Scelta dei cuscinetti

Un altro punto di forza del software è la possibilità per i clienti di scegliere i cuscinetti direttamente dal nuovo Catalogo dei cuscinetti volventi 17000 di SKF, per assicurare che vengano presi in considerazione gli aggiornamenti più recenti dei prodotti. Come nel catalogo dei prodotti SKF, sarà possibile verificare se il cuscinetto è conforme alla classe di prestazioni SKF Explorer o se è un prodotto di comune impiego. Quest’ultimo aspetto consente al cliente di progettare la disposizione di cuscinetti in base a prodotti ampiamente diffusi.

L’accesso al vasto database di cuscinetti SKF offre al cliente numerose opzioni per la progettazione del sistema di cuscinetti ottimale, con tanti cuscinetti quanti sono necessari.

Modelli di analisi delle prestazioni dei cuscinetti

Per costruire un modello completo è necessario eseguire poche e semplici operazioni. A titolo di esempio, viene mostrato un albero ausiliario per un compressore a vite. Utilizzare i compressori a vite a vari livelli di potenza cambia il rendimento della macchina. Le variazioni di velocità e coppia influiscono sulle forze che si generano negli ingranaggi. Questo a sua volta influisce sulle prestazioni dei cuscinetti. Di seguito viene spiegato come SKF SimPro Quick può aiutare i progettisti a ottimizzare il disegno delle disposizioni di cuscinetti e a ridurre i tempi di esecuzione dei test per un’ampia gamma di condizioni operative.

FASE 1 – Componenti

• albero
• scelta dei cuscinetti
• ingranaggi
• molle
• distanziali

La prima fase (fig. 1) consiste nella costruzione del modello utilizzando i componenti più comuni, come cuscinetti, ingranaggi, molle e distanziali. Tutti questi componenti sono inseribili mediante una procedura di selezione e trascinamento sull’albero, quando questo è stato definito. È possibile utilizzare una procedura guidata per scegliere i cuscinetti in base al diametro dell’albero, della sede del cuscinetto, al tipo di cuscinetto (radiale a sfere, obliquo a sfere, a rulli cilindrici, ecc.) e a qualsiasi designazione parziale dei cuscinetti, se nota. L’operazione successiva della procedura guidata definisce il modo in cui viene montato il cuscinetto sull’albero e nell’alloggiamento (fig. 2).

Trascinando un ingranaggio sull’albero viene avviata una procedura guidata simile a quella dei cuscinetti. Per gli ingranaggi si definisce il tipo (conico, elicoidale, ipoide, a denti dritti, vite senza fine); quindi l’utente deve inserire la geometria dell’ingranaggio. Infine, l’utente fornisce potenza all’ingranaggio: questo fattore si utilizza insieme alla geometria per conciliare automaticamente diverse forze sugli ingranaggi. Le funzionalità di aggiunta di ingranaggi migliorano la progettazione e l’analisi delle applicazioni con alberi dei rotismi.

Le molle consentono di precaricare i cuscinetti contro una superficie di appoggio (ad esempio l’alloggiamento) e contro un altro cuscinetto. Questo è utile per applicazioni in cui le molle vengono utilizzate per posizionare un cuscinetto o per soddisfare i requisiti minimi di carico, come nelle pompe, nei compressori e nei motori elettrici.

I distanziali consentono di impostare valori di gioco definiti, un elemento utile per applicazioni con disposizioni di cuscinetti a “O” o a “X”.

FASE 2 – Vincoli e dati di input

• velocità di rotazione
• forze esterne (carichi)
• potenza (ingranaggio)
• momenti
• gravità

La seconda fase è costituita dalle condizioni di carico e di vincolo applicabili. Al modello è possibile aggiungere velocità di rotazione dell’albero, forze assiali e radiali, potenza in ingresso (ingranaggio) (fig. 3), carichi a momento e gravità. In modo analogo ai componenti, forza, potenza in ingresso e momenti vengono applicati mediante selezione e trascinamento; per gli altri vincoli occorre semplicemente fare clic su un’icona. Tutti i vincoli applicabili, ad eccezione della gravità, possono essere modificati nella sezione “Analysis variations” [Variazioni dell’analisi] del programma. Il metodo per l’applicazione della gravità consente all’utente di studiare applicazioni non solo nella posizione orizzontale, ma anche in quella verticale.

FASE 3 – Lubrificazione e gioco dei cuscinetti

• lubrificazione
• accoppiamenti e gioco

Le condizioni di accoppiamento e lubrificazione sono incluse nella terza fase. SKF SimPro Quick consente di definire il metodo di lubrificazione (grasso, bagno d’olio o macchia d’olio), la viscosità dell’olio e i livelli di contaminazione (fig. 4). Tutte queste specifiche di lubrificazione influiscono sui rendimenti, dall’intervallo di rilubrificazione all’attrito dei cuscinetti.

Gli accoppiamenti dei cuscinetti sono l’ultimo elemento selezionabile. Gli accoppiamenti sono un elemento cruciale nel processo di progettazione. La scelta degli accoppiamenti corretti è essenziale per garantire condizioni operative ottimali. Facendo clic sull’icona si apre una finestra secondaria, che consente all’utente di modificare gli accoppiamenti dell’albero e dell’alloggiamento, il gioco interno iniziale dei cuscinetti e i valori di temperatura degli anelli interni ed esterni; tutti questi elementi influiscono sul gioco operativo dei cuscinetti. L’analisi della riduzione del gioco è importante in applicazioni con accoppiamenti bloccati o per applicazioni in cui le temperature degli anelli interni sono decisamente superiori a quelle degli anelli esterni. Queste sono condizioni applicative tipiche in cui il gioco interno iniziale può non essere sufficiente per compensare la riduzione del gioco durante il funzionamento, determinando il rischio di precarico per il sistema di cuscinetti. L’utente può scegliere una classe di gioco diversa per ottenere il gioco (operativo) appropriato dei cuscinetti.

Analisi

Dopo aver completato il modello è possibile eseguire un’analisi con un unico insieme di dati (analisi singola) o con diverse condizioni (analisi parametrica) in base ai dati di progetto definiti (fig. 5). È possibile specificare più condizioni utilizzando un’interfaccia a tabella. Un’opzione consente inoltre di indicare la percentuale del tempo di servizio per ciascuna fase (totale 100%), utile quando si determina la durata dei cuscinetti in varie condizioni operative differenti.

Risultati

I risultati dell’analisi includono diverse tabelle e grafici che consentono all’utente di creare una configurazione preferenziale per il report. Le tabelle utilizzate con maggiore frequenza quando si esaminano le applicazioni e si scelgono i cuscinetti contengono, ad esempio, carichi dei cuscinetti, giochi operativi interni, attrito, disallineamento, deflessioni e durata teorica SKF, oltre alla durata teorica secondo la norma ISO/TS 16281:2008.

Questo in genere è dovuto al fatto che l’industria si concentra soprattutto sulla durata a fatica L₁₀ per determinare la vita utile dei cuscinetti, mentre con i risultati della durata teorica SKF si apprezzano appieno le prestazioni superiori della classe SKF Explorer. I risultati di SKF SimPro Quick però vanno oltre, arrivando a valutare anche quelle condizioni in cui la durata di esercizio dei cuscinetti può essere inferiore rispetto alla durata teorica a fatica L₁₀ calcolata.

Il software segnala prontamente casi di disallineamento eccessivo, carico insufficiente, sovraccarico e velocità di esercizio eccessiva quando le condizioni operative violano una delle condizioni raccomandate (fig. 6). Questo accresce la consapevolezza dell’utente sulle condizioni che possono compromettere la durata di esercizio e impedire al cuscinetto di raggiungere la durata teorica di base L₁₀ normalmente calcolabile.

Altre tabelle riportate nei risultati forniscono informazioni importanti su intervalli di rilubrificazione, gioco operativo, frequenze di difetto dei cuscinetti e forze sugli ingranaggi.

Diagrammi visivi e animazioni aumentano il livello di dettaglio dei risultati e sono disponibili diagrammi polari per angolo di contatto, deformazione e carico, per rappresentare le condizioni di ogni elemento volvente del cuscinetto (fig. 7). Confrontando tra loro diagrammi polari di più dati è possibile, ad esempio, individuare una condizione operativa non soddisfacente, come una concentrazione elevata del carico o un angolo di contatto che varia in modo anomalo.

Un diagramma mostra l’andamento della flessione lungo l’albero nelle diverse condizioni operative. Dall’inflessione possono essere ricavati il pericolo di contatto della tenuta, il movimento dell’albero in relazione ad altri componenti (esempio: posizione del rotore rispetto all’alloggiamento) e la sollecitazione di flessione dell’albero (fig. 8).

È inclusa un’animazione tridimensionale per esaminare la distribuzione della pressione dei rulli e l’impatto delle condizioni di carico limite sul cedimento dell’albero e del cuscinetto (fig. 9). Questo strumento visivo è stato utilizzato dagli ingegneri SKF per visualizzare meglio il carico sui cuscinetti e i cedimenti dell’albero, degli anelli del cuscinetto e degli elementi volventi.