In cui un sottile strato di liquido percepisce il carico diretto dall'albero.
I cuscinetti idraulici e pneumatici sono spesso utilizzati per carichi elevati, alte velocità e dove è richiesto un accoppiamento preciso dell'albero quando i cuscinetti a sfera convenzionali generano troppe vibrazioni, troppo rumore o non sono adatti per apparecchiature compatte o di lunga durata. Vengono utilizzati sempre più spesso a causa del costo in calo. Ad esempio, i dischi rigidi dei computer dotati di albero motore elettrico montato su cuscinetti idraulici sono più silenziosi ed economici di quelli con cuscinetti a sfera.
Principio operativo
Vantaggi e svantaggi
Vantaggi
- I cuscinetti idraulici e pneumatici, in generale, hanno coefficienti di attrito molto bassi, molto inferiori ai cuscinetti meccanici. La principale fonte di attrito è la viscosità di un liquido o di un gas. Poiché il gas ha una viscosità inferiore rispetto al liquido, i cuscinetti gas-statici sono tra i cuscinetti con i coefficienti di attrito più bassi. Tuttavia, minore è la viscosità del liquido, maggiore è la perdita, il che richiede costi aggiuntivi per pompare il liquido (o gas) nel cuscinetto. Questi cuscinetti richiedono anche guarnizioni e migliore è la guarnizione, maggiori sono le forze di attrito.
- Sotto carichi elevati, il gioco tra le superfici nei cuscinetti idraulici cambia meno che nei cuscinetti meccanici. La rigidità del cuscinetto può essere considerata una semplice funzione della pressione media del fluido e dell'area della superficie del cuscinetto. In pratica, quando il carico sull'albero è grande e il gioco tra le superfici del cuscinetto diminuisce, la pressione del fluido sotto l'albero aumenta, la forza di resistenza del fluido aumenta notevolmente e quindi il gioco del cuscinetto viene mantenuto.
Tuttavia, nei cuscinetti a basso carico, come i cuscinetti negli azionamenti a disco, la rigidità dei cuscinetti volventi è dell'ordine di 10 7 MN/m, mentre nei cuscinetti idraulici ~ 10 6 MN/m. Per questo motivo, al fine di aumentare la rigidità, alcuni cuscinetti idraulici, in particolare i cuscinetti idrostatici, sono progettati per essere precaricati.
- A causa del modo in cui funzionano, i cuscinetti idraulici hanno spesso notevoli proprietà di smorzamento.
- I cuscinetti idraulici e pneumatici sono generalmente più silenziosi e generano meno vibrazioni rispetto ai cuscinetti volventi (a causa delle forze di attrito distribuite più uniformemente). Ad esempio, i dischi rigidi realizzati con cuscinetti idraulici (pneumatici) hanno un livello di rumore del cuscinetto/motore di 20-24 dB, che non è molto più del rumore di fondo in una stanza chiusa. I dischi con cuscinetti a rulli sono più silenziosi di almeno 4 dB.
- I cuscinetti idraulici sono più economici dei cuscinetti convenzionali a parità di carico. I cuscinetti idraulici e pneumatici sono semplici nel design. Al contrario, i cuscinetti volventi contengono rulli o sfere che hanno una forma complessa e richiedono un'elevata precisione di fabbricazione: è molto difficile produrre superfici di rotolamento perfettamente rotonde e lisce. Nei cuscinetti meccanici ad alte velocità di rotazione, le superfici si deformano a causa della forza centrifuga, mentre i cuscinetti idraulici e pneumatici sono autocorrettivi per piccole deviazioni nella forma delle parti del cuscinetto.
- I cuscinetti idrostatici e molti pneumatici sono più complessi e costosi dei cuscinetti idrodinamici a causa della pompa.
svantaggi
- I cuscinetti fluidodinamici in genere dissipano più energia dei cuscinetti a sfera.
- La dissipazione di energia nei cuscinetti, così come la rigidità e le loro proprietà di smorzamento, dipendono fortemente dalla temperatura, il che complica la progettazione e il funzionamento dei cuscinetti in un ampio intervallo di temperature.
- I cuscinetti idraulici e pneumatici possono incepparsi o collassare improvvisamente in situazioni critiche. I cuscinetti a sfera spesso si guastano gradualmente, questo processo è accompagnato dalla comparsa di rumori estranei e contraccolpi udibili.
- Lo squilibrio dell'albero e di altre parti nei cuscinetti idraulici e pneumatici è maggiore dello squilibrio nei cuscinetti a sfera, il che porta a una precessione più grave, che porta a una riduzione della vita del cuscinetto e a un deterioramento dei suoi indicatori di qualità [ ] .
- Un altro svantaggio dei cuscinetti idraulici e pneumatici è la perdita di liquidi o gas verso l'esterno del cuscinetto; trattenere liquidi o gas all'interno di un cuscinetto può essere difficile. I perni idraulici e pneumatici sono spesso installati in stringhe doppie e triple per evitare perdite da un lato. I cuscinetti idraulici che utilizzano olio non vengono utilizzati dove la perdita di olio nell'ambiente è inaccettabile o dove la manutenzione non è economicamente fattibile.
Applicazione di cuscinetti fluidodinamici
I cuscinetti idrodinamici sono i più utilizzati nelle macchine per la loro semplicità di progettazione, sebbene durante i periodi di avviamento e arresto, a basse velocità, operino in condizioni di lubrificazione limite o addirittura di attrito "a secco".
- Uno dei principali esempi del regime di attrito idrodinamico della vita quotidiana sono i cuscinetti dell'albero motore e dell'albero a camme di un motore a combustione interna, in cui, durante il suo funzionamento, viene costantemente trattenuto un cuneo d'olio a causa della viscosità dell'olio e della rapida rotazione dell'albero. L'usura dell'albero principale si verifica al momento dell'avviamento e dell'arresto del motore, quando i giri dell'albero sono insufficienti per mantenere il cuneo d'olio e l'attrito diventa attrito limite.
- Nelle moderne macchine utensili di precisione che operano sotto carichi leggeri, specialmente nella rettifica
- L'uso di cuscinetti a strisciamento idrodinamici al posto dei cuscinetti volventi nei dischi rigidi dei computer consente di regolare la velocità di rotazione del mandrino in un'ampia gamma, ridurre il rumore e l'effetto delle vibrazioni sul funzionamento dei dispositivi, aumentando così la velocità di trasferimento dei dati e garantendo il sicurezza delle informazioni registrate, oltre a creare dischi rigidi più compatti dischi (0,8 pollici). Tuttavia, ci sono una serie di svantaggi: elevate perdite per attrito e, di conseguenza, efficienza ridotta (0,95 ... 0,98); la necessità di lubrificazione continua; usura irregolare di cuscinetti e perni; utilizzo di materiali costosi per la fabbricazione di cuscinetti.
- Nelle pompe, ad esempio, nella pompa di circolazione del reattore RBMK-1000.
- Nelle ventole per il raffreddamento di un personal computer. L'utilizzo di questo tipo di cuscinetto può ridurre il rumore e migliorare l'efficienza del sistema di raffreddamento. Anche inizialmente, un cuscinetto fluidodinamico è più silenzioso di un cuscinetto a strisciamento. Dopo la fine di un certo periodo di funzionamento, non perde le sue proprietà acustiche e non diventa più rumoroso, a differenza di altri cuscinetti.
Applicazione di cuscinetti dinamici a gas
Note (modifica)
Letteratura
- Macchine per il taglio dei metalli: Libro di testo / V.E. Push, Mosca: Ingegneria meccanica, 1986.- 564 p.
Il contenuto dell'articolo
CUSCINETTO, un'unità strutturale di macchine e meccanismi che supporta o guida un albero o asse rotante. Se il perno dell'albero nel cuscinetto scorre direttamente sulla superficie del cuscinetto, viene chiamato cuscinetto a manicotto. Se sono presenti sfere o rulli tra il perno dell'albero e la superficie del cuscinetto, tale cuscinetto viene chiamato cuscinetto volvente. Lo scopo del cuscinetto è ridurre l'attrito tra le parti mobili e fisse della macchina, poiché l'attrito è associato a perdite di energia, riscaldamento e usura.
Cuscinetti a strisciamento.
Un cuscinetto a strisciamento è un massiccio supporto metallico con un foro cilindrico, nel quale è inserito un manicotto, o inserto, in materiale antifrizione. Il perno, o perno, dell'albero entra nel foro del manicotto del cuscinetto con un piccolo gioco. Per ridurre l'attrito e l'usura, il cuscinetto viene solitamente lubrificato in modo che l'albero sia separato dalla boccola da un film di liquido oleoso viscoso. Le prestazioni di un cuscinetto a strisciamento sono determinate dalle sue dimensioni (lunghezza e diametro), dalla viscosità del lubrificante e dalla velocità di rotazione dell'albero.
Lubrificazione.
Qualsiasi liquido sufficientemente viscoso può essere utilizzato per lubrificare il cuscinetto a strisciamento: olio, acqua, benzina e cherosene, emulsioni di acqua e olio e, in alcuni casi, anche gas (ad esempio aria riscaldata e prodotti della combustione nei motori a reazione) e metalli liquidi. Vengono utilizzati anche lubrificanti plastici e solidi ("grasso"), ma le loro proprietà lubrificanti sono diverse da quelle dei liquidi e dei gas. Nei casi in cui la circolazione naturale del lubrificante nel cuscinetto non sia sufficiente a raffreddarlo, è previsto un sistema a circolazione forzata con radiatori ad emissione di calore e dissipatori di calore.
Cuscinetti idrostatici.
Un cuscinetto a manicotto in cui la lubrificazione è fornita sotto pressione (di solito da una pompa dell'olio) da una fonte esterna è chiamato cuscinetto idrostatico. La capacità portante di un tale cuscinetto è determinata principalmente dalla pressione del lubrificante fornito e non dipende dalla velocità periferica dell'albero.
Cuscinetti idrodinamici.
Un cuscinetto a manicotto lubrificato può essere pensato come una pompa. Per spostare un mezzo viscoso da una regione di bassa pressione a una regione di alta pressione, è necessario consumare energia da una fonte esterna. Il grasso che aderisce alle superfici di contatto, quando l'albero ruota, resiste all'abrasione completa e viene schiacciato nell'area in cui la pressione aumenta, mantenendo così uno spazio tra queste superfici. Un cuscinetto a manicotto, in cui viene creata un'area di alta pressione nel modo descritto, che trattiene il carico, è chiamato idrodinamico.
Cuscinetti volventi.
In un cuscinetto volvente, l'attrito radente è sostituito dall'attrito volvente, riducendo così le perdite di energia per attrito e riducendo l'usura.
Cuscinetti a sfera.
Il cuscinetto volvente più comune è il cuscinetto a sfere. La forma delle scanalature (piste) degli anelli interno ed esterno di un cuscinetto volvente deve essere controllata in modo molto preciso durante la fabbricazione in modo che, da un lato, non vi sia slittamento delle sfere rispetto all'anello e dall'altro , hanno un'area portante sufficientemente ampia. Il separatore imposta l'esatta posizione delle sfere e impedisce il loro reciproco attrito. Oltre ai cuscinetti a una corona di sfere, vengono prodotti cuscinetti a due e più file di sfere (a doppia corona, a più file), nonché cuscinetti di altri design.
Cuscinetti a rulli.
I cuscinetti a rulli nei cuscinetti a rulli sono rulli: cilindrici, a forma di botte, conici, a forma di ago o ritorti. Anche i design dei cuscinetti a rulli sono vari.
Lubrificazione.
La durata dei cuscinetti a rulli è determinata dall'usura a fatica delle sfere (rulli) e delle piste negli anelli, che richiedono anche lubrificazione per ridurre l'attrito e l'usura. La temperatura di esercizio è importante, poiché a temperature elevate, non solo influisce l'espansione termica ineguale degli elementi del cuscinetto, che porta a un aumento dello scorrimento e quindi all'usura, ma diminuisce anche la durezza dei materiali del cuscinetto.
Materiali portanti.
I cuscinetti a strisciamento sono realizzati con una varietà di metalli, leghe, plastica, compositi e altri materiali. Per molto tempo il materiale principale per cuscinetti è stato il babbitt, brevettato da A. Babbitt nel 1839. Questa lega a base di stagno o piombo con piccole aggiunte di antimonio, rame, nichel, ecc. consente una serie di opzioni compositive che si differenziano per le relative contenuto dei componenti. Le leghe Babbitt sono diventate, per così dire, lo standard per la valutazione di altri materiali per cuscinetti, tra cui combinazioni di materiali che si sono dimostrati efficaci singolarmente: babbitt e acciaio; babbitt, acciaio e bronzo; piombo con indio; argento e acciaio; grafite e bronzo. Tra le plastiche per cuscinetti a strisciamento spiccano il nylon e il teflon, che non necessitano di lubrificazione. Grafite di carbonio, cermet e compositi sono utilizzati anche come materiali per le boccole dei cuscinetti a manicotto.
Il contenuto dell'articolo
CUSCINETTO, un'unità strutturale di macchine e meccanismi che supporta o guida un albero o asse rotante. Se il perno dell'albero nel cuscinetto scorre direttamente sulla superficie del cuscinetto, viene chiamato cuscinetto a manicotto. Se sono presenti sfere o rulli tra il perno dell'albero e la superficie del cuscinetto, tale cuscinetto viene chiamato cuscinetto volvente. Lo scopo del cuscinetto è ridurre l'attrito tra le parti mobili e fisse della macchina, poiché l'attrito è associato a perdite di energia, riscaldamento e usura.
Cuscinetti a strisciamento.
Un cuscinetto a strisciamento è un massiccio supporto metallico con un foro cilindrico, nel quale è inserito un manicotto, o inserto, in materiale antifrizione. Il perno, o perno, dell'albero entra nel foro del manicotto del cuscinetto con un piccolo gioco. Per ridurre l'attrito e l'usura, il cuscinetto viene solitamente lubrificato in modo che l'albero sia separato dalla boccola da un film di liquido oleoso viscoso. Le prestazioni di un cuscinetto a strisciamento sono determinate dalle sue dimensioni (lunghezza e diametro), dalla viscosità del lubrificante e dalla velocità di rotazione dell'albero.
Lubrificazione.
Qualsiasi liquido sufficientemente viscoso può essere utilizzato per lubrificare il cuscinetto a strisciamento: olio, acqua, benzina e cherosene, emulsioni di acqua e olio e, in alcuni casi, anche gas (ad esempio aria riscaldata e prodotti della combustione nei motori a reazione) e metalli liquidi. Vengono utilizzati anche lubrificanti plastici e solidi ("grasso"), ma le loro proprietà lubrificanti sono diverse da quelle dei liquidi e dei gas. Nei casi in cui la circolazione naturale del lubrificante nel cuscinetto non sia sufficiente a raffreddarlo, è previsto un sistema a circolazione forzata con radiatori ad emissione di calore e dissipatori di calore.
Cuscinetti idrostatici.
Un cuscinetto a manicotto in cui la lubrificazione è fornita sotto pressione (di solito da una pompa dell'olio) da una fonte esterna è chiamato cuscinetto idrostatico. La capacità portante di un tale cuscinetto è determinata principalmente dalla pressione del lubrificante fornito e non dipende dalla velocità periferica dell'albero.
Cuscinetti idrodinamici.
Un cuscinetto a manicotto lubrificato può essere pensato come una pompa. Per spostare un mezzo viscoso da una regione di bassa pressione a una regione di alta pressione, è necessario consumare energia da una fonte esterna. Il grasso che aderisce alle superfici di contatto, quando l'albero ruota, resiste all'abrasione completa e viene schiacciato nell'area in cui la pressione aumenta, mantenendo così uno spazio tra queste superfici. Un cuscinetto a manicotto, in cui viene creata un'area di alta pressione nel modo descritto, che trattiene il carico, è chiamato idrodinamico.
Cuscinetti volventi.
In un cuscinetto volvente, l'attrito radente è sostituito dall'attrito volvente, riducendo così le perdite di energia per attrito e riducendo l'usura.
Cuscinetti a sfera.
Il cuscinetto volvente più comune è il cuscinetto a sfere. La forma delle scanalature (piste) degli anelli interno ed esterno di un cuscinetto volvente deve essere controllata in modo molto preciso durante la fabbricazione in modo che, da un lato, non vi sia slittamento delle sfere rispetto all'anello e dall'altro , hanno un'area portante sufficientemente ampia. Il separatore imposta l'esatta posizione delle sfere e impedisce il loro reciproco attrito. Oltre ai cuscinetti a una corona di sfere, vengono prodotti cuscinetti a due e più file di sfere (a doppia corona, a più file), nonché cuscinetti di altri design.
Cuscinetti a rulli.
I cuscinetti a rulli nei cuscinetti a rulli sono rulli: cilindrici, a forma di botte, conici, a forma di ago o ritorti. Anche i design dei cuscinetti a rulli sono vari.
Lubrificazione.
La durata dei cuscinetti a rulli è determinata dall'usura a fatica delle sfere (rulli) e delle piste negli anelli, che richiedono anche lubrificazione per ridurre l'attrito e l'usura. La temperatura di esercizio è importante, poiché a temperature elevate, non solo influisce l'espansione termica ineguale degli elementi del cuscinetto, che porta a un aumento dello scorrimento e quindi all'usura, ma diminuisce anche la durezza dei materiali del cuscinetto.
Materiali portanti.
I cuscinetti a strisciamento sono realizzati con una varietà di metalli, leghe, plastica, compositi e altri materiali. Per molto tempo il materiale principale per cuscinetti è stato il babbitt, brevettato da A. Babbitt nel 1839. Questa lega a base di stagno o piombo con piccole aggiunte di antimonio, rame, nichel, ecc. consente una serie di opzioni compositive che si differenziano per le relative contenuto dei componenti. Le leghe Babbitt sono diventate, per così dire, lo standard per la valutazione di altri materiali per cuscinetti, tra cui combinazioni di materiali che si sono dimostrati efficaci singolarmente: babbitt e acciaio; babbitt, acciaio e bronzo; piombo con indio; argento e acciaio; grafite e bronzo. Tra le plastiche per cuscinetti a strisciamento spiccano il nylon e il teflon, che non necessitano di lubrificazione. Grafite di carbonio, cermet e compositi sono utilizzati anche come materiali per le boccole dei cuscinetti a manicotto.
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I principali tipi di cuscinetti
I cuscinetti sono dispositivi tecniciessendoparte dei supporti per assi e alberi rotanti. Percepiscono i carichi radiali e assiali applicati all'albero o all'asse e li trasferiscono al telaio, alla carrozzeria o ad altre parti della struttura. Allo stesso tempo, devono anche mantenere l'albero nello spazio, fornire rotazione, oscillazione o movimento lineare con una perdita di energia minima. L'efficienza, le prestazioni e la durata della macchina dipendono in gran parte dalla qualità dei cuscinetti.
Attualmente, i cuscinetti sono ampiamente utilizzati:
contatto (con superfici di sfregamento) - cuscinetti volventi io e scivolo;
senza contatto (non avendo superfici di sfregamento) - cuscinetti magnetici.
Per il tipo di attrito, si distinguono:
cuscinetti a strisciamento, in cui la superficie di appoggio dell'asse o dell'albero scorre lungo la superficie di lavoro del cuscinetto;
cuscinetti volventiche sfruttano l'attrito volvente dovuto all'installazione di sfere o rulli tra gli anelli dei cuscinetti mobili e fissi.
Cuscinetti a strisciamento
Schema schematico di un supporto con un cuscinetto a manicotto
Cuscinetto a manicottoregali è un corpo con un foro cilindrico in cui è inserito un inserto o manicotto in materiale antifrizione(spesso vengono utilizzati metalli non ferrosi) e un dispositivo di lubrificazione. C'è uno spazio tra l'albero e il foro del manicotto del cuscinetto, che consente all'albero di ruotare liberamente. Per il corretto funzionamento dei cuscinetti, il gioco viene precalcolato.
A seconda del progetto, la velocità periferica del perno, le condizioni operative, l'attrito radente è:
liquido, quando le superfici dell'albero e del cuscinetto sono separate da uno strato di lubrificante liquido , o non c'è contatto diretto tra queste superfici, o avviene in aree separate;
limite - le superfici dell'albero e del cuscinetto sono a contatto completamente o in aree di grande lunghezza e il lubrificante è sotto forma di un film sottile ;
a secco - contatto diretto tra albero e superfici dei cuscinetti su tutta la lunghezza o su lunghi tratti , non c'è lubrificante liquido o gassoso;
gas - l'albero e le superfici dei cuscinetti sono separati da uno strato di gas, l'attrito è minimo.
Tipi di lubrificazione dei cuscinetti a manicotto
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I principali tipi di lubrificazione |
Lubrificanti e materiali per la creazione di rivestimenti lubrificanti. Opzioni di lubrificazione |
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Nello stato nanostrutturato: C, BN, MoS 2 e WS 2; Sotto forma di rivestimenti nanocompositi: WC/C, MoS2/C, WS2/C, TiC/C e nanodiamante; Sotto forma di diamante e rivestimenti di carbonio simile al diamante: film di diamante, carbonio idrogenato ( a - C: H ), carbonio amorfo ( un -C), nitruro di carbonio ( C 3 N 4 ) e nitruro di boro ( BN); Sotto forma di rivestimenti duri e superduri da VC, B 4 C, Al 2 O 3, SiC, Si 3 O 4, TiC, TiN, TiCN, AIN e BN, Sotto forma di pellicole squamose di MoS 2 e grafite; Sotto forma di pellicole non metalliche di biossido di titanio, fluoruro di calcio, vetro, ossido di piombo, ossido di zinco e ossido di stagno, Sotto forma di film di metalli teneri: piombo, oro, argento, indio, rame e zinco, Sotto forma di compositi autolubrificanti di nanotubi, polimeri, carbonio, grafite e cermet, Sotto forma di film in scaglie di composti di carbonio: grafite fluorurata e fluoruro di grafite; Carbonio; Polimeri: PTFE, nylon e polietilene, Grassi, sapone, cera (acido stearico), Ceramiche e cermet. |
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Liquido |
Lubrificazione idrodinamica: a strato spesso ed elastoidrodinamica; |
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Pellicola sottile |
Lubrificante misto (semifluido); Lubrificazione perimetrale. |
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Lubrificazione gas-dinamica |
Esistono numerosi tipi di design dei cuscinetti a strisciamento: autoallineanti, segmentati, autolubrificanti, ecc.
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G ) |
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un - aspetto,
b - un tipico cuscinetto sferico con una superficie di scorrimento del tipo "metallo su metallo",
c - un tipico snodo sferico con superficie autolubrificante,
d - a causa della possibilità di autoallineamento e della percezione di grandi carichi, i cuscinetti sferici vengono utilizzati nelle unità di attrezzature pesanti (ad esempio, in un cilindro idraulico dell'escavatore)
Gli snodi sferici sono uno dei pochi tipi di cuscinetti a strisciamento standardizzati e prodotti in serie dall'industria
Cuscinetti a strisciamentoavere i seguenti vantaggi:
consentire un'elevata velocità di rotazione;
consentono di lavorare in acqua, con vibrazioni e carichi d'urto;
economico per grandi diametri dell'albero;
possibilità di installazione su alberi, dove il cuscinetto deve essere sdoppiato (per alberi motore);
ammettere il regolamento gioco diverso e quindi preciso installazione di geometric asse dell'albero.
a - Motore mandrino HDD con cuscinetti volventi,
b - Motore mandrino HDD con cuscinetto scorrevole idrodinamico,
c - la posizione del cuscinetto idrodinamico nell'HDD (Hard Disk Drive)
L'uso di cuscinetti a strisciamento idrodinamici al posto dei cuscinetti volventi negli HDD dei computer (Hard Disk Drive) consente di regolare la velocità di rotazione del mandrino in un ampio intervallo (fino a 20.000 giri/min), ridurre il rumore e l'effetto delle vibrazioni sul funzionamento dei dispositivi , aumentando così la velocità di trasferimento dei dati, garantendo la conservazione delle informazioni registrate e la durata del dispositivo nel suo insieme (fino a 10 anni), e anche - per creare HDD più compatti (0,8 pollici)
Confronto dei tipi di cuscinetti utilizzati nei mandrini HDD (Hard Disk Drive)
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Requisiti dell'HDD |
Requisiti dei cuscinetti |
Cuscinetto a frizione |
Cuscinetto idrodinamico |
Applicazione tipica |
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metallo duro |
in materiale poroso * |
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Grande capacità di archiviazione |
battiti singoli |
Personal computer, server |
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Velocità di rotazione elevate |
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Basso livello di rumore |
Basso livello di rumore |
Computer utente (netbook, SOHO) |
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Basso consumo di corrente |
Coppia bassa |
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Resistenza agli urti |
Resistenza agli urti |
Computer portatili (portatili) |
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Affidabilità |
Resistenza al sequestro |
Tutti i computer |
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Rigidità |
Rigidità |
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Nota:
* - i dati si riferiscono a NTN BEARPHITE;
** - designazioni: ++ - molto buono, + - buono, o - mediocre.
Svantaggi dei cuscinetti a manicotto:
elevate perdite per attrito e quindi efficienza ridotta (0,95... 0,98);
necessità di lubrificazione continua;
usura irregolare di cuscinetti e perni;
l'uso di materiali costosi per la fabbricazione di cuscinetti;
intensità di lavoro relativamente elevata di fabbricazione.
Cuscinetti volventi
Schema schematico di un supporto con un cuscinetto volvente
Cuscinetti volventifunzionano principalmente con attrito volvente e sono costituiti da due anelli, elementi volventi, un separatore che separa gli elementi volventi tra loro, mantenendoli equidistanti e dirigendone il movimento. Sulla superficie esterna dell'anello interno e sulla superficie interna dell'anello esterno (sulle superfici terminali degli anelli dei cuscinetti volventi assiali), vengono realizzate scanalature - piste lungo le quali i corpi volventi rotolano durante il funzionamento del cuscinetto.
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d) e) |
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a - con corpi volventi a sfere, b - con rulli cilindrici corti, c - con rulli cilindrici lunghi o ad aghi, d - con rulli conici,
d - con rulli a botte
Nota : sono mostrati solo alcuni tipi di corpi volventi
Nei cuscinetti volventi vengono utilizzati elementi volventi di varie forme.
In alcune unità di macchine per ridurre le dimensioni, oltre a migliorare la precisione e la rigidità, vengono utilizzati i cosiddetti cuscinetti combinati: le piste sono realizzate direttamente sull'albero o sulla superficie della parte del corpo. Alcuni cuscinetti volventi sono prodotti senza gabbia. Tali cuscinetti hanno un gran numero di elementi volventi e, quindi, una grande capacità di carico. Tuttavia, le velocità di rotazione limite dei cuscinetti a pieno riempimento sono notevolmente inferiori a causa delle maggiori coppie di resistenza alla rotazione.
Per ridurre le dimensioni e il peso radiali vengono utilizzati cuscinetti “no-break”.
Confronto dei cuscinetti volventi in base alle prestazioni
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Tipo di cuscinetto |
Alta velocità |
Percezione di inclinazione |
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radiale |
assiale |
combinato |
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Sfera radiale |
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Sfera radiale a doppia fila sferica |
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Sfera a singola fila di contatto angolare |
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Sfera a contatto angolare doppia fila e singola fila doppia ("back to back") |
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Palla a quattro punti di contatto |
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Con rulli cilindrici corti senza flange su uno degli anelli |
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Con rulli cilindrici corti con flange sui lati opposti degli anelli esterno e interno |
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Ago radiale |
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Rullo sferico |
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Rullo conico |
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Sfera di spinta |
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Spinta con rulli conici |
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Rullo di spinta radiale sferico |
Nota:
* - designazioni: +++ - molto buono, ++ - buono, + - soddisfacente, o - cattivo, x - inutilizzabile.
Rispetto ai cuscinetti a manicotto, presentano i seguenti vantaggi:
tanto minori perdite per attrito e, di conseguenza, maggiore efficienza (fino a 0,995) e minor riscaldamento;
10 ... 20 volte meno coppia di attrito all'avviamento;
risparmio di materiali colorati scarsi, che sono più spesso utilizzati nella produzione di cuscinetti a strisciamento;
minori ingombri in senso assiale;
facilità di manutenzione e sostituzione;
minor consumo di lubrificante;
basso costo dovuto alla produzione in serie di cuscinetti standard;
facilità di riparazione della macchina grazie all'intercambiabilità dei cuscinetti.
e)
un - danno all'anello interno di un cuscinetto orientabile a rulli causato da eccessiva interferenza durante l'atterraggio;
b - corrosione da sfregamento anello interno di un cuscinetto cilindrico a rulli radiali causato da vibrazioni;
v- danno all'anello interno di un cuscinetto a sfere a gola profonda causato da un carico assiale eccessivo;
G - danneggiamento dell'anello interno di un cuscinetto cilindrico radiale a rulli causato da un carico radiale eccessivo;
e - tracce di ruggine sulla superficie del rullo di un cuscinetto orientabile a rulli, causate dall'ingresso di acqua nel cuscinetto;
e- danni alla gabbia del cuscinetto a rulli conici causati da carichi pesanti e/o vibrazioni, e/o errata installazione e/o lubrificazione e/o funzionamento ad alte velocità
Danni ai cuscinetti a rulli
Gli svantaggi dei cuscinetti volventi sono:
uso limitato a carichi molto elevati e velocità elevate;
inidoneità al lavoro sotto carichi di urti e vibrazioni significativi a causa di elevate sollecitazioni di contatto e scarsa capacità di smorzare le vibrazioni;
ingombri significativi in senso radiale e peso;
rumore durante il funzionamento dovuto a errori di forma;
la complessità dell'installazione e del montaggio dei gruppi di cuscinetti;
maggiore sensibilità all'imprecisione dell'installazione;
costi elevati per la produzione su piccola scala di cuscinetti di dimensioni uniche.
Cuscinetti magnetici
Principio di funzionamento cuscinetto magnetico (sospensione) basato sull'uso della levitazione creata da campi elettrici e magnetici. I cuscinetti magnetici consentono senza contatto fisico di effettuare la sospensione dell'albero rotante e la sua rotazione relativa senza attrito e usura.
Il giocattolo per bambini Levitron dimostra chiaramente di cosa sono capaci i campi elettromagnetici
Le sospensioni elettriche e magnetiche, a seconda del principio di funzionamento, sono generalmente suddivise in nove tipi:
elettrostatico;
su magneti permanenti;
magnetico attivo;
LC - risonante;
induzione;
conduttivo;
diamagnetico;
Superconduttore;
Magnetoidrodinamico.
Schema schematico di un tipico sistema di cuscinetti magnetici attivi (AMB)
I più popolari sono i cuscinetti magnetici attivi.Cuscinetto magnetico attivo (AMB) è un dispositivo meccatronico controllato in cui la posizione del rotore è stabilizzata da forze di attrazione magnetica che agiscono sul rotore dal lato degli elettromagneti, la cui corrente è regolata da un sistema di controllo automatico in base ai segnali dei sensori di spostamento del rotore. La sospensione completa del rotore senza contatto può essere eseguita utilizzando due AMB radiali e uno assiale o due AMB conici. Pertanto, il sistema di sospensione magnetica del rotore comprende sia i cuscinetti stessi, incorporati nel corpo macchina, sia una centralina elettronica collegata tramite fili agli avvolgimenti di elettromagneti e sensori. Il sistema di controllo può utilizzare sia l'elaborazione del segnale analogica che quella digitale più moderna.
Schema del circuito di controllo di un tipico sistema di cuscinetti magnetici attivi
I principali vantaggi di AMP sono:
capacità di carico relativamente elevata;
elevata resistenza meccanica;
la capacità di implementare una sospensione stabile senza contatto del corpo;
la capacità di modificare la rigidità e lo smorzamento su un'ampia gamma;
la possibilità di utilizzare ad alte velocità di rotazione, in vuoto, alte e basse temperature, tecnologie sterili...
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a - schema di un compressore con cuscinetti volventi,
b - schema di un compressore con cuscinetti magnetici
L'uso di cuscinetti magnetici consente di rendere la struttura più rigida, il che, ad esempio, consente di ridurre la flessione dinamica dell'albero alle alte velocità.
Attualmente è in fase di creazione uno standard internazionale per AMP, per il quale è stato creato un comitato speciale ISO TC108 / SC2 / WG7.
AMP può essere efficacemente utilizzato nelle seguenti apparecchiature:
Turbocompressori e turbofan;
Pompe turbomolecolari;
Elettromandrini (fresatura, foratura, rettifica);
Turboespansori;
turbine a gas e gruppi turboelettrici;
accumulo di energia inerziale.
Mandrini per macchine sottovuoto insieme a cuscinetti magnetici attivi
Tuttavia, gli AMP richiedono apparecchiature di controllo complesse e costose, una fonte esterna di elettricità, che riduce l'efficienza e l'affidabilità dell'intero sistema.Pertanto, sono in corso lavori attivi per creare cuscinetti magnetici passivi (PMB), che non richiedono sistemi di controllo complessi: ad esempio, basati su magneti permanenti ad alta energia NdFeB (neodimio-ferro-boro).
Cuscinetto magnetico passivo basato su magneti permanenti ad alta energia
1
) Albert Kascak,
Roberto Fusaro &Wilfredo Morales. Cuscinetto magnetico permanente per applicazioni spaziali. NASA/TM-2003-211996;
2)
Cuscinetti a sfere e a rulli. piatto. n° 2202. NTN, 2001;
3)
Cura e manutenzione dei cuscinetti. piatto. No.3017 NTN;
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6)
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10
) Lei Shi, Lei Zhao, Guojun Yang, ecc. PROGETTAZIONE ED ESPERIMENTI DEL MAGNETICO ATTIVO
SISTEMA DI CUSCINETTI PER HTR-10. 2nd International Topical Meeting sulla TECNOLOGIA DEI REATTORI AD ALTA TEMPERATURA... Pechino, CINA, 22-24 settembre 2004;
11)
Catalogo generale della serie di guide a rotolamento a movimento lineare, IKO;
12
) Cuscinetti volventi di precisione. Cat. No. 2260-II / E. NTN;13
) Snodi sferici. Cat. No. 5301-II / E. NTN;
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) Anuryev V.I. Manuale del costruttore di macchine. M.: Ingegneria Meccanica, 2001;
16) Zhuravlev Yu. N. Cuscinetti magnetici attivi: teoria, calcolo, applicazione. - SPb.: Politecnico, 2003;
17
) Orlov P.I. Nozioni di base del design / Guida di riferimento in 2 libri. M.: Ingegneria Meccanica, 1988;
18) Chermenskij O.N., Fedotov N.N. Cuscinetti volventi.INSIEME A directory directory. M: Ingegneria Meccanica, 2003.
Il modello di utilità si riferisce a unità e parti di macchine che garantiscono il normale funzionamento di macchine e impianti, ovvero a cuscinetti a manicotto per il movimento rotatorio. Il dispositivo rivendicato può essere utilizzato nei cuscinetti dei mandrini delle rettificatrici. Il problema tecnico che il dispositivo rivendicato deve risolvere è quello di migliorare la producibilità del cuscinetto idrodinamico semplificando il sistema di regolazione del gioco di montaggio tra il cuscinetto e l'albero mandrino della macchina. Questo problema è risolto dal fatto che il cuscinetto idrodinamico montato sull'albero mandrino macchina contiene due anelli di supporto collegati da perni con una guarnizione installata tra di loro e tre canne di supporto autoallineanti, ciascuna delle quali contiene un supporto sferico. In questo caso, viene realizzato uno smusso anulare su ciascuno degli anelli di supporto dal lato della loro connessione e ciascuna delle tre camicie autoallineanti di supporto contiene una scanalatura emisferica. Il risultato tecnico fornito dal set di caratteristiche specificato è quello di migliorare la producibilità del cuscinetto idrodinamico, grazie alle peculiarità del progetto proposto di boccole autoallineanti e alla regolazione semplificata del gioco tra gli anelli di supporto, selezionando lo spessore del guarnizione.
Il modello di utilità si riferisce a unità e parti di macchine che garantiscono il normale funzionamento di macchine e impianti, ovvero a cuscinetti a manicotto per il movimento rotatorio. Il dispositivo rivendicato può essere utilizzato nei cuscinetti dei mandrini delle rettificatrici.
La tecnica nota conosce la progettazione di un cuscinetto volvente (e.con. SU 1557382, IPC F16C ЗЗ / 38, publ. 15.04.90, bul. 14), contenente un anello interno ed uno esterno, elementi volventi interposti tra loro e un separatore che li separa sotto forma di rondelle terminali con sporgenze. Lo spazio libero tra gli anelli è riempito con un solido riempitivo lubrificante antifrizione.
Uno svantaggio del design noto di cuscinetti volventi è la sua bassa velocità operativa.
Cuscinetto a strisciamento a segmento radiale idrodinamico noto (e.con. 1516640, IPC F16C 17/24, publ. 23.10.89, bul. 39), contenente segmenti autoallineanti installati su elementi di supporto, uniti ad anello chiuso da elementi elastici rigidamente collegati ad essi, e anche un sistema di monitoraggio e controllo del carico comprendente un sensore e un amplificatore ad esso collegato.
Lo svantaggio del design del cuscinetto idrodinamico è la complessità del suo funzionamento, associata alla necessità di regolare manualmente il gioco di montaggio per ciascuna delle boccole. Inoltre, il noto cuscinetto idrodinamico ha una bassa producibilità a causa della presenza di complessi elementi di automazione nel suo design.
Il problema tecnico che il dispositivo rivendicato deve risolvere è quello di migliorare la producibilità del cuscinetto idrodinamico semplificando il sistema di regolazione del gioco di montaggio tra il cuscinetto e l'albero mandrino della macchina.
Questo problema è risolto dal fatto che il cuscinetto idrodinamico montato sull'albero mandrino macchina contiene due anelli di supporto collegati da perni con una guarnizione interposta e tre boccole autoallineanti, ciascuna delle quali contiene un supporto sferico. In questo caso, viene realizzato uno smusso anulare su ciascuno degli anelli di supporto dal lato della loro connessione e ciascuna delle tre camicie autoallineanti contiene una scanalatura emisferica.
Il risultato tecnico fornito dal set di caratteristiche specificato è quello di migliorare la producibilità del cuscinetto idrodinamico, grazie alle peculiarità del progetto proposto di boccole autoallineanti e alla regolazione semplificata del gioco tra gli anelli di supporto, selezionando lo spessore del guarnizione.
Il modello di utilità è illustrato da disegni, dove in FIG. 1 mostra un cuscinetto idrodinamico, la FIG. 2 - la posizione delle boccole del cuscinetto autoallineante e la posizione del cuscinetto idrodinamico sul mandrino della macchina.
Il cuscinetto idrodinamico, montato sull'albero mandrino della macchina, contiene due anelli di supporto 1, collegati da perni 2 con un distanziale 3 interposto e tre camicie autoallineanti 4, ciascuna delle quali contiene un supporto sferico 5. In questo caso, su ciascuno degli anelli di supporto dal lato della loro connessione è realizzato con uno smusso anulare 6 e ciascuna delle tre boccole autoallineanti contiene una scanalatura emisferica 7.
In ciascuno dei tre semicuscinetti autoallineanti 4, vengono realizzate scanalature radiali a una profondità rispettivamente di h 1 e h 3, necessaria per rettificare le scanalature semisferiche 7 e garantire un'installazione accurata di cuscinetti sferici 5 con un diametro DC nei cuscinetti orientabili ad una profondità di h 2. Negli anelli di supporto viene praticata una scanalatura con raggio R per fissare i supporti sferici 5 e impedire che si muovano lungo gli smussi negli anelli di supporto 1.
Il foro di diametro d 1 negli snodi sferici è progettato per garantire la loro completa immersione nello strato d'olio ed escludere l'attrito reciproco degli anelli e delle boccole. Gli snodi sferici sono fissati da due anelli di supporto, il cui diametro esterno è D 1 e il diametro interno è D 2. Tra gli anelli di supporto è installato un distanziale 3 che regola la distanza diametrale. I suddetti elementi strutturali del cuscinetto sono collegati in un unico sottoinsieme mediante perni 2 di diametro D 3 e lunghezza L pari alla larghezza del cuscinetto. L'installazione dei perni viene eseguita nei fori, il cui centro è ad una distanza DW dal centro del cuscinetto e ad una distanza t nella sezione trasversale dal bordo dell'inserto autoallineante (Fig. 2) .
Il cuscinetto è installato sull'albero mandrino 8, mentre il gioco di montaggio richiesto determina la distanza H dal punto superiore dello snodo sferico all'albero mandrino della macchina (Fig. 1).
Cuscinetto idrodinamico funziona come segue.
Preliminarmente, la dimensione richiesta del gioco diametrale tra gli anelli di supporto 1 viene regolata selezionando lo spessore della guarnizione 3.
Inoltre, la regolazione del gioco di montaggio tra l'albero del mandrino 8 e le camicie autoallineanti 4. La regolazione viene eseguita sull'albero, il cui diametro è uguale al diametro dell'albero del mandrino. Con l'aiuto del distanziale 3 tra gli anelli di supporto 1, viene eseguito uno spostamento, spostando gli snodi sferici 5 verso l'alto o verso il basso, a seconda della dimensione richiesta dello spazio di montaggio. La preimpostazione del gioco di montaggio è necessaria a causa della complessità della sua regolazione direttamente sull'albero del mandrino della macchina.
