Fondamenti tecnici Cuscinetti volventi Capacità di carico e durata

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Capacità di carico e durata

Basi di teoria dell’affaticamento
Dimensionamento di cuscinetti volventi
Capacità di carico dinamico e durata
Calcolo della durata
Valori equivalenti d’esercizio
Durata richiesta
Durata d’esercizio
Capacità di carico assiale di cuscinetti a rulli cilindrici
Capacità di carico statico

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Schaeffler KG ha introdotto nel 1997 il «Calcolo ampliato della durata modificata». Questa procedura è stata pubblicata per la prima volta nella DIN ISO 281 allegato 1 e dal 2007 è parte della norma internazionale ISO 281.

Nell’ambito della norma internazionale è stato rinominato il fattore di durata a_DIN in a_ISO, la modifica non cambia il calcolo.

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Basi di teoria dell’affaticamento

La base del calcolo della durata secondo ISO 281 è la teoria dell’affaticamento di Lundberg e Palmgren, dalla quale risulta sempre una durata limite.

Gli attuali cuscinetti di elevata qualità possono tuttavia superare notevolmente, in opportune condizioni d’esercizio, i valori calcolati della durata nominale. Ioannides e Harris hanno sviluppato un modello matematico sull’affaticamento nel contatto volvente che amplia la teoria di Lundberg e Palmgren e che descrive meglio le prestazioni dei cuscinetti moderni.

La procedura del «Calcolo ampliato della durata modificata» tiene conto delle seguenti influenze:

l’entità del carico agente sul cuscinetto
il limite di fatica del materiale
il grado di separazione superficiale mediante il lubrificante
la pulizia nel meato di lubrificazione
gli additivi del lubrificante
la distribuzione interna del carico ed i rapporti di attrito nel cuscinetto.

Le influenze, soprattutto quelle delle contaminazioni, sono molto complesse! Per una esatta valutazione è assolutamente necessaria l’esperienza diretta! Per una consulenza approfondita contattare quindi il servizio tecnico della Divisione Industrial del Gruppo Schaeffler!

Tabelle e diagrammi rappresentano quindi solo valori di riferimento!

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Dimensionamento
di cuscinetti volventi

Il dimensionamento di un cuscinetto volvente è in funzione delle seguenti esigenze:

durata
capacità di carico
sicurezza d’esercizio.

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Capacità di carico dinamico e durata

I coefficienti di carico dinamico sono la misura per la capacità di carico dinamico. I coefficienti di carico dinamico sono basati su DIN ISO 281.

I coefficienti di carico dinamico dei cuscinetti volventi sono adattati allo standard, sperimentati nella pratica ed in linea con quanto pubblicato nei precedenti cataloghi INA e FAG.

Il comportamento a fatica del materiale determina la capacità di carico dinamica del cuscinetto.

La capacità di carico dinamica viene descritta attraverso il coefficiente di carico dinamico e la durata nominale.

La durata all’affatica dipende da:

il carico
la velocità di rotazione in esercizio
la casualità statistica del verificarsi del primo danneggiamento.

Per i cuscinetti volventi in rotazione vale il coefficiente di carico dinamico C. Esso rappresenta:

per cuscinetti radiali, un carico radiale costante C_r
per cuscinetti assiali, un carico assiale C_a costante, sempre centrato.

Il coefficiente di carico dinamico C è quel carico di grandezza e direzione costante in corrispondenza al quale un lotto significativo di cuscinetti uguali raggiunge la durata nominale di un milione di giri.

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Calcolo della durata

I procedimenti per il calcolo della durata sono:

durata nominale L₁₀ e L_10h secondo ISO 281, vedere link
durata modificata L_na secondo DIN ISO 281:1990 (non più parte della ISO 281), vedere link
durata ampliata modificata L_nm secondo ISO 281, vedere link.

Durata nominale

La durata nominale L₁₀ e L_10h deriva da:

L₁₀	10⁶ giri
Durata nominale in milioni di giri raggiunta o superata dal 90% di un lotto significativo di cuscinetti uguali prima che compaiano i primi segni di affaticamento del materiale
L_10h	h
Durata nominale in ore d‘esercizio, corrispondenti alla definizione di L₁₀
C	N
Coefficiente di carico dinamico
P	N
Carico dinamico equivalente per cuscinetti radiali ed assiali
p
Esponente di durata; per cuscinetti a rulli: p = 10/3 per cuscinetti a sfere: p = 3
n	min^–1
Velocità di rotazione d‘esercizio.

Carico dinamico equivalente

Il carico dinamico equivalente P è un valore calcolato. Questo valore è un carico radiale costante in dimensione e direzione per i cuscinetti radiali e un carico assiale per i cuscinetti assiali.

Un carico con P corrisponde alla stessa durata del carico combinato che agisce effettivamente.

P	N
Carico dinamico equivalente sul cuscinetto
F_r	N
Carico radiale dinamico del cuscinetto
F_a	N
Carico assiale dinamico del cuscinetto
X
Fattore radiale dalle tabelle dimensionali oppure dalla descrizione del prodotto
Y
Fattore assiale dalle tabelle dimensionali oppure dalla descrizione del prodotto.

Questo calcolo non è applicabile per cuscinetti radiali a rullini e per cuscinetti radiali a rulli cilindrici come anche per cuscinetti assiali a rullini e cuscinetti assiali a rulli cilindrici! Per questi cuscinetti non sono ammissibili carichi combinati!

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Durata modificata

È possibile calcolare la durata modificata L_na, se oltre al carico e alla velocità di rotazione sono noti altri fattori influenti come:

caratteristiche particolari del materiale
lubrificazione

oppure

se viene richiesta una probabilità di durata diversa dal 90%.

Questo metodo di calcolo è stato sostituito nella ISO 281:2007 dal calcolo della durata modificata ampliata L_nm, vedere link.

L_na	10⁶ giri
Durata modificata per materiali con particolari proprietà e condizioni d’esercizio per una probabilità di durata di (100 – n) %
L₁₀	10⁶ giri
Durata nominale
a₁
Fattore di durata per una probabilità di durata diversa da 90%. Nella ISO 281:2007 sono stati determinati i valori del fattore di durata a₁, vedere tabella
a₂
Fattore di durata per materiali con particolari proprietà. Per acciai standard per cuscinetti volventi: a₂ = 1
a₃
Fattore di durata per condizioni particolari d’esercizio, in particolare per la condizione di lubrificazione, figura 1.

Il rapporto di viscosità κ viene determinato secondo l’equazione a link.

Buona pulizia e additivi adatti
Medias/00016411_mei_in_0k_0k.gif

Massima pulizia e carico minimo
Medias/00016412_mei_in_0k_0k.gif

Impurità nel lubrificante
a₃ = Fattore di durata
κ = Rapporto di viscosità

Figura 1
Fattore di durata a₃

Rapporto di viscosità

Il rapporto di viscosità κ è una misura per la qualità della formazione del velo lubrificante:

ν	mm²s^–1
Viscosità cinematica del lubrificante alla temperatura d’esercizio
ν₁	mm²s^–1
Viscosità di riferimento del lubrificante alla temperatura d’esercizio.

La viscosità di riferimento ν₁ viene determinata dal diametro medio del cuscinetto d_M= (D + d)/2 e dalla velocità di rotazione d’esercizio n, figura 2.

La viscosità nominale dell’olio a +40 °C viene determinata dalla viscosità d’esercizio richiesta ν e dalla temperatura d’esercizio ϑ, figura 3. Per grassi lubrificanti ν corrisponde alla viscosità d’esercizio dell’olio di base.

Per cuscinetti molto caricati e con grandi percentuali di strisciamento la temperatura nella zona di contatto dei corpi volventi può essere maggiore fino a 20 K rispetto alla temperatura misurabile dell’anello fermo (senza l’linflusso di riscaldamento esterno).

Considerazione degli additivi EP per il calcolo della durata ampliata modificata L_nm vedere link!

ν₁ = Viscosità di riferimento
d_M = Diametro medio del cuscinetto
n = Velocità di rotazione

Figura 2
Viscosità di riferimento ν₁

ν = Viscosità d’esercizio
ϑ = Temperatura d’esercizio
ν₄₀ = Viscosità a +40 °C

Figura 3
Diagramma V/T per oli minerali

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Durata ampliata modificata

Il calcolo della durata modificata ampliata L_nm era riportato nella DIN ISO 281 allegato 1. Dal 2007 è riportato nella norma mondiale ISO 281. Il calcolo mediante computer secondo DIN ISO 281 allegato 4 è specificato dal 2008 nella ISO/TS 16 281.

L_nm si calcola in base:

L_nm	10⁶ giri
Durata ampliata modificata secondo ISO 281
a₁
Fattore di durata per una probabilità di durata diversa da 90%, vedere tabelle
a_ISO
Fattore di durata per le condizioni d’esercizio
L₁₀	10⁶ giri
Durata nominale, vedere link.

I valori per il fattore di durata a₁ sono stati ridefiniti nella ISO 281:2007 e differiscono dalle precedenti indicazioni.

Fattore di durata a₁

Probabilità di durata	Durata ampliata modificata	Fattore di durata
%	L_nm	a₁
90	L_10m	1
95	L_5m	0,64
96	L_4m	0,55
97	L_3m	0,47
98	L_2m	0,37
99	L_1m	0,25
99,2	L_0,8m	0,22
99,4	L_0,6m	0,19
99,6	L_0,4m	0,16
99,8	L_0,2m	0,12
99,9	L_0,1m	0,093
99,92	L_0,08m	0,087
99,94	L_0,06m	0,08
99,95	L_0,05m	0,077

Fattore di durata a_ISO

Il metodo di calcolo a norma per il fattore di durata a_ISO considera fondamentalmente i seguenti fattori influenti:

il carico del cuscinetto
la condizione di lubrificazione (viscosità e tipo di lubrificante, velocità di rotazione, dimensione del cuscinetto, additivi)
il limite di fatica del materiale
la forma costruttiva del cuscinetto
la tensione interna del materiale
le condizioni circostanti
la contaminazione del lubrificante.

a_ISO
Fattore di durata per condizioni d’esercizio, figura 4 fino figura 7
e_C
Fattore di durata per contaminazione, vedere tabella tabella
C_u	N
Carico limite di fatica
P	N
Carico dinamico equivalente sul cuscinetto
κ
Rapporto di viscosità, vedere link per κ ＞ 4 considerare κ = 4 per κ ＜ 0,1 non è possibile applicare questo metodo di calcolo.

Considerazione degli additivi EP nel lubrificante

Secondo ISO 281 è possibile considerare nel seguente modo gli additivi EP nel lubrificante:

Con un rapporto di viscosità κ ＜ 1 ed un fattore di contaminazione e_C ≧ 0,2 si può considerare un valore κ = 1 utilizzando lubrificanti con additivi EP la cui efficacia è stata provata. In caso di forte contaminazione (fattore di contaminazione e_C ＜ 0,2) bisogna provare l’efficacia degli additivi in tali condizioni di contaminazione. La prova dell’efficacia degli additivi EP può essere effettuata nell’applicazione reale oppure con un banco prova FE 8 secondo norma DIN 51 819-1 per cuscinetti volventi.Se in seguito al controllo dell’efficacia degli additivi EP si tiene conto di un valore κ = 1, il fattore di durata dovrà essere limitato ad a_ISO ≦ 3. Se il valore a_ISO calcolato per l’effettivo κ è ＞ di 3, si può tenere conto di tale valore.

Figura 4
Fattore di durata a_ISO
per cuscinetti radiali a rulli

Figura 5
Fattore di durata a_ISO
per cuscinetti assiali a rulli

Figura 6
Fattore di durata a_ISO
per cuscinetti radiali a sfere

Figura 7
Fattore di durata a_ISO
per cuscinetti assiali a sfere

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Carico limite di fatica

Il carico limite di fatica C_u secondo ISO 281 è definito come quel carico al di sotto del quale in condizioni di laboratorio non si riscontra alcuna fatica nel materiale.

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Fattore di durata
per contaminazione

Il fattore di durata per contaminazione e_C tiene conto dell’influenza delle contaminazioni nel meato di lubrificazione sulla durata, vedere tabelle.

La diminuzione della durata per effetto delle particelle solide nel meato di lubrificazione dipende da:

tipo, dimensione, durezza e quantità delle particelle
altezza relativa del velo di lubrificante
dimensione del cuscinetto.

Complesse interazioni tra queste grandezze consentono solo valori di riferimento approssimativi. I valori riportati nella tabella valgono per contaminazione da particelle solide (coefficiente e_C). Non si considerano altri tipi di contaminazione come impurità dell’acqua o altri liquidi.

In caso di forti contaminazioni (e_C → 0) i cuscinetti possono danneggiarsi a causa dell’usura!

Fattore e_C

Contaminazione	Fattore e_C
Contaminazione	d_M ＜ 100 mm¹⁾	d_M ≧ 100 mm¹⁾
Massima pulizia Particelle nell’ordine di grandezza del velo di lubrificante Condizioni di laboratorio	1	1
Buona pulizia Oli lubrificanti filtrati finemente Cuscinetti con tenute e ingrassati	0,8 fino a 0,6	0,9 fino a 0,8
Condizione di normale pulizia Oli lubrificanti filtrati finemente	0,6 fino a 0,5	0,8 fino a 0,6
Contaminazioni leggere Leggere contaminazioni nell’olio lubrificante	0,5 fino a 0,3	0,6 fino a 0,4
Contaminazioni tipiche Cuscinetti contaminati con materiale asportato da altri elementi di macchine	0,3 fino a 0,1	0,4 fino a 0,2
Forti contaminazioni Ambiente dei cuscinetti fortemente contaminato Sistema di supporto con tenuta insufficiente	0,1 fino a 0	0,1 fino a 0
Contaminazioni molto forti	0	0

		______
¹		d_M = Diametro medio del cuscinetto (d + D)/2.

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Valori equivalenti d’esercizio

Le equazioni di durata presuppongono che il carico sul cuscinetto P e il numero di giri del cuscinetto n siano costanti. Se carico e velocità di rotazione non sono costanti, è possibile determinare dei valori d’esercizio equivalenti, che causano lo stesso affaticamento delle sollecitazioni che agiscono realmente.

I valori di esercizio equivalenti qui calcolati considerano già i coefficienti di durata a₃ oppure a_ISO! Questi non devono più essere considerati nel calcolo della durata modificata!

Carico variabile e velocità di rotazione

Se variano carico e velocità di rotazione nel periodo T, varranno per la velocità di rotazione n ed il carico equivalente P:

Variazione graduale

Variando gradualmente il carico e la velocità di rotazione nel periodo T, varranno per n e P:

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Carico variabile
per velocità di rotazione costante

Se la funzione F descrive la variazione del carico nel periodo T e se la velocità di rotazione è costante, per P vale:

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Carico variabile gradualmente per velocità di rotazione costante

Se cambia il carico gradualmente nel periodo T e la velocità di rotazione è costante, per P vale:

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Carico costante
con velocità di rotazione variabile

Se cambia la velocità di rotazione mantenendo costante il carico, vale:

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Carico costante
con velocità di rotazione gradualmente variabile

Se la velocità di rotazione varia gradualmente, vale:

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Per movimenti oscillanti del cuscinetto

La velocità di rotazione equivalente si calcola in base:

L’equazione vale solo se l’angolo di oscillazione è maggiore del doppio del passo dei corpi volventi! Se l’angolo di oscillazione è minore, vi è il pericolo di formazione di pista ondulata!

Figura 8
Angolo di orientamento φ

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Sigle,
unità di misura e significato

n	min^–1
Velocità di rotazione media
T	min
Intervallo di tempo considerato
P	N
Carico equivalente sul cuscinetto
p
Esponente di durata; per cuscinetti a rulli: p = 10/3 per cuscinetti a sfere: p = 3
a_i, a(t)
Fattore di durata a_ISO per le condizioni momentanee d’esercizio, vedere link
n_i, n(t)	min^–1
Velocità di rotazione nella condizione momentanea d’esercizio
q_i	%
Percentuale di durata di una data condizione d’esercizio riferita alla durata totale d’esercizio; q_i = (Δt_i/T) · 100
F_i, F(t)	N
Carico sul cuscinetto nella condizione momentanea d’esercizio
n_osc	min^–1
Frequenza del movimento alternato
φ	°
Angolo di oscillazione, figura 8.

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Durata richiesta

Se non sono disponibili indicazioni relative alla durata, si possono estrapolare alcuni valori dalle tabelle.

Non sovradimensionare il cuscinetto! Se la durata calcolata è ＞ 60 000 h, spesso si ha un sovradimensionamento del cuscinetto! Rispettare il carico minimo sui cuscinetti, vedere le indicazioni di progettazione e sicurezza nei capitoli sul prodotto!

Veicoli a motore

Punto di applicazione	Durata consigliata in h
	Cuscinetti a sfere		Cuscinetti a rulli
	da	fino a	da	fino a
Motociclette	400	2 000	400	2 400
Comandi per autovetture	500	1 100	500	1 200
Cambi per autovetture con protezione contro le impurità	200	500	200	500
Cuscinetti mozzo ruota per autovetture	1 400	5 300	1 500	7 000
Veicoli industriali leggeri	2 000	4 000	2 400	5 000
Autocarri	2 900	5 300	3 600	7 000
Autotreni	4 000	8 800	5 000	12 000
Autobus	2 900	11 000	3 600	16 000
Motori a combustione interna	900	4 000	900	5 000

Veicoli su rotaia

Punto di applicazione	Durata consigliata in h
	Cuscinetti a sfere		Cuscinetti a rulli
	da	fino a	da	fino a
Cuscinetti mozzo ruota per carrelli da miniera	7 800	21 000	-	-
Vetture tranviarie	-	-	35 000	50 000
Carrozze ferroviarie	-	-	20 000	35 000
Carri merci	-	-	20 000	35 000
Carri ribaltabili	-	-	20 000	35 000
Automotrici	-	-	35 000	50 000
Locomotive, cuscinetto esterno	-	-	35 000	50 000
Locomotive, cuscinetto interno	-	-	75 000	110 000
Motori di trazione per veicoli ferroviari	14 000	46 000	20 000	75 000

Costruzioni navali

Punto di applicazione	Durata consigliata in h
	Cuscinetti a sfere		Cuscinetti a rulli
	da	fino a	da	fino a
Cuscinetti per asse portaelica	-	-	20 000	50 000
Cuscinetti per linee d’asse	-	-	50 000	200 000
Grandi riduttori navali	14 000	46 000	20 000	75 000
Piccoli riduttori navali	4 000	14 000	5 000	20 000
Gruppi motori per imbarcazioni	1 700	7 800	2 000	10 000

Macchine agriclole

Punto di applicazione	Durata consigliata in h
	Cuscinetti a sfere		Cuscinetti a rulli
	da	fino a	da	fino a
Trattori agricoli	1 700	4 000	2 000	5 000
Macchine operatrici semoventi	1 700	4 000	2 000	5 000
Macchine per lavorazioni stagionali	500	1 700	500	2 000

Macchine edili

Punto di applicazione	Durata consigliata in h
	Cuscinetti a sfere		Cuscinetti a rulli
	da	fino a	da	fino a
Bulldozer, macchine caricatrici	4 000	7 800	5 000	10 000
Escavatori a pala, carrelli di traslazione	500	1 700	500	2 000
Escavatori a pala, meccanismi di rotazione	1 700	4 000	2 000	5 000
Rulli stradali vibranti, eccitatori eccentrici	1 700	4 000	2 000	5 000
Vibratori per cemento	500	1 700	500	2 000

Motori elettrici

Punto di applicazione	Durata consigliata in h
	Cuscinetti a sfere		Cuscinetti a rulli
	da	fino a	da	fino a
Motori per elettrodomestici	1 700	4 000	-	-
Motori di serie	21 000	32 000	35 000	50 000
Grandi motori	32 000	63 000	50 000	110 000
Motori elettrici di trazione	14 000	21 000	20 000	35 000

Laminatoi, impianti siderurgici

Punto di applicazione	Durata consigliata in h
	Cuscinetti a sfere		Cuscinetti a rulli
	da	fino a	da	fino a
Gabbie di laminazione	500	14 000	500	20 000
Riduttori per laminatoi	14 000	32 000	20 000	50 000
Vie a rulli	7 800	21 000	10 000	35 000
Macchine per colata centrifuga	21 000	46 000	35 000	75 000

Macchine utensili

Punto di applicazione	Durata consigliata in h
	Cuscinetti a sfere		Cuscinetti a rulli
	da	fino a	da	fino a
Mandrini per torni, mandrini per fresatrici	14 000	46 000	20 000	75 000
Mandrini per alesatrici	14 000	32 000	20 000	50 000
Mandrini per rettificatrici	7 800	21 000	10 000	35 000
Mandrini portapezzo per rettificatrici	21 000	63 000	35 000	110 000
Cambi di macchine utensili	14 000	32 000	20 000	50 000
Presse, volani	21 000	32 000	35 000	50 000
Presse, albero eccentrico	14 000	21 000	20 000	35 000
Utensili elettrici e utensili ad aria compressa	4 000	14 000	5 000	20 000

Macchine per la lavorazione del legno

Punto di applicazione	Durata consigliata in h
	Cuscinetti a sfere		Cuscinetti a rulli
	da	fino a	da	fino a
Mandrini per fresatrici ed alberi portalame	14 000	32 000	20 000	50 000
Segatrici, supporto principale	-	-	35 000	50 000
Segatrici, supporto biella	-	-	10 000	20 000
Seghe circolari	4 000	14 000	5 000	20 000

Riduttori nelle costruzioni meccaniche

Punto di applicazione	Durata consigliata in h
	Cuscinetti a sfere		Cuscinetti a rulli
	da	fino a	da	fino a
Riduttori universali	4 000	14 000	5 000	20 000
Motoriduttori	4 000	14 000	5 000	20 000
Riduttori di grandi dimensioni, stazionari	14 000	46 000	20 000	75 000

Impianti di trasporto

Punto di applicazione	Durata consigliata in h
	Cuscinetti a sfere		Cuscinetti a rulli
	da	fino a	da	fino a
Comandi di nastri trasportatori, miniere a cielo aperto	-	-	75 000	150 000
Rulli per nastri trasportatori, miniere a cielo aperto	46 000	63 000	75 000	110 000
Rulli per nastri trasportatori, generici	7 800	21 000	10 000	35 000
Tamburi per nastri trasportatori	-	-	50 000	75 000
Trasportatori con ruote a pale, meccanismi di traslazione	7 800	21 000	10 000	35 000
Trasportatori con ruota a pale, supporti della ruota	-	-	75 000	200 000
Trasportatori con ruota a pale, comando della ruota	46 000	83 000	75 000	150 000
Pulegge per funi di trasporto	32 000	46 000	50 000	75 000
Pulegge	7 800	21 000	10 000	35 000

Pompe, soffianti, compressori

Punto di applicazione	Durata consigliata in h
	Cuscinetti a sfere		Cuscinetti a rulli
	da	fino a	da	fino a
Ventilatori, soffianti	21 000	46 000	35 000	75 000
Soffianti di grandi dimensioni	32 000	63 000	50 000	110 000
Pompe a pistoni	21 000	46 000	35 000	75 000
Pompe centrifughe	14 000	46 000	20 000	75 000
Macchine idrauliche a pistoni assiali e a pistoni radiali	500	7 800	500	10 000
Pompe ad ingranaggi	500	7 800	500	10 000
Compressori	4 000	21 000	5 000	35 000

Centrifughe, mescolatori

Punto di applicazione	Durata consigliata in h
	Cuscinetti a sfere		Cuscinetti a rulli
	da	fino a	da	fino a
Centrifughe	7 800	14 000	10 000	20 000
Mescolatori di grandi dimensioni	21 000	32 000	35 000	50 000

Macchine tessili

Punto di applicazione	Durata h consigliata
	Cuscinetti a sfere		Cuscinetti a rulli
	da	fino a	da	fino a
Filatoi, fusi per filatoi	21 000	46 000	35 000	75 000
Telai, macchine per tessitura e per maglieria	14 000	32 000	20 000	50 000

Lavorazione di materie plastiche

Punto di applicazione	Durata consigliata in h
	Cuscinetti a sfere		Cuscinetti a rulli
	da	fino a	da	fino a
Estrusori a vite per plastica	14 000	21 000	20 000	35 000
Calandre per gomma e per plastica	21 000	46 000	35 000	75 000

Frantoi, mulini, vagli

Punto di applicazione	Durata consigliata in h
	Cuscinetti a sfere		Cuscinetti a rulli
	da	fino a	da	fino a
Frantoi a mascelle	-	-	20 000	35 000
Frantoi rotanti, frantoi a cilindri	-	-	20 000	35 000
Mulini a pestelli, mulini a martelli, mulini a tamburo rotante	–	–	50 000	110 000
Mulini tubolari	-	-	50 000	100 000
Mulini vibranti	-	-	5 000	20 000
Molazze	-	-	50 000	110 000
Vibrovagli	-	-	10 000	20 000
Presse per mattonelle	-	-	35 000	50 000
Rotelle per forni rotanti	-	-	50 000	110 000

Macchine per cartiere e da stampa

Punto di applicazione	Durata consigliata in h
	Cuscinetti a sfere		Cuscinetti a rulli
	da	fino a	da	fino a
Macchine per cartiere, parte umida	-	-	110 000	150 000
Macchine per cartiere, parte di essicazione	-	-	150 000	250 000
Macchine per cartiere, refiner	-	-	80 000	120 000
Macchine per cartiere, calandre	-	-	80 000	110 000
Macchine da stampa	32 000	46 000	50 000	75 000

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Durata d’esercizio

La durata d’esercizio corrisponde alla durata del cuscinetto. La durata d’esercizio può divergere da quella calcolata.

Le possibili cause sono l’usura o l’affaticamento causate da:

dati d’esercizio diversi da quelli di progetto
disassamento tra albero e alloggiamento
gioco d’esercizio troppo piccolo o troppo grande
contaminazione
lubrificazione insufficiente
temperatura d’esercizio troppo elevata
movimenti oscillanti del cuscinetto con angoli di oscillazione molto piccoli (falsa brinellatura)
vibrazioni e formazione di ondulazioni
carichi ad urto molto elevati (sovraccarico statico)
canni causati durante il montaggio.

A causa della molteplicità dei possibili fattori in fase sia di esercizio che di montaggio la durata effettiva non può essere calcolata esattamente! Il metodo di previsione più sicuro è il raffronto con casi di montaggio analoghi!

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Capacità di carico assiale di cuscinetti a rulli cilindrici

I cuscinetti radiali a rulli cilindrici del tipo di appoggio, monodirezionale o fisso oltre alle forze radiali, sopportano anche forze assiali in una o entrambe le direzioni.

La capacità di carico assiale dipende da:

dimensione delle superfici di strisciamento tra i bordi e le superfici frontali dei corpi volventi
velocità di strisciamento sui bordi
lubrificazione delle superfici di contatto
il ribaltamento dei cuscinetti.

I bordini caricati devono essere supportati per l’intera altezza!

Il carico assiale ammissibile F_a per non può essere superato, al fine di evitare un riscaldamento inamissibile!

Il carico limite F_a max non può essere superato, al fine di evitare pressioni inammissibili sulla superficie di strisciamento!

Il rapporto F_a/F_r non deve superare il valore 0,4! Per cuscinetti in esecuzione TB il valore 0,6 è ammissibile!

Non è ammesso un carico assiale senza averene contemporaneamente uno radiale!

Cuscinetti in esecuzione TB

Per questi cuscinetti è stata migliorata notevolmente la capacità di carico assiale grazie ai nuovi metodi di calcolo e di produzione.

Una curvatura speciale delle superfici frontali dei rulli assicura condizioni ottimali di contatto tra rullo e bordo. In questo modo si riducono le pressioni superficiali assiali sul bordo, consentendo la formazione di un velo resistente di lubrificante. In condizioni d’esercizio tradizionali si previene totalmente l’usura e l’affaticamento sulla superficie di spallamento del bordo e sulla superficie frontale dei rulli. Inoltre il momento d’attrito assiale si riduce fino del 50%. In questo modo si imposta una temperatura nel cuscinetto decisamente inferiore.

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Carico assiale ammissibile e massimo

F_a per e F_a max vengono calcolati secondo:

Cuscinetti a rulli cilindrici nell’esecuzione standard

Cuscinetti in esecuzione TB

Cuscinetti nella versione standard e TB

F_a per	N
Carico assiale ammissibile
F_a max	N
Carico assiale limite
k_S
Fattore dipendente dal metodo di lubrificazione, vedere tabella
k_B
Fattore dipendente dalla serie costruttiva del cuscinetto, vedere tabella
d_M	mm
Diametro medio del cuscinetto (d + D)/2
n	min^–1
Velocità di rotazione d’esercizio.

Disallineamento dei cuscinetti
		Il disallineamento, dovuto ad esempio a flessione dell’albero, può causare una sollecitazione alterna dei bordini dell’anello interno! In questo caso il carico assiale fino ad un ribaltamento del cuscinetto di massimo 2 minuti angolari deve essere limitato a F_as in base all’equazione!

Per ribaltamenti più forti occorre un’analisi separata della resistenza!

Fattore k_S
per il metodo di lubrificazione

Metodo di lubrificazione¹⁾	Coefficiente k_S
Minima sottrazione di calore, lubrificazione a goccia d’olio, lubrificazione a nebbia d’olio, minima viscosità d’esercizio (ν ＜ 0,5 · ν₁)	7,5	fino 10
Poca sottrazione di calore, lubrificazione a sbattimento, lubrificazione ad iniezione d’olio, minimo flusso d’olio	10	fino 15
Buona asportazione di calore, lubrificazione a ricircolazione d’olio (lubrificazione con olio in pressione)	12	fino 18
Ottima sottrazione di calore, ricircolazione d’olio con raffreddamento, elevata viscosità d’esercizio (ν°＞°2 · ν₁)	16	fino 24

		______
¹		Alla base di questo valore k_S è la viscosità di riferimento ν₁ secondo capitolo lubrificazione ad olio. Utilizzare oli lubrificanti additivati, ad esempio CLP (DIN 51 517) e HLP (DIN 51 524) delle classi ISO-VG 32 fino a 460 e oli lubrificanti ATF (DIN 51 502) e oli per cambi (DIN 51 512) delle classi di viscosità SAE 75 W fino a 140 W.

Fattore del cuscinetto k_B

Serie costruttiva	Coefficiente k_B
SL1818, SL0148	4,5
SL1829, SL0149	11
SL1830, SL1850	17
SL1822	20
LSL1923, ZSL1923	28
SL1923	30
NJ2..-E, NJ22..-E, NUP2..-E, NUP22..-E	15
NJ3..-E, NJ23..-E, NUP3..-E, NUP23..-E	20
NJ4	22

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Capacità di carico statico

In caso di carichi statici elevati o urti, le piste di rotolamento ed i corpi volventi subiscono deformazioni plastiche. Queste deformazioni, caratterizzate da rumorosità di funzionamento del cuscinetto, limitano la capacità di carico statico del cuscinetto volvente.

I cuscinetti volventi non sottoposti a rotazione oppure soggetti a rotazioni saltuarie vanno dimensionati in base alla capacità di carico statico C₀.

Essa rappresenta secondo DIN ISO 76:

per cuscinetti radiali un carico radiale costante C_0r
per cuscinetti assiali, un carico assiale C_0a costante, sempre centrato.

Il carico statico C₀ è il carico in corrispondenza al quale la pressione Hertziana tra i corpi volventi e la pista di rotolamento nel punto maggiormente sollecitato raggiunge i seguenti valori:

per cuscinetti a rulli 4 000 N/mm²
per cuscinetti a sfere 4 200 N/mm²
per cuscinetti orientabili a sfere 4 600 N/mm².

Questo carico produce, nelle normali condizioni di contatto una deformazione permanente di ca. 1/10 000 del diametro del corpo volvente.

Coefficiente di sicurezza statica
		In aggiunta al dimensionamento in base alla durata all’affaticamento è consigliabile effettuare un controllo del coefficiente di sicurezza statico! Tenere in considerazione i valori orientativi e i carichi d’urto presenti in esercizio secondo tabelle, vedere tabella, link!

Il coefficiente di sicurezza statica S₀ è il rapporto tra il coefficiente di carico statico C_0r ed il massimo carico presente P₀:

S₀
Coefficiente di sicurezza statica
C₀ (C_0r, C_0a)	N
Coefficiente di carico statico
P₀ (P_0r, P_0a)	N
Carico statico equivalente del cuscinetto radiale o assiale, vedere link.

Valori indicativi per cuscinetti assiali orientabili a rulli e per cuscinetti di precisione vedere relativa descrizione dei prodotti!

Per gli astucci a rullini vale S₀ ≧ 3!

Valori orientativi
per la scelta del coefficiente di sicurezza statica

Condizioni d’esercizio	Capacità di carico statico S₀
Condizioni d’esercizio	per cuscinetti a rulli	per cuscinetti a sfere
Funzionamento silenzioso, con pochi urti ed esercizio normale con poche esigenze di silenziosità, cuscinetti con bassi movimenti di rotazione	≧ 1	≧ 0,5
Esercizio normale con elevate esigenze di silenziosità di funzionamento	≧ 2	≧ 1
Funzionamento con accentuati carichi ad urto	≧ 3	≧ 2
Supporti con elevate esigenze di precisione e silenziosità di funzionamento	≧ 4	≧ 3

Carico statico equivalente

Il carico statico equivalente P₀ è un valore calcolato. Esso corrisponde ad un carico radiale per cuscinetti radiali e ad un carico assiale e concentrico per cuscinetti assiali.

P₀ causa la stessa sollecitazione nel punto centrale del punto di contatto maggiormente caricato tra corpo volvente e pista di rotolamento come il carico effettivo combinato.

P₀	N
Carico statico equivalente sul cuscinetto
F_0r	N
Carico radiale statico sul cuscinetto
F_0a	N
Carico assiale statico sul cuscinetto
X₀
Fattore radiale dalle tabelle dimensionali oppure dalla descrizione del prodotto
Y₀
Fattore assiale dalle tabelle dimensionali oppure dalla descrizione del prodotto.

Per cuscinetti radiali a rullini e per cuscinetti radiali a rulli cilindrici vale P₀ = F_0r!

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