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Nuove tenute

Da quando i cuscinetti sono stati protetti da tenute, l’affidabilità di queste è costantemente progredita, particolarmente negli ambienti contaminati. Oggi le nuove tenute sviluppate per i cuscinetti orientabili a rulli SKF Explorer di piccole dimensioni offrono prestazioni ancora migliori in un’ampia gamma di applicazioni.

Autore: Henrik Wickberg, project manager cuscinetti orientabili, AB SKF, Göteborg, Svezia

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Sintesi

Le ricerche tese a migliorare la fabbricazione delle tenute dei cuscinetti hanno portato alla realizzazione di un nuovo e migliore tipo per i cuscinetti orientabili a rulli di piccole dimensioni. Le nuove tenute sostituiscono tre tipi di precedente esecuzione. Per l’assortimento SKF di cuscinetti orientabili a rulli fino a circa 180 mm di diametro esterno il futuro è una nuova ed economica tenuta, in grado di offrire minori esigenze di manutenzione, maggiori intervalli di rilubrificazione e prestazioni migliori in un’ampia gamma di applicazioni.

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La SKF ha deciso  di rinnovare le tenute dei cuscinetti orientabili a rulli con due obiettivi: migliorarne ulteriormente le prestazioni e ottimizzarne i processi di fabbricazione (fig. 1).

Prima di intraprendere la fase di sviluppo del progetto, sono stati definiti i requisiti operativi, in particolare funzionalità e interazione con le tenute, dei nuovi cuscinetti con protezioni incorporate. Gli specialisti dei cuscinetti orientabili a rulli hanno lavorato con gli esperti delle tenute a scopo di migliorarle, servendosi di strumenti specifici, come le simulazioni al computer, la costruzione di prototipi e l’esecuzione di test di verifica.

La SKF introdusse sul mercato­ i cuscinetti orientabili a rulli con protezioni incorporate già nei primi anni 90. Il successo fu tale che nell’assortimento di tali tipi oggi si possono contare più di 100 prodotti standard. Sull’onda dei positivi risultati del proprio programma di miglioramento, la SKF sta imponendo le nuove tenute come esecuzione standard per molti cuscinetti orientabili a rulli di piccole dimensioni. I cuscinetti con protezioni incorporate trovano impiego in un’ampia gamma di applicazioni, dagli elevatori e le gru ai ventilatori e alle machine alimentari. Un‘applicazione, molto tipica sono i caroselli di riconsegna bagagli degli aeroporti.

In termini di prestazioni, le nuove tenute possono offrire un attrito inferiore anche del 50% e rappresentare meno del 20% dell’attrito totale del cuscinetto. La temperatura di lavoro si può ridurre di 20 °C. A parità di dimensioni, i cuscinetti muniti delle protezioni di nuovo disegno possono funzionare ad una velocità di base approssimativamente doppia di quella dei tipi SKF di precedente esecuzione. Le nuove tenute, inoltre, contribuiscono a ridurre la manutenzione, grazie a una più lunga durata del lubrificante. In molte applicazioni i cuscinetti si possono considerare esenti da rilubrificazione.

Per i cuscinetti orientabili a rulli di piccoli dimensioni, in particolare per 37 grandezze con diametro esterno fino a circa 180 mm, la SKF prevede di sostituire con le nuove tenute (suffisso RS nell’appellativo), le tre in uso finora (fig. 2).

Aspetti delle nuove tenute
Per le nuove tenute si può scegliere tra due tipi di materiale: il primo è una gomma costituita da un copolimero di acrilonitrile e butadiene (NBR), che ha proprietà tecniche molto buone ed è di impiego generico; essa offre una buona resistenza a molti oli minerali e grassi con olio base minerale, benzina, diesel, oli leggeri da riscaldamento, oli e grassi vegetali e animali e acqua calda. Il secondo è una gomma costituita da un copolimero saturo idrogenato di acrilonitrile e butadiene (HNBR) ed è indicato in presenza di idrocarburi alifatici e oli minerali; le proprietà chimico-fisiche variano in funzione della composizione del polimero.

Per quanto riguarda il disegno, tre elementi contribuiscono a migliorare le prestazioni (fig. 3). La nuova scanalatura di ritenzione sull’anello esterno ne migliora l’ancoraggio e ne facilita l’assemblaggio, riducendo il rischio che ruotino nel loro alloggiamento. La nuova facciata gommata resiste meglio a corrosione e graffi. Infine il nuovo labbro presenta una pressione di contatto ottimizzata per ridurre il momento d’attrito. Per la definizione degli standard della soluzione è stato utilizzato il soft­ware SKF Seal Designer.

La riduzione del momento d’attrito consente di raggiungere velocità più elevate senza danneggiare il labbro. Il nuovo limite massimo della velocità in corrispondenza del labbro è di 10 m/s, rispetto a quello precedente che era imposto a circa il 20% della velocità di base del cuscinetto aperto. Per molti cuscinetti questo significa avere un limite di velocità circa doppio di quello precedente.

Nella scelta dei cuscinetti orientabili a rulli con protezioni incorporate che operano ad alte velocità, è importante che la temperatura di lavoro non superi quella massima consigliata per il materiale della tenuta. Per la gomma standard NBR (suffisso RS) il limite è 90 °C, mentre per quella HNBR (suffisso RS5) è 150 °C. Il momento d’attrito ridotto delle tenute diminuisce lo sviluppo di calore e quindi la temperatura di lavoro. Nei test nelle normali condizioni operative la riduzione di temperatura risulta di circa 15 – 20 °C (fig. 4). Nella pratica questa minore temperatura si traduce in un minore invecchiamento del grasso, con conseguente allungamento degli intervalli di rilubrificazione; si può tenere conto che 15°C in meno significano intervalli doppi. Per un maggior numero di cuscinetti, più lunghi intervalli significano la possibilità di operare praticamente senza necessità di rilubrificazione.

Un rigoroso programma di prove
La SKF ha organizzato un rigoroso regime di prove per confermare le prestazioni delle nuove tenute. In particolare ne ha misurato il momento d’attrito a diverse velocità su cuscinetti di tre diverse grandezze (fig. 5). La riduzione media dell’attrito è di circa il 50%. Il test con la sabbia dell’Arizona è ormai consolidato per valutare la capacità delle tenute di trattenere all’esterno le sostanze contaminanti. Eseguito in una “dust chamber”, misura la quantità di contaminanti presenti all’interno di cuscinetti e dimostra che il nuovo labbro è altrettanto efficace, se non migliore, di quello dell’attuale nel trattenere all’esterno i contaminanti asciutti.

Il miglioramento dell’ancoraggio sull’anello esterno è stato accertato con l’esecuzione di tre test (fig. 6).

I cuscinetti orientabili a rulli con protezioni incorporate sono forniti già lubrificati e pronti per il montaggio. Le tenute devono rimanere lubrificate e in questo tipo di cuscinetti il lubrificante è il grasso immesso all’interno dei cuscinetti stessi. Ci possono essere piccole perdite di lubrificante, che però, essendo influenzate da velocità, temperatura, disallineamento e disposizione del cuscinetto, sono difficili da quantificare preventivamente.

Nei test eseguiti nelle condizioni tipiche degli elevatori, si è osservata una capacità di ritenzione del grasso pari a quella delle tenute di precedente esecuzione.

Molti vantaggi
In conclusione, grazie ai miglioramenti apportati, le nuove tenute danno l’opportunità per molte applicazioni di essere considerate praticamente esenti da rilubrificazione. In linea con gli obiettivi di razionalizzazione della produzione SKF, sono in grado di fornire agli utenti finali significativi vantaggi in termini di migliori prestazioni e maggiore durata.

I caroselli per la riconsegna dei bagagli negli aeroporti sono una tipica ed eccellente applicazione dei cuscinetti SKF Explorer orientabili a rulli di piccole dimensioni con protezioni incorporate. Fig. 1: Tenuta di nuovo disegno per i cuscinetti orientabili a rulli di piccole dimensioni. Fig. 2: I cuscinetti orientabili a rulli con le tenute nella nuova esecuzione RS, segnati in blu, sostituiscono quelli esistenti con tenute di esecuzione CS.Fig. 3: Panoramica delle caratteristiche dei cuscinetti orientabili a rulli SKF Explorer di piccole dimensioni, con protezioni incorporate, dotati delle nuove tenute. Fig. 4: Temperatura di lavoro di un cuscinetto 23022 con protezioni incorporate a diverse velocità.Fig. 5: Il disegno migliorato del labbro porta a un minore attrito, mantenendo inalterate le funzioni di tenuta. Fig. 6: il particolare disegno a triplo labbro permette un migliore ancoraggio sull’anello esterno. L’assemblaggio è facilitato.

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