I cuscinetti di ingranaggi planetari, pompe idrauliche e altri sono spesso esposti a condizioni in cui le deformazioni elastiche nelle parti circostanti portano a un significativo disallineamento degli anelli l’uno verso l’altro.Ā Tale disallineamento provoca picchi di pressione locali e una conseguente riduzione della durata dei cuscinetti.Ā Il corretto coronamento della pista riduce questi effetti ed ĆØ quindi una considerazione molto importante durante l’approvazione del fornitore.
L’influenza delle sollecitazioni locali puĆ² essere considerata durante il processo di progettazione, ma deve anche essere presa in considerazione durante i test se le prestazioni dei cuscinetti devono essere verificate su un banco di prova.Ā Qui, l’accelerazione delle esecuzioni di prova puĆ² complicare la situazione.Ā In genere, i carichi di prova sono superiori ai carichi applicativi perchĆ© gli anni di vita di servizio devono essere rappresentati da settimane su un banco di prova.Ā Quando si studia l’effetto del disallineamento, le condizioni di prova scelte devono portare a distribuzioni delle sollecitazioni non uniformi simili a quelle previste nell’applicazione.
Durante il test, il grado di disallineamento puĆ² essere controllato con l’uso di dispositivi personalizzati. Tuttavia, ĆØ sempre importante verificare che le condizioni di prova imitino adeguatamente l’applicazione.
Introduzione
Il test di resistenza ĆØ un metodo potente per verificare le prestazioni dei cuscinetti e approvare il relativo fornitore.Ā Tuttavia, una delle sfide durante i test ĆØ modellare anni di vita utile come settimane di resistenza su un banco di prova senza alterare le conclusioni.Ā In genere, velocitĆ e carichi sono i parametri che controllano il tempo di test.Ā VelocitĆ piĆ¹ elevate consentono di raggiungere lo stesso numero di giri in un tempo piĆ¹ breve, ma alterano anche le condizioni di lubrificazione.Ā Queste variazioni possono essere compensate modificando la viscositĆ del lubrificante.
L’aumento dei carichi aiuta anche a ridurre i tempi di test. Tuttavia, esagerare puĆ² causare problemi sul banco di prova che possono essere completamente irrilevanti sul campo. Per applicazioni caratterizzate da un ampio spettro di carichi come le autovetture, dove la coppia massima rappresenta solo una piccola percentuale del tempo di funzionamento, i test possono essere accelerati concentrandosi sui carichi normali massimi ignorando le lunghe condizioni di “crociera”.
Se perĆ², oltre ai carichi e alla velocitĆ , si deve considerare anche il disallineamento, occorre prestare particolare attenzione alle sollecitazioni locali.Ā Il coronamento delle piste puĆ² essere ottimizzato per una particolare quantitĆ di ribaltamento e un carico specifico.Ā Se le condizioni di prova superano quelle dell’applicazione reale, anche la quantitĆ di flessione dell’albero puĆ² essere maggiore e potenzialmente portare a un contatto con il bordo della faccia sul banco di prova che non apparirebbe nell’applicazione.Ā Di conseguenza, un fornitore potenzialmente valido potrebbe non essere considerato qualificato perchĆ© i dati dei test sono stati generati in condizioni non idonee.
CiĆ² rende desiderabile poter calcolare le distribuzioni delle sollecitazioni locali sia per l’applicazione che per la configurazione del test al fine di garantire che i dati di test rappresentino adeguatamente le condizioni del mondo reale.
Panoramica del banco di prova
I test sono stati eseguiti su un banco di prova EELPRAAX-130 (Figura 1) costruito da Elgeti Engineering GmbH.Ā La linea di banchi di prova EELPRAAX puĆ² applicare carichi assiali, radiali o combinati e sono disponibili in diverse dimensioni per ospitare cuscinetti fino a un diametro esterno di 320 mm.Ā Come tutti i banchi prova Elgeti Engineering, sono dotati di due stazioni completamente indipendenti sullo stesso telaio.
Un dispositivo su misura viene utilizzato per inserire i cuscinetti nell’alloggiamento.Ā L’albero e il motore sono collegati da un doppio giunto cardanico resistente ai piccoli disallineamenti e smorza le vibrazioni.Ā Il motore e la testa di prova sono montati su una piastra di base rigida collegata al telaio principale con antivibranti.Ā Questi eliminano l’influenza delle vibrazioni esterne, in particolare quelle della stazione di prova opposta.
Il banco prova ĆØ dotato di un sistema di lubrificazione a circolazione d’olio a portata variabile.Ā La temperatura dell’olio determina la temperatura di esercizio dei cuscinetti e viene misurata agli ingressi e alle uscite della testina e regolata con un dispositivo di raffreddamento;Ā il riscaldamento ĆØ facoltativamente disponibile, ma in genere non ĆØ necessario.Ā Il filtro dell’olio standard ha una maglia da 10Āµm;Ā anche una maglia piĆ¹ fine ĆØ facoltativa.Ā I carichi vengono applicati con cilindri idraulici controllati, consentendo di applicare non solo carichi costanti, ma anche rampe, gradini e cicli.
Le grandezze misurate includono la temperatura dell‘anello esterno di tutti i cuscinetti, le vibrazioni dell’alloggiamento e la coppia del motore.Ā Queste quantitĆ vengono utilizzate per rilevare un guasto del cuscinetto e attivare uno spegnimento automatico.Ā CiĆ² consente alla macchina di funzionare continuamente senza supervisione.
Il disallineamento ĆØ controllato dal design dell’albero;Ā sia i diametri dell’albero che la distanza tra i cuscinetti definiscono la linea di piegatura dell’albero.Ā Durante il processo di progettazione, bisogna ricordare che i cuscinetti aumentano la rigiditĆ dell’albero e che una corretta simulazione in FVA Workbench ĆØ essenziale per generare i risultati desiderati.
Risultati e conclusione
La Figura 4 mostra le distribuzioni delle sollecitazioni locali in condizioni di prova che sono rappresentative dell’applicazione reale.Ā Sulla base di questi risultati di simulazione, i test sono stati eseguiti utilizzando gli stessi parametri.Ā Le durate misurate sono complessivamente superiori alla durata calcolata (Figura 5).Ā I cuscinetti in questione soddisfano quindi i requisiti e il fornitore ĆØ stato approvato.
L’approccio seguito qui, utilizzando simulazioni per informare la selezione dei parametri di test, garantisce che le condizioni di test siano effettivamente rappresentative delle particolari caratteristiche dell’applicazione, senza esagerazioni o sottovalutazioni.Ā CiĆ² ĆØ particolarmente importante quando, come in questa applicazione, si prevede un disallineamento significativo tra gli anelli del cuscinetto.