Sul sito www.skf.com è ora disponibile il nuovo Catalogo tecnico interattivo SKF in sette lingue, che, oltre a fornire numerose informazioni, offre la possibilità di eseguire calcoli online in modo facile, rapido e preciso.

 

La versione a stampa del nuovo Catalogo generale SKF – 1.100 pagine a colori – era stata presentata alla Fiera di Hannover nel 2003. Attualmente è disponibile in inglese e tedesco, ma presto faranno seguito altre lingue. La precedente edizione era stata tradotta in 16 lingue; per quella nuova ne sono state previste molte di più.

Sul sito www.skf.com è ora anche disponibile la versione elettronica inglese, cinese, tedesco, italiana, francese, spagnola e portoghese, del nuovo «Catalogo Generale SKF», ossia il Catalogo tecnico interattivo SKF (Interactive Engineering catalogue, IEC).

L’IEC è più ampio della versione a stampa ed è suddiviso in cinque sezioni:

• i cuscinetti volventi, compresi i tipi di grandi dimensioni, i cuscinetti a rullini, i cuscinetti Y e altri cuscinetti;
• sopporti con cuscinetto;
• sopporti per cuscinetti;
• cuscinetti radenti;
• anelli di tenuta.

Molte sono le innovazioni frutto di intense ricerche, di tecniche avanzate di analisi e modellazione e di prove pratiche. In particolare:

• un nuovo metodo per determinare il momento d’attrito nei cuscinetti;
• nuove velocità di base, derivate dal nuovo modello di attrito;
• un nuovo metodo per determinare la viscosità necessaria del lubrificante;
• un nuovo metodo per stabilire la durata di esercizio del lubrificante;
• la durata di base SKF – un approccio aggiornato per determinare in modo più preciso la durata dei cuscinetti;
• SKF Explorer, la nuova classe di prestazioni dei cuscinetti volventi.

Le innovazioni si fondano su nuove teorie e nuovi metodi di calcolo, spesso abbastanza complessi: il catalogo tuttavia contiene numerosi programmi di facile utilizzo con formule, tabelle, grafici ecc., idonei a facilitare i calcoli e ottenere i risultati in modo rapido e accurato (fig. 1).

Per dimostrare com’è facile usare i programmi di calcolo, riproduciamo le schermate relative ad alcuni dei calcoli più importanti.

Viscosità richiesta

Per ridurre attrito e usura, le superfici interessate dal rotolamento devono essere separate da un sufficiente film d’olio il cui spessore non dipende solo dalla loro velocità relativa (valori n e d_m), ma anche dalla loro rugosità e dalla deformazione delle creste nelle zone di contatto. Per rendere massima l’efficacia del lubrificante e aumentare la durata di esercizio del cuscinetto, la SKF ha definito la rugosità ottimale che le superfici devono avere.

La SKF ha anche definito i valori della viscosità del lubrificante necessaria nelle diverse condizioni di lavoro.

I grafici pubblicati nel Catalogo generale SKF sono validi per i moderni lubrificanti con un indice di viscosità (VI) di 95: l’IEC consente in più di determinare la viscosità necessaria con tutti gli indici di viscosità.
I dati necessari per i calcoli online sono:

• appellativo del cuscinetto;
• velocità di rotazione;
• temperatura di funzionamento;
• viscosità del lubrificante alla temperatura di riferimento (per i lubrificanti con VI=95);
• viscosità del lubrificante a 40 °C e a 100 °C (per i lubrificanti con VI diverso da 95).

Il calcolo dà come risultati (fig. 2):

• la viscosità necessaria alla temperatura di funzionamento;
• la viscosità operativa (del lubrificante effettivamente impiegato);
• il rapporto di viscosità ().

Carico equivalente

Sebbene non sia difficile eseguire calcoli a mano, il programma di IEC fornisce rapidamente i carichi equivalenti sui cuscinetti necessari per calcolare la durata di questi.
P = X F_r + Y F_a
e
P₀ = X₀ F_r + Y₀ F_a

I dati indispensabili per i calcoli online sono:

• appellativo del cuscinetto;
• carichi radiali ed assiali effettivi.

Il calcolo dà come risultato (fig. 3):

• il valore limite di e;
• i fattori X, Y, X₀ e Y₀;
• il carico dinamico equivalente;
• il carico statico equivalente.

La durata di base SKF

Negli anni ’50 del secolo scorso, l’ISO aveva fissato le norme per il calcolo della durata di base con una formula che è ancora valida:
L₁₀= (C/P)^p

in cui
L₁₀ = durata di base (con un’affidabilità del 90 %), milioni di giri
C = coefficiente di carico dinamico, [kN]
P = carico dinamico equivalente sul cuscinetto, [kN]
p = esponente
p = 3 per i cuscinetti a sfere
p = 10/3 per i cuscinetti a rulli

Nei moderni cuscinetti di alta qualità la durata di base può scostarsi alquanto da quella effettiva di esercizio, la quale dipende da una varietà di fattori, tra cui la lubrificazione, il grado di contaminazione, il disallineamento, le modalità d’installazione e le condizioni ambientali.

Pertanto la norma ISO 281:1990/Amd 2:2000 prevede una formula modificata della durata di base, contenente un fattore correttivo che tiene conto delle condizioni di lubrificazione e del livello di contaminazione nel cuscinetto, oltre che del limite di fatica del materiale.
L_nm=a₁ a_SKF (C/P)^p

in cui
L_nm = durata di base SKF (con affidabilità 100 – n %), milioni di giri
a₁ = fattore correttivo relativo all’affidabilità
a_SKF = fattore correttivo SKF della durata
C = coefficiente di carico dinamico, [kN]
P = carico dinamico equivalente, [kN]
p = esponente
p = 3 per i cuscinetti a sfere
p = 10/3 per i cuscinetti a rulli

Il fattore correttivo SKF della durata a_SKF rappresenta una complessa relazione fra il rapporto del carico limite di fatica (P_u/P), le condizioni di lubrificazione (il rapporto di viscosità ) e il livello di contaminazione nel cuscinetto (_c). I valori del fattore a_SKF si possono ricavare dai diagrammi riportati nel Catalogo generale e nell’IEC in funzione del tipo di cuscinetto, di _c (P_u/P), per i cuscinetti SKF standard e SKF Explorer e del rapporto di viscosità .

Nel calcolo della durata dei cuscinetti il fattore _c considera il livello di contaminazione del lubrificante. Dato che l’influenza della contaminazione sulla durata è complessa in quanto i relativi parametri sono difficili da quantificare, non è possibile definire valori di _c con validità generale. Comunque nella tabella 1 sono riportati i valori indicativi.

I cuscinetti SKF Explorer, anch’essi inseriti nel nuovo IEC, rappresentano una nuova classe di prestazioni, caratterizzata da miglioramenti sostanziali ai parametri operativi più importanti. Il superiore livello di prestazioni offerto è il frutto delle conoscenze ed esperienze applicative SKF nel campo della tribologia, dello sviluppo dei materiali, della progettazione e della fabbricazione.

Servendosi di tecniche avanzate di analisi e modellazione e di prove pratiche, gli ingegneri SKF hanno potuto confermare i miglioramenti significativi che i cuscinetti SKF Explorer sono in grado di apportare ai parametri operativi più importanti che, a seconda del tipo di cuscinetto e di applicazione, riguardano rumorosità, vibrazioni, durata di esercizio, stabilità dimensionale, capacità di carico dinamico e sviluppo di calore (la coppia d’attrito). Poiché tali parametri non sono adeguatamente considerati nei calcoli standard, la durata dei cuscinetti SKF Explorer viene calcolata con fattori opportunamente modificati.
I cuscinetti SKF Explorer sono caratterizzati da diversi perfezionamenti, che riguardano:

• l’acciaio;
• i trattamenti termici, che sono esclusivi SKF;
• la finitura superficiale.

I dati necessari per i calcoli online sono:

• appellativo del cuscinetto;
• carico equivalente;
• velocità di rotazione;
• viscosità alla temperatura di funzionamento;
• valore _c (tabella 1)

Il calcolo dà come risultato (fig. 4):

• la durata di base (L₁₀) in milioni di giri e in ore di lavoro (L_10h);
• la durata di base SKF (L_10m) in milioni di giri e in ore di lavoro (L_10mh).

L’esempio (fig. 4) illustra anche il vantaggio di avere cuscinetti SKF Explorer e di adottare il fattore a_SKF. La durata di base SKF di un cuscinetto Explorer è circa otto volte quella della durata di base tradizionale.

La SKF adotta un metodo completamente nuovo per calcolare in modo preciso il momento d’attrito di un cuscinetto, che viene espresso dalla formula:
M =  _{ish rs} M_rr + M_sl + M_seal + M_drag
in cui
M = momento d’attrito totale, [Nmm]
_ish = fattore di riduzione per il riscaldamento derivante dagli sforzi di taglio presenti nel lubrificante all’ingresso dei contatti (inlet shear heating)
_rs = fattore di riduzione per il fenomeno cinematico di riafflusso/carenza (kinematic replenishment/starvation)
M_rr = momento d’attrito di rotolamento, [Nmm]
M_sl = momento d’attrito di strisciamento, [Nmm]
M_seal = momento d’attrito delle guarnizioni, [Nmm]
M_drag = momento d’attrito dovuto alle perdite per trascinamento, sbattimento, spruzzi, ecc., [Nmm].

Con questo metodo si identificano le fonti di attrito in ogni contatto esistente nel cuscinetto e le si può combinare tra loro; aggiungendo il contributo dato dalle guarnizioni di tenuta e dalle altre fonti esterne, si ottiene il momento d’attrito complessivo. Dato che il modello identifica e considera ogni singolo contatto sulle piste e sugli orletti, si può facilmente conoscere l’influenza di qualsiasi modificazione apportata alle superfici e valutarne l’efficacia.

Informazioni particolareggiate sul calcolo del momento d’attrito sono riportate sia nel Catalogo generale SKF sia nell’SKF IEC.

Le formule per calcolare il momento d’attrito di diversa origine comportano calcoli complessi e a questo proposito il catalogo online è di grande aiuto.
I dati necessari per il calcolo online sono:

• appellativo cuscinetto;
• carico radiale e assiale;
• velocità di rotazione;
• viscosità alla temperatura di funzionamento;
• coefficiente d’attrito per condizioni di film pienamente formato (se diverso da quello standard);
• tipo di lubrificazione (o livello H dell’olio).

Il calcolo dà come risultato (fig. 5):

• il momento d’attrito di rotolamento;
• il momento d’attrito di strisciamento;
• il momento d’attrito delle guarnizioni (se esistono);
• il momento d’attrito dovuto alle perdite per trascinamento (se esistono);
• il momento d’attrito totale;
• le perdite di potenza.

Il condition monitoring dà la possibilità di ottenere dai cuscinetti la massima durata di esercizio.

Tuttavia, per monitorare un cuscinetto devono essere disponibili dati di vibrazione, i cui parametri l’IEC è in grado di calcolare. Per i cuscinetti SKF standard SKF occorre conoscere i seguenti dati:

• appellativo del cuscinetto;
• velocità di rotazione (dell’anello interno o di quello esterno).

Il programma calcolerà anche i dati di vibrazione per altri cuscinetti purché ne siano disponibili i dati interni. Il calcolo darà come risultato (fig. 6):

• le frequenze necessarie per eseguire il condition monitoring.

L’IEC offre numerose combinazioni di calcolo di facile utilizzo; nel prossimo futuro sono previste ulteriori possibilità.

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Basi per il calcolo

I risultati dei calcoli visibili sulle schermate si basano su un cuscinetto radiale a sfere SKF Explorer, tipo 6205, di un riduttore lubrificato ad olio, che ruota a 3.500 giri/min e deve operare nelle seguenti condizioni:

• carico radiale effettivo: F_r= 1,2 kN
• carico assiale effettivo: F_a= 0,5 kN
• anello interno rotante, anello esterno fermo
• temperatura di lavoro + 70 °C
• lubrificazione a bagno d’olio
• livello dell’olio H = 2,5 mm sopra allo spigolo della pista dell’anello esterno in condizioni statiche
• olio minerale con viscosità cinematica v = 100 mm²/s a 40 °C.
• ambiente di lavoro pulito, _c = 0,5