Durata dei cuscinetti: Quanto possono durare?

Qual è la durata di vita di un cuscinetto?

In primo luogo, è essenziale chiarire che la domanda "Per quanto tempo può essere utilizzato un cuscinetto?" implica che il cuscinetto sia già in servizio e chiede la sua durata di utilizzo.

Questa discussione non include il tempo di stoccaggio dei cuscinetti non utilizzati.

La durata di utilizzo di un cuscinetto dipende anche da un'altra norma, ovvero: in quali condizioni un cuscinetto è considerato inutilizzabile?

In generale, si considera che un cuscinetto sia guasto quando non è più in grado di fornire le prestazioni previste durante il funzionamento. Il cedimento di un cuscinetto viene classificato in due situazioni:

• In primo luogo, il cuscinetto perde completamente la sua funzionalità e non può ruotare.
• In secondo luogo, il cuscinetto perde parzialmente le sue prestazioni ma può ancora funzionare. Tuttavia, si verificano anomalie nella precisione di funzionamento, nelle vibrazioni, ecc. del sistema di alberi.

Spiegazioni chiare per i due punti precedenti tipi di cuscinetti I guasti possono essere trovati nei corrispondenti standard di analisi dei guasti dei cuscinetti. Tuttavia, è evidente che il fatto che un cuscinetto "malfunzionante" sia considerato "inutilizzabile" dipende dalla situazione specifica dell'utente.

In genere, esistono diversi modi per definire il punto in cui un cuscinetto diventa "inutilizzabile":

In base alla definizione di cuscinetto rottura per faticaè il momento in cui compare la prima scagliatura da fatica sul corpo volvente o sulla superficie della pista di rotolamento. A questo punto, il cuscinetto ha subito rottura per fatica. In altre parole, una volta raggiunto questo stato, il cuscinetto è "inutilizzabile".

La determinazione del momento in cui un cuscinetto diventa "inutilizzabile" può essere effettuata in diversi modi:

In primo luogo, secondo la definizione di cedimento per fatica di un cuscinetto, è il momento in cui compare la prima spallatura per fatica sull'elemento volvente o sulla superficie della pista di rotolamento. A questo punto, il cuscinetto ha subito un cedimento per fatica. In altre parole, a questo punto il cuscinetto diventa "inutilizzabile".

In secondo luogo, nelle condizioni di lavoro reali, quando compare la prima spaccatura da fatica, lo stato operativo del cuscinetto a volte non cambia in modo significativo. Ad esempio, potrebbe non esserci un aumento evidente delle vibrazioni del cuscinetto. Soprattutto nelle prime fasi del cedimento, può essere difficile da rilevare. A questo punto, la temperatura del cuscinetto è generalmente normale. Agli occhi di molti utenti, questo cuscinetto è ancora "utilizzabile".

In terzo luogo, se la situazione di cui sopra continua a svilupparsi, il guasto del cuscinetto progredisce, portando infine a un aumento delle vibrazioni e della temperatura del cuscinetto. A questo punto, è possibile determinare se il cuscinetto è "inutilizzabile" in base agli standard di vibrazione o di temperatura delle apparecchiature correlate. Pertanto, lo standard di "inutilizzabilità" deriva dagli standard pertinenti. Prima di raggiungere questo standard, anche se il cuscinetto può essere già "malato", è ancora "utilizzabile".

In quarto luogo, in alcuni casi in cui il requisito di precisione dell'albero non è elevato, anche nella situazione sopra descritta, finché il cuscinetto può ruotare è considerato utilizzabile. Non viene considerato "inutilizzabile" fino al giorno in cui si blocca e non può ruotare.

Pertanto, prima di analizzare la questione della "durata di utilizzo di un cuscinetto", è necessario determinare quale sia lo standard di "ancora utilizzabile". Altrimenti, sarebbe impossibile discutere di tale utilizzabilità.

I fattori che influenzano l'usabilità di un cuscinetto

In precedenza abbiamo discusso i diversi criteri per determinare se un cuscinetto è ancora utilizzabile e abbiamo introdotto il concetto di rottura del cuscinetto. Quando si discute dell'utilizzabilità di un cuscinetto, occorre innanzitutto stabilire uno standard, quindi esplorare i fattori che lo influenzano all'interno di tale standard.

In generale, il calcolo della vita nominale di base è un metodo di verifica comune per i cuscinetti. Per la nostra discussione, possiamo utilizzare la definizione di questo calcolo, ovvero il tempo che intercorre prima che si verifichi il primo punto di cedimento all'interno del cuscinetto.

Come sappiamo, un cuscinetto è costituito da componenti quali corpi volventi, gabbie, piste, guarnizioni e grasso. Nel complesso, se una parte di un cuscinetto si guasta, l'intero cuscinetto è considerato guasto o "inutilizzabile".

Considerando i vari componenti di un cuscinetto, abbiamo quanto segue:

Elementi rotolanti e gare:

La durata di un cuscinetto è solitamente definita dalla sua durata a fatica, che è correlata al carico e alla velocità del cuscinetto. Pertanto, la durata dei corpi volventi e delle piste di un cuscinetto è influenzata dal carico e dalla velocità del cuscinetto stesso. Carichi e velocità diversi determinano durate diverse dei cuscinetti. Naturalmente, gli ingegneri meccanici possono vedere questi fattori nel calcolo della durata dei cuscinetti.

Per illustrare questo concetto in termini semplici: un cuscinetto, quando viene fatto girare a mano (equivalente a nessun carico e bassa velocità), è quasi impossibile che si usuri, il che implica una vita molto lunga (quasi infinita). Tuttavia, lo stesso cuscinetto, sottoposto a un carico elevato e a una velocità elevata, potrebbe cedere rapidamente. Pertanto, per stimare approssimativamente la durata a fatica di un cuscinetto, occorre tenere conto del carico e della velocità. Una semplice domanda come "quanto può durare un cuscinetto?" non può fornire una risposta.

Gabbie:

Le gabbie sono sottoposte a sollecitazioni alternate all'interno di un cuscinetto e, in condizioni normali, sono soggette a fatica. Quando le condizioni operative cambiano, anche le gabbie possono essere soggette a un carico aggiuntivo.

Tuttavia, in condizioni normali, il carico subito dalle gabbie è significativamente inferiore a quello dei corpi volventi e delle piste. Pertanto, nella maggior parte dei casi, la vita a fatica delle gabbie supera quella del cuscinetto. (Inoltre, le gabbie realizzate con materiali diversi possono essere influenzate dalla temperatura ambiente, che non verrà esaminata in questa sede.

Guarnizioni:

Per le guarnizioni senza contatto come i parapolvere, che in genere non subiscono carichi significativi, la loro vita a fatica può essere considerata quasi infinita (tranne in condizioni anomale). Tuttavia, se si prendono in considerazione le reazioni chimiche tra il parapolvere e l'ambiente esterno, come gli agenti inquinanti (ad esempio, l'ossidazione lenta), è necessaria un'ulteriore valutazione.

Per le guarnizioni a contatto, solitamente in gomma, la durata di vita è influenzata dall'usura del labbro e dalle reazioni chimiche tra il materiale della guarnizione stessa e l'ambiente esterno, compresi gli agenti inquinanti (come la lenta ossidazione). L'usura del labbro di tenuta è legata alla pressione del labbro, alla velocità di movimento relativa e alla resistenza all'usura del materiale di tenuta. I produttori di guarnizioni dovrebbero disporre di dati di prova pertinenti.

Lubrificazione:

I cuscinetti volventi sono comunemente lubrificati con grasso, la cui durata può essere stimata in base alla durata generale dei lubrificanti. I lettori interessati possono consultare libri come "Motor Applicazione dei cuscinetti Technology" e "Motor Bearing Failure Diagnosis and Analysis" per i calcoli.

Inoltre, il grasso nei cuscinetti non operativi (in stato di non funzionamento) è soggetto all'ossidazione dell'aria. Queste informazioni possono essere ottenute dai produttori interessati.

Per quanto tempo possono essere utilizzati i cuscinetti?

Dopo aver discusso gli standard di utilizzo dei cuscinetti, i fattori che influenzano la durata di utilizzo di un cuscinetto, è il momento di fornire una risposta chiara agli ingegneri che sono interessati ai risultati.

È più corretto dire che si tratta di un requisito piuttosto che di una risposta. Infatti, quando gli ingegneri motoristi progettano le strutture e selezionano i cuscinetti, devono calcolare in base a questa durata di vita. Altrimenti, il processo di selezione non può essere completato.

In generale, i requisiti di durata dei cuscinetti nei comuni motori industriali di piccole e medie dimensioni sono riportati nei manuali di progettazione meccanica e nei manuali tecnici forniti dai fornitori di cuscinetti.

Sebbene vi siano alcune discrepanze in questi valori raccomandati, essi sono in gran parte simili. Di norma, nei calcoli si considera una durata di vita compresa tra 20.000 e 40.000 ore.

Si noti che questo intervallo non menziona la velocità, il carico, il tipo di cuscinetto, ecc. Pertanto, si tratta di un requisito di progettazione e se la durata di vita effettiva di un cuscinetto non può soddisfare questo requisito, è necessario discutere con i produttori interessati.

Anche se si verificano tali discussioni, ciò non implica che il cuscinetto non sia conforme, in quanto vi sono molti fattori rilevanti.

Infine, questa gamma si applica solo ai motori industriali generici. Per le apparecchiature specializzate, i requisiti possono variare. Ad esempio, elettrodomestici, impianti eolici, ecc. Per questi casi, gli ingegneri possono fare riferimento alle norme pertinenti.