Una sfera di cristallo per la scelta dei cuscinetti per riduttori industriali

20/10/2014

La necessità di migliorare l’efficienza e le prestazioni dei riduttori meccanici ha contribuito allo sviluppo di progetti sempre più performanti che, a loro volta, richiedono cuscinetti sviluppati per garantire una maggiore durata. Comprendere il ruolo e i criteri di progettazione per le diverse tipologie di cuscinetto all’interno di un riduttore è fondamentale per garantire l’utilizzo delle specifiche corrette in fase di realizzazione o di riparazione di un riduttore, indipendentemente dalle sue dimensioni. NSK utilizza materiali avanzati e modelli predittivi in tempo reale per trovare la soluzione ottimale in ogni situazione.

NSK, uno dei più importanti produttori al mondo di cuscinetti volventi, ha investito in maniera significativa nello sviluppo di nuovi materiali e design per soddisfare i requisiti dei riduttori industriali. Ecco qui di seguito un riassunto della mission aziendale e dei recenti risultati ottenuti in questo campo.

Nel settore industriale moderno, i sistemi ad azionamento meccanico devono garantire affidabilità e prestazioni elevate in un’ampia gamma di condizioni. I requisiti per i cuscinetti utilizzati in processi di precisione come le macchine da stampa sono molto diversi rispetto a quelli che caratterizzano, ad esempio, le applicazioni delle turbine eoliche, dove si richiede un funzionamento il più possibile esente da manutenzione. Comprendere tali requisiti è fondamentale per sviluppare cuscinetti in grado di garantire affidabilità e un servizio efficiente.

All’interno di un riduttore si trovano diversi cuscinetti, ognuno dei quali ha un compito preciso, e sussistono condizioni operative differenti per le quali è necessario adottare design specifici. A seconda del riduttore in questione, le esigenze in termini di cuscinetti possono variare. Anche la disposizione degli alberi dei riduttori e il sistema di lubrificazione definiscono i requisiti per il design del cuscinetto. La capacità di acquisire tutte le informazioni rilevanti e trasformarle in un progetto specifico rappresenta una delle sfide più importanti che il produttore di cuscinetti sta affrontando.

Un albero di un riduttore necessita di almeno due cuscinetti per un supporto ed una guida ottimali rispetto all’elemento fisso. I cuscinetti volventi, oltre a sopportare i rispettivi carichi radiali ed assiali, consentono l’espansione termica dell’albero. Un aspetto di notevole interesse riguarda la disposizione di un cuscinetto assiale (supporto fisso) e di un cuscinetto flottante e tutte le regolazioni necessarie per il corretto funzionamento.

Il cuscinetto assiale è progettato per sostenere i carichi assiali dell’ingranamento, mentre il cuscinetto flottante sostiene i carichi radiali e agevola il movimento assiale, oltre a compensare le tolleranze di produzione e le variazioni della temperatura di esercizio. Questo agevola la scelta del cuscinetto standard e l’abbinamento con altri cuscinetti su ogni albero dell’azionamento.

Calcolare il carico del cuscinetto e la direzione richiede una notevole conoscenza ed esperienza e risulta fondamentale per effettuare la scelta corretta. La tipologia di cuscinetto costituisce solo la fase iniziale del processo; è necessario definire la disposizione dei cuscinetti, oltre al materiale, le dimensioni, il design della gabbia e i sistemi di lubrificazione.

Anche la scelta dei materiali per la realizzazione del cuscinetto costituisce un aspetto fondamentale da tenere in considerazione. Il materiale, la gabbia dell’elemento volvente e ogni materiale di tenuta devono essere scelti con cura per garantire un livello ottimale delle prestazioni del sistema.

NSK, esaminando un ampio numero di cuscinetti guasti e utilizzando tecniche avanzate d’ispezione, ha messo a frutto la propria ricerca per sviluppare l’acciaio Super-TF il quale, grazie a una nuova composizione di materiali e a uno speciale trattamento termico, garantisce un aumento significativo della durata anche in presenza di contaminazione, fino a dieci volte superiore rispetto a un materiale standard. Inoltre, si sono ottenuti benefici per la resistenza allo sfaldamento, all’usura e alle sollecitazioni termiche.

Un ulteriore fattore che è necessario considerare è la durata del cuscinetto, che dipende essenzialmente dall’utilizzo operativo. Per questo motivo, NSK ha sviluppato il software “ABLE-Forecaster” (Advanced Bearing Life Equation – metodo di calcolo avanzato della durata dei cuscinetti) che utilizza dati effettivi di applicazioni e test – acquisiti in decenni di attività sul campo – e li abbina a dati riferiti a sistemi di lubrificazione, condizioni ambientali, fattori di contaminazione e analisi dei materiali fornendo un modello predittivo per prendere decisioni progettuali importanti.

Tutti i fattori finora considerati avranno un impatto sui costi di produzione e, perciò, devono essere perfettamente bilanciati per garantire prestazioni ottimali e la massima affidabilità per le applicazioni in questione. Grazie all’esperienza consolidata nei sistemi di trasmissione per azionamenti, NSK è in grado di fornire assistenza specializzata a progettisti e addetti alla manutenzione al fine di garantire un rapporto ottimale tra prestazioni e affidabilità, ottimizzando i costi.

La gamma di prodotti NSK varia dai cuscinetti miniaturizzati con diametro del foro pari a 1mm ai cuscinetti volventi con diametro di 5 metri. Lo sviluppo di materiali innovativi resistenti al calore e al grippaggio e di tecnologie di lubrificazione ad alte prestazioni è da sempre una priorità per NSK. NSK produce oltre 35.000 tipi diversi di cuscinetti a sfera e a rulli, e continua a sviluppare nuove soluzioni e migliorie per anticipare le richieste del settore.

Al fine di supportare tutte le persone coinvolte nel processo di selezione dei cuscinetti, NSK ha prodotto una guida approfondita per rendere più chiari e intuitivi i principi base e gli ultimi sviluppi nel campo dei cuscinetti.

E’ possibile scaricare una copia gratuita della brochure dedicata ai cuscinetti per riduttori industriali dal sito di NSK www.nskeurope.it.