a favore dei cuscinetti a sfere; se invece è in grado di farlo, l'opzione dei rulli resta aperta.

È possibile accettare l'impegno di montaggio e precarico?

La scelta di rulli conici comporta l'adozione di un'impostazione del precarico e di un ingombro di montaggio che i cuscinetti a sfere non impongono. I cuscinetti a rulli sono riportati come aventi dimensioni di montaggio diverse da quelle dei cuscinetti a sfere: alesaggio, OD e larghezza possono variare. E richiedono una regolazione precisa del precarico, pertanto la sostituzione di un tipo con l'altro richiede una validazione ingegneristica¹⁸. La correttezza del precarico è riportata come critica per la durata dei rulli conici: un precarico eccessivo aumenta il calore e riduce la durata, mentre un precarico insufficiente causa slittamento e frattura della gabbia¹⁸. I cuscinetti a sfere sono più comunemente venduti come assiemi e sostituiti come unità completa, mentre i cuscinetti a rulli consentono la sostituzione individuale dell'anello interno ed esterno¹¹. Tale differenza è importante sia per la pianificazione della manutenzione sia per la progettazione iniziale di alloggiamento e spallamento. Prima di congelare la progettazione di alloggiamento e spallamento, verificare che il proprio assieme possa impostare e mantenere il precarico necessario al rullo conico e che alesaggio, OD e larghezza siano compatibili con l'ingombro disponibile. Le fonti non forniscono valori di accoppiamento per albero o alloggiamento, progettazione dello spallamento, né valori di gioco assiale e impostazione del precarico; pertanto tali dati devono essere forniti dal fornitore del cuscinetto¹⁸.

Cosa chiedere al fornitore prima di inviare la RFQ

• ✓Chiedere le portate dinamiche e statiche sia per un cuscinetto a rulli conici sia per un cuscinetto a contatto obliquo o a sfere con scanalatura profonda, nella vostra dimensione di alesaggio target.
• ✓Chiedere i valori di velocità ammissibile (limite o di riferimento) e del fattore di velocità per ciascun tipo, nelle vostre condizioni di lubrificazione e termiche.
• ✓Chiedere se il carico assiale è unidirezionale o deve essere vincolato in entrambe le direzioni, e come ciò influisce sulla disposizione dei cuscinetti.
• ✓Chiedere i valori di accoppiamento di albero e alloggiamento, la geometria dello spallamento e i valori di gioco assiale o di impostazione del precarico per l'opzione a rulli conici.
• ✓Chiedere la precisione di allineamento richiesta tra albero e alloggiamento per un'applicazione di trasmissione di potenza.
• ✓Chiedere la coppia di attrito, la coppia di spunto e il rendimento alla vostra velocità e al vostro carico di esercizio.
• ✓Chiedere un calcolo di durata L10 o L10h con il vostro carico combinato e la vostra velocità effettivi, includendo il regime di lubrificazione e la contaminazione.

Dove le fonti non concordano sul fatto che i rulli conici siano la scelta predefinita

Sources

1. 8 techincastor.com — Manufacturer technical documentation
2. 11 castercentral.com — Industry publication
3. 13 bullcaster.com — Manufacturer technical documentation
4. 15 bullcaster.com — Manufacturer technical documentation
5. 16 bullcaster.com — Manufacturer technical documentation
6. 18 flowmachinery.com — Unclassified source
7. 29 www.globe-caster.com — Industry peer technical page