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Moderna progettazione dei cuscinetti volventi e relativa analisi avanzata

Pubblicato da Redazione il 21 January 2020

🕓 Tempo di lettura: 3 minuti

I cuscinetti a sfera e a rulli, generalmente denominati cuscinetti volventi, sono elementi di macchine a largo impiego: dai monopattini ai motori elettrici. Vengono inseriti in sistemi complessi come turbine a gas, laminatoi, trapani dentali, giroscopi e trasmissioni meccaniche di potenza.

La progettazione e l'applicazione di questi cuscinetti era fondata su basi empiriche. Dal 1958, la data che segna l'inizio dei viaggi nello spazio, le richieste di prestazioni ai sistemi di trasmissione del moto e di potenza sono aumentate esponenzialmente. Per verificare la fattibilità e l’affidabilità dell’applicazione di questi organi nelle moderne trasmissioni di potenza è stato indispensabile un deciso approfondimento delle loro condizioni operative.

Lo sviluppo delle necessarie competenze ha richiesto un notevole sforzo tecnologico in molteplici settori oltre ad una rivoluzione nelle metodiche di calcolo rese possibili grazie all’incremento della velocità degli elaboratori digitali.

Generale stato dell’arte nell’uso e progettazione dei cuscinetti volventi

Oggi è importante valutare le prestazioni delle applicazioni operative dei cuscinetti oltre ai limiti definiti dai dati empirici ottenuti tramite test fisici, per arrivare a produrre cuscinetti sempre più performanti.

Per eseguire queste valutazioni è necessario analizzare la deformazione dei corpi elastici a contatto, la durata a fatica ed usura degli organi meccanici oltre alle influenze date dalla resistenza del film d’olio lubrificante presente tra i corpi volventi e le piste di rotolamento dei cuscinetti.

Qual è l’importanza di un componente all’apparenza molto semplice come un cuscinetto?

Questi organi funzionano da supporto degli alberi di trasmissione della potenza nelle macchine. Il loro cedimento significa il cedimento della macchina e, talvolta, il blocco dell’intero sistema, ad esempio: nella propulsione navale è molto frequente usare un solo reggispinta dell’elica per muovere la nave quindi il cedimento di un solo cuscinetto è in grado di fermare una nave. 

 

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Risulta fondamentale garantire l’affidabilità degli organi in questione monitorandone continuamente la qualità durante il funzionamento per poter migliorare continuamente il proprio prodotto.

La competenza da sviluppare nell’applicazione del Kaizen (miglioramento continuo della produzione) a prodotti come i cuscinetti volventi è multidisciplinare. La loro simulazione quindi, risulta essere un argomento complesso che richiede tecnologie estremamente sofisticate in grado di considerare contemporaneamente tutti gli effetti legati all’elasticità dei materiali, la fatica, la tribologia delle superfici a contatto e la resistenza del film d’olio. Il tutto in regime dinamico.

 

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Nuove tecniche digitali nella simulazione dei cuscinetti volventi

Negli ultimi anni l'uso di moderne apparecchiature di laboratorio ha fatto molta luce sui  fenomeni idrodinamici, metallurgici e chimici coinvolti nel funzionamento dei cuscinetti volventi. Oggi, grazie alle moderne tecnologie di simulazione, è possibile analizzare con estrema precisione non solo la distribuzione dei carichi sui corpi volventi di un cuscinetto a rotolamento, ma è anche possibile effettuare indagini affidabili sul comportamento a fatica dei cuscinetti stessi.

Esistono software specializzati nella simulazione di trasmissioni e cuscinetti volventi che permettono di simulare:

  • Il comportamento del film d’olio lubrificante tra la sfera o rullo e le relative piste
  • Il comportamento dinamico dei corpi volventi del cuscinetto
  • Le reazioni del cuscinetto sulle spalle di reazione

La progettazione di un sistema complesso come una trasmissione di potenza richiede una serie di analisi fondamentali che fino ad ora erano possibili solo grazie a costosissimi prototipi in fase di test. I problemi riscontrati in questa fase hanno un impatto estremamente negativo sul processo di sviluppo prodotto, diventa infatti necessario tornare alle fasi precedenti con grande dispendio di tempo e denaro. La possibilità di prevedere e rimediare a costo zero a questa tipologia di difetti di progettazione fin dall’inizio è impagabile.

 

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Al giorno d’oggi il progettista di sistemi meccanici di trasmissione del moto o di potenza dispone di strumenti di simulazione e progettazione meccanica fino a qualche decennio fa impensabili.

Grazie a queste nuove tecnologie è possibile sviluppare prototipi virtuali per determinare, al variare delle condizioni di impiego, la vita, la resistenza a fatica, le sollecitazioni, i carichi e la temperatura dei cuscinetti. Diventa possibile anche studiare i componenti in condizioni dinamiche estreme per arrivare ad aumentare il più possibile le prestazioni e rispondere quindi alle esigenze della produzione moderna.

Se ti interessa saperne di più su queste nuove tecnologie per scoprire cosa possono fare in dettaglio per la tua azienda e come fare per integrarle all’interno del tuo processo produttivo contattaci, uno dei nostri esperti risponderà a tutte le tue domande.

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Argomenti: Trasmissioni

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