Cuscinetti a rulli cilindrici ad una corona: capacità di carico, tipi e selezione

I cuscinetti a rulli cilindrici ad una corona sono la scelta ideale quando un albero rotante deve sopportare carichi radiali pesanti senza consumare molto spazio assiale. Utilizzano una corona di rulli cilindrici in contatto diretto con le piste, il che conferisce loro un elevato coefficiente di carico radiale e un'elevata rigidità rispetto ai cuscinetti a sfere della stessa dimensione. Il compromesso è altrettanto chiaro: la maggior parte dei progetti sopporta un carico assiale minimo o nullo e tollera meno il disallineamento. Se la vostra applicazione è dominata da forze radiali (riduttori, motori elettrici, frantoi, trasportatori o pompe industriali), un cuscinetto a rulli cilindrici a corona singola è spesso il punto di partenza più efficiente. Questa guida spiega come sono costruiti, come selezionare il design e il gioco corretti delle nervature e dove si adattano rispetto ai cuscinetti a sfere a gola profonda.

Cos'è un cuscinetto a rulli cilindrici a corona singola?

Un cuscinetto a rulli cilindrici a una corona è un cuscinetto radiale con una corona di rulli cilindrici corti guidati tra un anello interno e un anello esterno. I rulli entrano in contatto con le piste lungo una linea anziché in un punto, quindi il cuscinetto può supportare carichi radiali molto elevati e resistere alla deflessione sotto carico. Il design è solitamente separabile: l'anello interno con rulli e gabbia può essere rimosso dall'anello esterno, il che semplifica il montaggio e l'ispezione. Le dimensioni limite standard seguono le norme ISO 15 e DIN 616, quindi un determinato foro e diametro esterno possono essere scambiati tra produttori quando il design interno e la classe di tolleranza corrispondono.

I componenti chiave sono l'anello interno, l'anello esterno, i rulli cilindrici e la gabbia. Gli anelli possono avere una o due nervature (flange) a seconda del design. La gabbia mantiene i rulli uniformemente distanziati e impedisce loro di inclinarsi. Poiché i rulli sono cilindrici, il cuscinetto consente solo uno spostamento assiale limitato a meno che le nervature non siano configurate per posizionare l'albero. Questa configurazione delle costole è la ragione principale per cui esistono diverse varianti.

Come i cuscinetti a rulli cilindrici ad una corona sopportano il carico

I cuscinetti a rulli cilindrici a corona singola sopportano carichi radiali elevati perché il contatto lineare distribuisce lo stress su un'area maggiore rispetto al punto di contatto di un cuscinetto a sfere. I coefficienti di carico statico e dinamico sono generalmente da 1,5 a 3 volte superiori rispetto a quelli di un cuscinetto a sfere con gola profonda di dimensioni simili, a seconda della serie e della geometria interna. Anche la rigidità radiale è maggiore, il che aiuta a mantenere la posizione dell'albero negli ingranaggi e nelle trasmissioni di precisione.

La capacità di carico assiale dipende quasi interamente dal design della nervatura. La tabella seguente riassume le varianti comuni a riga singola e cosa può fare ciascuna.

La selezione di N o NU è comune quando l'albero deve fluttuare assialmente, come in un riduttore dove l'espansione termica altrimenti caricherebbe i cuscinetti. NJ e NUP vengono utilizzati laddove il cuscinetto deve vincolare anche l'albero assialmente, ma il carico assiale deve essere comunque modesto. Per i carichi assiali puri, un cuscinetto reggispinta o un cuscinetto a contatto angolare è solitamente la scelta migliore.

Opzioni della gabbia e limiti di velocità

Il materiale e il design della gabbia determinano il limite pratico di velocità tanto quanto la geometria interna del cuscinetto. Le gabbie in acciaio stampato rappresentano la scelta standard per impieghi industriali generali e offrono un buon equilibrio tra resistenza e costi. Le gabbie in ottone lavorato sono preferite per carichi elevati, alte temperature o applicazioni con carichi d'urto perché resistono alla deformazione e all'usura. Le gabbie in poliammide (PA66) riducono il peso e l'attrito nelle applicazioni ad alta velocità, ma sono limitate dalla compatibilità con la temperatura e con i lubrificanti. Le gabbie in PEEK vengono utilizzate laddove sono richieste resistenza chimica e alte temperature.

I limiti di velocità per i cuscinetti a rulli cilindrici ad una corona sono generalmente inferiori rispetto a quelli per i cuscinetti radiali a sfere della stessa dimensione perché il contatto della linea genera più calore. Tuttavia, grazie alla lubrificazione a olio, a una gabbia di precisione e a un gioco controllato, possono funzionare a velocità elevate nei mandrini delle macchine utensili e nei motori ad alta velocità. L'indice di velocità riportato nel catalogo è solo un punto di partenza; il limite effettivo dipende dal metodo di lubrificazione, dal raffreddamento, dal carico e dall'allineamento. Di norma, la lubrificazione a grasso è adatta a velocità moderate e a sistemi sigillati o esenti da manutenzione, mentre la circolazione dell'olio o la lubrificazione olio-aria viene utilizzata per servizi ad alta velocità o con carico elevato.

Montaggio, accoppiamenti e gioco interno

Gli accoppiamenti e il gioco corretti sono fondamentali perché i cuscinetti a rulli cilindrici hanno un gioco interno inferiore rispetto ai cuscinetti a sfere di dimensioni simili e sono più sensibili alle interferenze. Per un anello interno rotante sottoposto a carico radiale normale, è comune un accoppiamento dell'albero di k5 o m5; carichi più pesanti o carichi d'urto possono richiedere n6. Gli accoppiamenti dell'alloggiamento sono solitamente H7 o J7 per un anello esterno fisso, mentre K7 viene utilizzato quando l'anello esterno deve essere posizionato più saldamente. Questi sono solo valori iniziali. L'accoppiamento effettivo dipende dalla direzione del carico, dalla temperatura, dal materiale dell'albero e dall'utilizzo del cuscinetto come posizione fissa o flottante.

Il gioco interno può essere selezionato tra CN (normale), C3 (maggiore del normale) o C4 (maggiore di C3). C3 viene spesso specificato per applicazioni in cui l'anello interno si riscalda più velocemente dell'alloggiamento, come motori elettrici o riduttori, poiché l'espansione termica consuma il gioco. Un gioco troppo piccolo provoca surriscaldamento e guasti prematuri; uno spazio eccessivo riduce la capacità di carico e può aumentare le vibrazioni. Per una disposizione di cuscinetti flottanti, il gioco e l'accoppiamento devono consentire lo spostamento assiale senza sfregamento. Il nostro sezione dati tecnici fornisce tabelle di riferimento di tolleranza e adattamento che aiutano a confermare la selezione finale.

Lubrificazione e Manutenzione

La lubrificazione determina la durata più di qualsiasi altro fattore di manutenzione nei cuscinetti a rulli cilindrici ad una corona. Il grasso è adatto per velocità moderate e disposizioni sigillate o schermate, ma deve corrispondere alla temperatura e al carico di esercizio. La lubrificazione ad olio è preferibile per alte velocità, carichi elevati o alte temperature perché rimuove il calore e riduce l'attrito. Nei sistemi di circolazione dell'olio, la portata e la pulizia dell'olio sono importanti tanto quanto la viscosità. Un errore comune è riempire eccessivamente l'alloggiamento del cuscinetto con grasso; la conseguente agitazione aumenta la temperatura e può ridurre la durata del grasso.

Prestare attenzione a questi segnali di guasto durante la manutenzione:

• Scolorimento o vernice sui rulli, indice di surriscaldamento o guasto del lubrificante.
• Striature o rigature sulle piste, spesso causate da un film d'olio inadeguato durante l'avvio o un carico elevato.
• False brinellature come segni equidistanti, comuni nelle apparecchiature inattive con vibrazioni.
• Usura o frattura della gabbia, spesso legata a cattivo allineamento, alta velocità o lubrificazione inadeguata.
• Segni di usura assiale sulle nervature, indicano che il cuscinetto sopporta un carico assiale maggiore di quello consentito dalla struttura delle nervature.

Ispezionare le superfici di contatto della gabbia e delle nervature ad ogni revisione importante. Se il cuscinetto è separabile, rimuovere l'anello interno e controllare l'usura irregolare del percorso del rullo. Sostituire il cuscinetto se il gioco è aumentato oltre il limite del produttore o se qualche rullo mostra vaiolature o scheggiature.

Cuscinetti a rulli cilindrici a corona singola vs cuscinetti a sfere con gola profonda

I cuscinetti a rulli cilindrici a corona singola vincono in termini di capacità di carico radiale e rigidità, mentre i cuscinetti a sfere con gola profonda vincono in capacità di carico assiale, velocità e tolleranza al disallineamento. Se l'applicazione combina carichi radiali pesanti con carichi assiali moderati, la soluzione migliore è spesso un cuscinetto a rulli cilindrici più un cuscinetto di bloccaggio assiale separato. Se il carico radiale è moderato e l'albero deve sopportare anche carichi assiali in entrambe le direzioni, un cuscinetto a sfere con gola profonda è solitamente più semplice ed economico.

Per carichi radiali più leggeri, i nostri cuscinetti radiali a sfere serie 62 offrono un'alternativa compatta con capacità assiale moderata.

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Per carichi radiali più pesanti in un formato con cuscinetto a sfere, la serie 63 offre coefficienti di carico più elevati con la stessa dimensione del foro. Questi non sostituiscono i cuscinetti a rulli cilindrici in posizioni di carico radiale elevato, ma sono spesso la scelta giusta per alberi di ventola, piccoli riduttori e macchinari generali dove il costo e la semplicità contano.

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Candidature e checklist di selezione

I cuscinetti a rulli cilindrici a corona singola sono comuni nei riduttori industriali, nei motori elettrici, nei frantoi, nei trasportatori, nelle pompe, nei compressori, nei mandrini delle macchine utensili e nei macchinari per la carta. Sono particolarmente utili laddove l'albero deve essere posizionato radialmente con elevata rigidità e dove la crescita termica deve essere compensata da una posizione flottante del cuscinetto. Sono meno adatti per applicazioni con disallineamento significativo dell'albero o in cui prevalgono i carichi assiali.

Utilizzare questa lista di controllo quando si seleziona un cuscinetto per un nuovo design o per una sostituzione:

• Definire l'entità e la direzione del carico radiale, compresi i carichi d'urto e il ciclo di lavoro.
• Verificare se il cuscinetto deve posizionare assialmente l'albero o consentire il galleggiamento. Scegli N, NU, NJ o NUP di conseguenza.
• Calcolare la durata richiesta e confrontarla con il coefficiente di carico dinamico alla velocità effettiva.
• Controllare il limite di velocità per la gabbia scelta, il metodo di lubrificazione e il gioco.
• Specificare gli accoppiamenti di albero e alloggiamento in base al carico, alla temperatura e all'anello rotante.
• Selezionare il gioco CN, C3 o C4 dopo aver stimato la crescita termica e l'interferenza di adattamento.
• Verificare la fornitura di lubrificazione, la pulizia dell'olio e l'accesso per la manutenzione.
• Rivedere la tolleranza al disallineamento e considerare alternative di autoallineamento se la deflessione dell'albero è elevata.

Yuyao Kangtian Bearing Co., Ltd. produce cuscinetti a Yuyao, Ningbo, dal 1993. L'azienda gestisce due stabilimenti interamente di proprietà su un sito di 31.000 m² e produce circa 30 milioni di set di cuscinetti all'anno. I suoi prodotti principali sono i cuscinetti a sfere a gola profonda nelle serie 60, 62, 63, 67, 68, 69, MR, flangiati, in pollici e non standard, insieme a parti lavorate a CNC. Per i progetti che richiedono un cuscinetto a rulli cilindrici a corona singola, il team di ingegneri può esaminare il caso di carico e consigliare se è più appropriato un cuscinetto alternativo a sfere con gola profonda o una soluzione personalizzata. Invia il tuo disegno e ciclo di lavoro tramite il nostro pagina del servizio .

Domande frequenti

Qual è la differenza tra i cuscinetti a rulli cilindrici N, NU, NJ e NUP?

I cuscinetti N e NU consentono lo spostamento assiale in entrambe le direzioni, rendendoli adatti per posizioni flottanti. I cuscinetti NJ posizionano l'albero in una direzione, mentre i cuscinetti NUP lo posizionano in entrambe le direzioni. La differenza sta nella disposizione delle nervature sugli anelli interno ed esterno.

I cuscinetti a rulli cilindrici ad una corona possono sopportare carichi assiali?

Carico assiale limitato e solo nelle versioni con nervature come NJ o NUP. La direzione primaria del carico è radiale. Per carichi assiali continui, utilizzare un cuscinetto reggispinta o un cuscinetto a contatto angolare.

Perché i cuscinetti a rulli cilindrici sono separabili?

L'anello interno, i rulli e la gabbia possono essere separati dall'anello esterno. Ciò facilita il montaggio, consente l'ispezione del percorso dei rulli e semplifica la sostituzione in spazi ristretti.

Qual è la velocità massima di un cuscinetto a rulli cilindrici ad una corona?

Dipende dal materiale della gabbia, dalla lubrificazione, dal gioco e dal carico. La lubrificazione a grasso è adatta a velocità moderate, mentre la circolazione dell'olio o la lubrificazione olio-aria supporta velocità più elevate. Controllare sempre l'indice di velocità del produttore per il codice esatto.

Dovrei scegliere l'autorizzazione CN o C3?

Scegliere CN per condizioni operative normali con moderato aumento della temperatura. Scegliere C3 quando l'anello interno è più caldo dell'alloggiamento o quando gli accoppiamenti con interferenza riducono il gioco interno. C4 viene utilizzato per gradienti termici gravi o applicazioni ad alta velocità.