Ingranaggio a vite senza fine Selezione dei cuscinetti — Calcolo del carico di spinta, del carico radiale e della durata di servizio L10

Sì. Un ingranaggio elicoidale aggiunge una forza radiale all'albero della vite senza fine, ma aggiunge anche una forza assiale. La forza tangenziale Ft_hel dell'ingranaggio elicoidale agisce tangenzialmente all'ingranamento e contribuisce al carico radiale sull'albero della vite senza fine. La forza assiale Fa_hel dell'ingranaggio elicoidale agisce assialmente sull'albero della vite senza fine, sommandosi o sottraendosi alla spinta assiale Fa1 dell'ingranamento a seconda del senso di rotazione dell'elica. Per eliche con lo stesso senso di rotazione, le forze si sommano; per eliche con senso di rotazione opposto, si sottraggono. Verificare sempre il segno della forza assiale combinata prima di selezionare la capacità assiale del cuscinetto fisso. Un ingranaggio elicoidale con lo stesso senso di rotazione della filettatura della vite senza fine può aumentare significativamente il carico assiale totale sull'albero della vite senza fine.

Sì, e per riduttori a vite senza fine per impieghi gravosi (D3-D4, coppia elevata), i cuscinetti a rulli conici sono spesso preferiti ai cuscinetti a sfere a contatto angolare per la posizione fissa del cuscinetto. I cuscinetti a rulli conici hanno una maggiore capacità radiale e assiale rispetto ai cuscinetti a sfere a contatto angolare di pari diametro interno e sono più adatti ad ambienti contaminati perché il contatto dei rulli produce un carico sugli elementi volventi maggiore in presenza di particelle contaminanti rispetto al contatto delle sfere. Il cuscinetto a rulli conici richiede un precarico o un gioco di lavoro da impostare in fase di installazione: questa procedura di installazione è più complessa rispetto ai cuscinetti a sfere a contatto angolare in configurazione back-to-back, ma offre una capacità e una robustezza superiori per applicazioni impegnative.

La tensione effettiva della cinghia trapezoidale (la forza che produce coppia) è pari alla coppia del motore divisa per il raggio della puleggia: F_effettiva = T_motore / r_puleggia. La tensione totale della cinghia applicata radialmente all'albero è la somma vettoriale della tensione sul lato teso T1 e della tensione sul lato allentato T2: F_cinghia = T1 + T2. Per una trasmissione a cinghia trapezoidale, T1/T2 = e^(mu_V x theta) dove mu_V è il coefficiente di attrito della cinghia trapezoidale (~0,4-0,5) e theta è l'angolo di avvolgimento. Un'approssimazione conservativa per il calcolo del carico sui cuscinetti: F_cinghia = 2,5 x F_effettiva per una trasmissione a cinghia trapezoidale normalmente tensionata. Questa forza della cinghia agisce radialmente sulla posizione dell'asse della cinghia sull'albero, sommandosi alla forza radiale di ingranamento. La forza radiale combinata Fr_totale per il calcolo dei cuscinetti è la somma vettoriale di F_cinghia e Fr_ingranamento, a seconda dell'angolo tra di esse.

Con una corretta selezione dei cuscinetti (cuscinetti a sfere a contatto angolare per albero a vite senza fine, corretto calcolo del carico combinato, corretto schema di montaggio), la durata L10 prevista per i cuscinetti dovrebbe essere pari o superiore alla durata di servizio del gruppo ingranaggi, in genere compresa tra 15.000 e 30.000 ore per le trasmissioni industriali. Se la durata dei cuscinetti è significativamente inferiore alla durata degli ingranaggi, la specifica dei cuscinetti è errata o il montaggio è scorretto. In pratica, i guasti ai cuscinetti nelle trasmissioni a vite senza fine sono quasi sempre attribuibili a una delle tre seguenti cause: tipo di cuscinetto errato (cuscinetti a sfere a contatto angolare quando è necessario il contatto angolare), calcolo del carico errato (carichi esterni non inclusi) o montaggio errato (entrambi i cuscinetti fissi, creando un vincolo termico). Un cuscinetto correttamente specificato e montato in una trasmissione a vite senza fine non dovrebbe essere un componente da sostituire durante la vita di servizio del gruppo ingranaggi.

L'entità del precarico dipende dalle dimensioni del cuscinetto, dalle condizioni di carico e dalla velocità. In generale, si consiglia un precarico medio (tipicamente 1-3% di carico dinamico di base C) per riduttori a vite senza fine industriali a velocità normale (albero a vite senza fine 500-1500 giri/min). Un precarico leggero è indicato per i riduttori ad alta velocità (albero a vite senza fine oltre i 1500 giri/min) per evitare un'eccessiva generazione di calore dovuta al contatto di rotolamento del cuscinetto sotto precarico. Un precarico elevato è indicato per i requisiti di elevata rigidità (giunti di precisione per robot, sistemi di posizionamento) dove la flessione dell'albero sotto carico deve essere ridotta al minimo. Il precarico può essere applicato tramite distanziali tra gli anelli interni del cuscinetto, tramite rondelle elastiche o tramite la coppia di serraggio del dado di fissaggio. Consultare la tabella di precarico del produttore del cuscinetto per la specifica designazione del cuscinetto e la velocità dell'albero.

Sì, quasi certamente. Il rumore dei cuscinetti in una trasmissione a vite senza fine ha un carattere distinto dal rumore di ingranamento: il rumore dei cuscinetti produce tipicamente un ronzio o un sibilo a banda larga che aumenta con la velocità, piuttosto che il rumore tonale alla frequenza di ingranamento e alle sue armoniche prodotto dai problemi di ingranamento. Per distinguerli: calcolare la frequenza di ingranamento (RPM dell'albero a vite senza fine x z1 / 60 Hz). Se la frequenza di rumore dominante segue la velocità dell'albero ma NON è alla frequenza di ingranamento o alle sue armoniche, il rumore proviene dal contatto degli elementi volventi nei cuscinetti piuttosto che dall'ingranamento degli ingranaggi. Le frequenze specifiche dei difetti dei cuscinetti (BPFI dell'anello interno, BPFO dell'anello esterno, BSF degli elementi volventi) possono essere calcolate dalla geometria del cuscinetto, se disponibile, fornendo un'identificazione ancora più precisa.

L'orientamento verticale dell'albero a vite senza fine modifica la direzione della componente gravitazionale rispetto all'asse dell'albero. In orientamento verticale, il peso dell'albero a vite senza fine agisce verso il basso lungo l'asse dell'albero, aumentando il carico assiale sul cuscinetto inferiore e potenzialmente riducendo il carico sul cuscinetto superiore. Per gli alberi verticali: il cuscinetto inferiore deve essere il cuscinetto fisso (di spinta), in grado di sopportare sia la spinta assiale Fa1 dovuta all'ingranamento della vite senza fine sia la componente del peso dell'albero che agisce verso il basso. Il cuscinetto superiore è il cuscinetto flottante. Verificare che la componente gravitazionale del peso dell'albero sia inclusa nel calcolo del carico assiale per il cuscinetto fisso inferiore. Per un albero a vite senza fine nel Modulo M5, il peso dell'albero può essere compreso tra 3 e 8 kg, producendo un carico assiale di gravità compreso tra 30 e 80 N, piccolo rispetto ai tipici carichi di spinta di diversi kN, ma che deve essere verificato.

I cuscinetti a sfere a contatto angolare montati schiena contro schiena richiedono dimensioni precise della spalla dell'albero e condizioni del foro dell'alloggiamento per un corretto posizionamento. Parametri critici: l'altezza della spalla dell'albero deve essere compresa tra 50% e 80% dell'altezza dell'anello interno del cuscinetto per fornire un'area di contatto adeguata senza interferire con gli elementi volventi. Il diametro della spalla dell'albero non deve superare il diametro del bordo esterno dell'anello interno. La tolleranza del foro dell'alloggiamento deve essere H7 per il carico dell'anello interno dell'albero rotante (che si applica all'albero a vite senza fine), fornendo una leggera interferenza per impedire la rotazione dell'anello interno sull'albero sotto carico. Anello esterno nell'alloggiamento: tolleranza K7 per cuscinetti fissi, H7 o J7 per cuscinetti flottanti. Riempimento di grasso per cuscinetti ad albero a vite senza fine: da 1/3 a 1/2 dello spazio libero nella cavità dell'alloggiamento del cuscinetto, una quantità maggiore provoca surriscaldamento dovuto all'agitazione viscosa.