Cuscinetti orientabili a rulli: ideali per ogni stagione

Cuscinetti orientabili a rulli: ideali per ogni stagione

Nel 1919 SKF lanciò un prodotto che avrebbe trasformato il mondo dei cuscinetti e le loro applicazioni in innumerevoli industrie. Negli ultimi cento anni, il cuscinetto orientabile a rulli si è costantemente evoluto grazie all’innovazione continua che ne amplia i confini prestazionali. Verosimilmente, in futuro continuerà a essere uno dei tipi più versatili in molteplici campi ingegneristici.

Testo Elaine McClarence
Foto SKF

Cuscinetti orientabili a rulli

I cuscinetti orientabili a rulli all’inizio erano impiegati in applicazioni con carichi elevati, velocità moderate e rischio di disallineamento. Il loro uso si è poi ampliato fino a comprendere turbine eoliche, motori navali, attrezzature per la lavorazione della canna da zucchero, macchine per carta e cellulosa, movimentazione materiali, attrezzature minerarie ed edili. Una crescita alla quale ha contribuito la loro caratteristica di permettere la rotazione con basso attrito e tollerare il disallineamento angolare.

Come sono stati inventati i cuscinetti orientabili a rulli?

Il loro sviluppo è attribuito a Arvid Palmgren, un ingegnere entrato in SKF nel 1917 nel settore pubblicitario per occuparsi di pubblicazioni tecniche. Rendendosi conto che il background necessario a fornire dettagli tecnici era carente, si mise a lavorare alla teoria dei cuscinetti e a condurre esperimenti in laboratorio.

Cuscinetto SKF orientabile a rulli schermato di ultima generazione.

Cuscinetto SKF orientabile a rulli schermato di ultima generazione.

Nel 1918 SKF cominciò a sviluppare un cuscinetto che potesse reggere i carichi dei cuscinetti per le ruote delle applicazioni ferroviarie e chiese a Palmgren di studiare a fondo i cuscinetti volventi. Il fondatore di SKF, Sven Wingquist, desiderava trovare una soluzione il più rapidamente possibile e dedicò tutte le risorse aziendali allo scopo. Wingquist sperava che il compito  richiedesse alcune settimane, ma non esistevano teorie sulle quali basare i calcoli per lo sviluppo dei cuscinetti, quindi Palmgren eseguì prove con diverse combinazioni di corpi volventi. Ci vollero quasi sei mesi per realizzare una nuova forma costruttiva. Al centro del suo lavoro c’era la convinzione che SKF avrebbe dovuto realizzare un prodotto che non fosse solo una buona soluzione ma che offrisse valore economico ai clienti. Nel giugno 1919 Palmgren progettò un cuscinetto orientabile a due corone di rulli, che divenne uno dei principali successi dell’azienda, sia a livello tecnico che commerciale. Questa invenzione, insieme alle ricerche svolte sulle proprietà dei cuscinetti relativamente alla loro capacità di carico e durata, lo rese un’eminente personalità del mondo ingegneristico.

Cuscinetti orientabili a rulli ottimizzati per le turbine eoliche

Cuscinetti orientabili a rulli ottimizzati per le turbine eoliche.

Nel 1924, insieme al collega Gustaf Lundberg, pubblicò la prima teoria sulla durata dei cuscinetti volventi, che sarebbe diventata lo standard nell’industria dei cuscinetti, oltre che una guida di riferimento per i successivi design. Nel 1930 a Palmgren fu conferita la medaglia d’oro dalla Royal Swedish Academy of Engineering Sciences.

Esecuzione di base dei cuscinetti orientabili a rulli

I cuscinetti orientabili a rulli prevedono due corone di rulli simmetrici, una pista sferica comune nell’anello esterno e due piste sferiche in quello interno, con una certa angolazione rispetto all’asse del cuscinetto. Il centro della sfera nella pista dell’anello esterno è sull’asse del cuscinetto.

L’evoluzione dei cuscinetti orientabili a rulli è stata supportata da altri sviluppi e miglioramenti nella qualità dei materiali. Tra questi, acciai di grado più elevato e l’introduzione di soluzioni con cuscinetti schermati e migliore lubrificazione. I tipi standard sono forniti in un’ampia gamma di dimensioni, con diametro foro da 20 a 1.800 millimetri.

Dove sono impiegati i cuscinetti orientabili a rulli?

Tappe salienti

Nel 1951 SKF ha lanciato il cuscinetto orientabile a rulli con design C, con anello guida flottante incorporato e gabbie di lamiera stampata in acciaio. Per i tipi più piccoli l’esecuzione precedente prevedeva un anello interno con orletto centrale per la ritenuta dei rulli. Nelle applicazioni con carichi combinati l’orletto si era rivelato un problema poiché provocava un aumento dell’attrito e offriva scarsa affidabilità. L’anello guida flottante permetteva ai rulli di posizionarsi in senso assiale senza indurre ulteriori sforzi interni e con attrito ridotto.

Nel 1979 è seguita la serie con design CC, dotata di rulli autoallineanti. Per la prima volta SKF era in grado di ottimizzare l’interrelazione tra rulli e piste attraverso l’analisi computerizzata. Di conseguenza, i rulli avevano maggiore libertà di trovare la posizione di equilibrio tra le piste. La nuova esecuzione offriva minore attrito, in particolare nel reggere carichi combinati.

Nel 1989 SKF ha risposto alle esigenze dell’industria di aumentare la capacità di carico per le macchine a più alte prestazioni introducendo i cuscinetti con design E. Ciò ha comportato una riprogettazione radicale dei tipi con design CC per realizzare gabbie di lamiera stampata più leggere, più tecnologiche e molto precise. Le gabbie offrivano spazio per un maggior numero di rulli molto più grandi, pur mantenendo la caratteristica di autoallineamento che produce meno attrito. Sei anni dopo veniva lanciata una gamma di cuscinetti orientabili a rulli con tenute incorporate.

 

La Las Vegas High Roller

La Las Vegas High Roller. Montaggio del sistema di cuscinetti. Installazione di bussole per la regolazione finale per il posizionamento del cuscinetto sull’albero (ved. "Dimensioni eccezionali").

Cuscinetti SKF Explorer, la svolta

Il lancio dei cuscinetti SKF Explorer, nel 1999, ha stabilito una nuova classe di prestazione dei cuscinetti orientabili a rulli che ha permesso un notevole innalzamento della densità di potenza. Il loro impatto è stato tale da rendere impossibile prevedere le loro prestazioni secondo i normali calcoli sulla durata. La serie Explorer è stata il risultato di numerosi sviluppi, compresi programmi di calcolo sempre più avanzati per ottimizzare ogni componente dei cuscinetti, miglioramenti nei processi di produzione e l’impiego di acciai per cuscinetti e trattamenti termici di qualità superiore. Tra i vantaggi per i clienti, maggiore capacità di carico, durata di esercizio prolungata e maggiore affidabilità, nonché la capacità di aumentare la velocità degli alberi, ridurre il consumo di energia, aumentare la precisione di funzionamento, ridurre i livelli di rumorosità e vibrazione e prolungare la durata del lubrificante.

Oltre al design stesso del cuscinetto, SKF ha puntato sull’importanza di impiegare le tenute più idonee per gli ambienti gravosi. Per questo SKF ha messo a punto i cuscinetti orientabili a rulli muniti di tenute e prelubrificati con un grasso di speciale formulazione. Le tenute striscianti possono ridurre o eliminare le esigenze di rilubrificazione e ridurre i costi di manutenzione. Con le soluzioni schermate anche il montaggio risulta semplificato. In alcune applicazioni, il passaggio ai tipi con tenute può aumentare la durata dei cuscinetti fino a quattro volte.

 

Dimensioni eccezionali

Nel 2015, quando è stata ultimata, con i suoi 168 metri di altezza la Las Vegas High Roller era la ruota panoramica più alta del mondo. La struttura, con le sue 28 gondole che possono trasportare ognuna fino a 40 passeggeri, ruota su due speciali cuscinetti SKF orientabili a rulli, aventi diametro foro di 1,6 m, diametro esterno di 2,3 m e peso di 8,8 tonnellate ciascuno. Ogni cuscinetto ha 30 corpi volventi per corona.

Per un’applicazione molto diversa, nel suo stabilimento di Göteborg, SKF ha costruito per l’industria mineraria il cuscinetto orientabile a rulli più grande mai costruito. Prodotto nel 2017, il cuscinetto pesa 7,8 tonnellate (ogni corpo volvente pesa 42 kg). Il diametro foro misura 1,250 metri. Il cuscinetto è equipaggiato con SKF SensorMount, un sistema esclusivo che misura l’effettivo accoppiamento albero. Ciò permette di evitare il rischio di montaggio improprio, un problema serio per i cuscinetti di grandi dimensioni.

Uno dei cuscinetti orientabili a rulli più grandi per l’industria mineraria è stato prodotto da SKF nel 2017.

Uno dei cuscinetti orientabili a rulli più grandi per l’industria mineraria è stato prodotto da SKF nel 2017. Pesa 7,8 tonnellate, ha diametro foro di 1,250 metri ed è equipaggiato con SensorMount.

Gli sviluppi sono tesi a realizzare cuscinetti orientabili a rulli idonei a operare in condizioni sempre più gravose, con livelli di contaminazione più elevati o scarsa lubrificazione. Nel 2011, per esempio, è stato brevettato un nuovo trattamento termico per l’acciaio dei cuscinetti che ha prodotto un miglioramento delle prestazioni dei cuscinetti SKF Explorer nelle applicazioni severe. In presenza di contaminazione o di scarsa lubrificazione, la durata di esercizio può così essere prolungata anche del doppio. Nel 2015 sono stati apportati ulteriori miglioramenti nella tecnologia delle tenute, che hanno reso i cuscinetti orientabili a rulli capaci di funzionare al doppio della velocità precedente con attrito ridotto.

Contatto vendite

evolution@skf.com

Ultimi sviluppi

Come tutti i prodotti SKF, i cuscinetti orientabili a rulli sono stati oggetto di continui miglioramenti, l’ultimo dei quali nel 2018, con il lancio di una nuova classe di SKF Explorer per applicazioni ad alta velocità mirata al settore dei riduttori industriali. Nel futuro dei cuscinetti orientabili a rulli c’è un continuo superamento dei limiti prestazionali.

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