12 Capacità di carico e durata

Transcript

1 . rincipi Gli indici di carico si basano sui principi definiti dalle norme ISO e DIN per il calcolo dei cuscinetti volventi (DIN ISO 478). Secondo la norma DIN, nella maggior parte delle applicazioni si può ammettere una deformazione complessiva costante equivalente a volte il diametro del corpo volvente, senza che questo comprometta il comportamento del cuscinetto durante il funzionamento. Di conseguenza, si prevede per l'indice di carico statico C 0 un valore con il quale la deformazione appena citata subentra all'incirca quando il carico statico equivalente corrisponde all'indice di carico statico. ffinché non subentri la deformazione complessiva di cui sopra si consiglia di lasciarsi guidare dall'indice di carico dinamico C. L'indice di carico dinamico C rappresenta il carico con il quale si ottiene una durata nominale L di 00'000 m di spostamento. Occorre considerare che per calcolare la durata si deve tenere presente non solo il carico che agisce perpendicolarmente sulla guida, ma anche l'insieme dei carichi applicati da tutte le forze e i momenti che entrano in gioco. La durata corrisponde alla corsa espressa in metri che può essere coperta da una guida prima che subentrino i primi segni di logoramento del materiale su uno degli elementi della guida a rotolamento interessati. La durata nominale si considera raggiunta quando in condizioni di esercizio normali il 90 % delle guide con identica struttura raggiungono o superano i rispettivi metri di spostamento. er il dimensionamento delle guide sono determinanti i carichi che entrano in gioco nel rapporto con l'indice di carico dinamico C. Definizione della durata Come già detto l'indice di carico dinamico C00 si basa su una durata di 00'000 m. Spesso altri produttori indicano per l'indice di carico C50 una durata di 50'000 m. In questo modo si ottengono indici di carico superiori di più del 0 % rispetto a quelli conformi alla norma DIN ISO. Esempi di conversione er le sfere Convertire gli indici di carico secondo la norma DIN ISO in C50: Convertire gli indici di carico C50 nella norma DIN ISO: er rulli e aghi Convertire gli indici di carico secondo la norma DIN ISO in C50: Convertire gli indici di carico C50 nella norma DIN ISO: C50 C00 = indice di carico dinamico C in N per 50'000 m di spostamenti = indice di carico dinamico C in N per 00'000 m di spostamenti conforme alla norma DIN ISO C50 =.6 C00 C00 = 0.79 C50 C50 =.3 C00 C00 = 0.8 C50. 95

2 . Corse brevi Si parla di applicazioni a corsa breve quando durante una corsa un corpo volvente non oltrepassa la posizione del corpo volvente successivo. Corsa normale Sotto il corpo volvente si forma una pellicola lubrificante continua. Corsa breve Sulle piste di scorrimento si formano delle cavità dovute all'usura. Inoltre, per corse con frequenza elevata la pellicola lubrificante subisce delle interruzioni. oiché le piste di scorrimento sono puntualmente compattate (si formano cavità dovute ad usura) si riducono la precisione e la durata della guida. Inoltre, per corse con frequenza elevata, un lubrificate normale non riesce più a raggiungere i punti di contatto. Utilizzando i lubrificanti adatti e attivando regolarmente le corse di lubrificazione è possibile ritardare gli effetti dovuti a usura. Le corse brevi riducono in modo rilevante la durata della guida. Soltanto facendo diversi tentativi è possibile determinare in modo affidabile la durata della guide/ delle guide. 96

3 .3 Calcolo della durata L secondo la norma DIN ISO Di seguito le formule per calcolare la durata: per i rulli e gli aghi: L = a C 0 eff m per le sfere: L = a C eff m a C eff L = indice della probabilità di sopravvivenza = capacità di carico effettiva per ciascun corpo volvente in N = carico equivalente dinamico in N = durata nominale in m robabilità di sopravvivenza a Le capacità di carico dei cuscinetti volventi sono conformi alla norma DIN-ISO. Dal calcolo della durata questa norma configura un valore che nel corso della vita operativa della guida nel 90% delle probabilità viene superato. Se la probabilità teorica del 90% di cui si parlava sopra non è sufficiente, i valori riguardanti la durata devono essere adeguati con un indice. robabilità di durata in % Indice a Capacità di carico effettiva C eff lcuni fattori esterni, ad esempio la durezza della corsia di scorrimento e la temperatura, possono influire sull'indice di carico C, riducendolo, perciò si deve calcolare Ceff. Ceff = f H f T C C eff f H f T C = capacità di carico effettiva per ciascun corpo volvente in N = Indice di durezza = Indice di temperatura = Massima capacità di carico ammessa per ciascun corpo volvente in N. /.3 97

4 Durezza f H In una guida lineare senza attrito i materiali che per durezza si discostano dalle normali condizioni (HRC 58 6) possono essere riportati con l'indice fh: Durezza della pista di scorrimento in HRC Durezza f H Indice di temperatura f T Le temperature elevate influenzano le condizioni di esercizio (proprietà dei materiali) e devono essere considerate con l'indice f T : Temperatura della guida in C Indice di temperatura f T Esempio di calcolo per Ceff Guida R6 => durezza 58-6 HRC => f H = Temperatura 00 C => f T = 0.9 Gabbia 6 => C = 530 N per ciascun rullo 98

5 Carico equivalente dinamico Durante il funzionamento, i carichi che agiscono sul sistema di guide lineari () subiscono frequenti oscillazioni. Questa circostanza deve essere tenuta in conto quando si calcola la durata. er carico equivalente dinamico si intende la sollecitazione da carico variabile della guida in diverse condizioni di esercizio, lungo la distanza coperta dal movimento. Carico scalare ormula per rulli e aghi: = 0 3 ( 0 L L n 0 Ln ) L ormula per sfere: n = 3 ( 3 L + 3 L +... n 3 Ln ) L Carico L L Ln ercorso complessivo dello spostamento L Carico sinusoidale = 0.7 max... n max L L... L n = Carico equivalente in N = Carico singolo in N del tratto parziale L... L n = Carico massimo in N = L + + L n = percorso complessivo durante un ciclo di carico in mm = Tratto parziale in mm di un carico singolo durante un ciclo di carico Carico ercorso complessivo dello spostamento L Esempio di calcolo con una guida lineare tipo RNG con gabbia KBN 6 si seleziona una probabilità di sopravvivenza del 97% corrispondente a un indice a di 0,44 l'indice di carico di un rullo (per la gabbia KBN 6) è di '800 N. Se si utilizzano 6 rulli l'indice di carico della guida è di 6 '800 N = (8'800 N) l'applicazione genera sulla guida un carico complessivo di 0'000 N Utilizzando i valori sopra menzionati, per la durata L si ottiene il seguente calcolo: L = a Ceff L = '800 N = '495'4 m 0'000 N se si vuole indicare la durata in ore, è necessario conoscere la corsa percorsa H (in metri) e il tempo t necessario per lo spostamento sulla corsa (in secondi). La durata L h si calcola come segue: L h = L = Durata in ore H 3'

6 δs Il fattore di correzione R Tmin Nelle pagine precedenti è stato illustrato come si calcola la durata dalla capacità di carico data e dal carico che subentra. In questo calcolo è stato considerato il numero dei corpi volventi portanti per ciascuna gabbia (R T ). llo stesso modo è importante valutare come si comporta la struttura circostante nella trasmissione delle forze sulla guida lineare senza attrito. Infatti una deformazione elastica o un errore geometrico del telaio di un macchinario comportano l'applicazione effettiva del carico solo su una parte dei corpi volventi installati. Le affermazioni affidabili per questo specifico problema delle applicazioni possono essere elaborate con grande dispendio di energie, ad esempio eseguendo misurazioni sui modelli operativi o calcoli secondo il metodo degli elementi finiti. Ne consegue che normalmente si definiscono le dimensioni con misure semplificate, cioè il carico esterno viene distribuito su pochi corpi volventi con il fattore di correzione R Tmin. er determinare R Tmin si deve dapprima valutare la struttura di raccordo, sulla base dei seguenti valori empirici: B δ S δ K t = struttura rigida δ S 0. δ = struttura normale δ S > δ = Deformazione della struttura di raccordo in µm = Deformazione dei corpi volventi, inclusa la guida, in µm (vedere Capitolo.5) = Carico in N = Distanza in mm = Lunghezza portante della gabbia in mm Kt 00

7 er il calcolo di R Tmin fa fede il seguente diagramma struttura (rigida) B (normale) > Kt RTmin fino a RT/4 RTmin < Kt come da diagramma come da diagramma RT RT/ RT/4 B Leva 0,5Kt 0,5Kt 0,75Kt Kt er R Tmin vale Tipo di corpo volvente Tipi di gabbia Sfere K Rulli, C, EE, KBN e KBS 5 ghi SHW e HW 0.5 attini a ricircolazione con rulli SR e NRT attini a ricircolazione con sfere SK, SKD e SKC.3 0

8 Esempio di calcolo n. Gabbia K 6 misura 00 mm K t misura 90 mm Di conseguenza vale il metodo di calcolo secondo «> K t» Calcolo con una struttura rigida: Secondo la tabella vale un numero di sfere da R Tmin fino a R T /4 R Tmin equivale a sfere R T /4 equivale a.5 sfere Calcolo con una struttura normale: Secondo la tabella vale R Tmin R Tmin equivale a sfere Esempio di calcolo n. Gabbia K 6 misura 80 mm K t misura 90 mm Di conseguenza vale il metodo di calcolo secondo «< K t» Calcolo con una struttura rigida: Secondo il diagramma corrisponde a 0.88 di K t (80 mm : 90 mm) e quindi R T / er 9 sfere portanti si ottine 4.5 sfere (9 sfere portanti : Calcolo con una struttura normale: Secondo il diagramma vale R Tmin, che secondo la tabella equivale a sfere 0

9 .4 Esempi di calcolo Gli esempi che seguono illustrano il procedimento con alcuni problemi ricorrenti. Esempio Trovare: carico equivalente per ciascun rullo Ipotesi: guida lineare tipo R 6 gabbia C 6 con 8 rulli (= R ) = 350 N = 0 mm Kt er la gabbia a rulli tipo C 6 vale: K t = (R ) t = (8 ) 9 = 63 R Tmin = rullo C = 530 N (vedere dati tecnici della gabbia C 6) Nota: La distribuzione asimmetrica delle forze viene considerata nel modo più certo se si riduce il carico sul numero dei corpi volventi portanti (R Tmin ) della guida. Calcolo per per ciascun rullo: = x K t R Tmin = = 334 N è minore di C. In questo modo il disegno è corretto. C R Tmin R t K t = Carico equivalente in N per ciascun rullo = Carico in N = Massima capacità di carico ammessa per ciascun corpo volvente in N = Distanza in mm = fattore di correzione = Corpi volventi presenti in totale per ciascuna gabbia = asso della gabbia in mm = Lunghezza portante in mm.3 /.4 03

10 Esempio Trovare: carico equivalente per ciascun rullo Ipotesi: guida lineare tipo R 6 Gabbia a rulli tipo C 6 gabbia con 0 rulli (= R ) = 6500 N C = 530 N (secondo i dati tecnici della gabbia C 6) R T = R = 0 = 0 rulli Calcolo per per ciascun rullo: = R T = 6500 = 35 N 0 è minore di C. In questo modo il disegno è corretto. w t C R T = Distanza dall'estremità della gabbia al centro del primo corpo volvente in mm = asso della gabbia in mm = Carico equivalente in N per ciascun rullo = Carico in N = Massima capacità di carico ammessa per ciascun corpo volvente in N = Numero di corpi volventi portanti per ciascuna gabbia 04

11 Esempio 3 Trovare: carico equivalente per ciascuna sfera Ipotesi: Struttura del pattino rigida guida lineare tipo R 6 Gabbia a sfere tipo K 6 con sfere (= R ); t = 9 mm (secondo i dati tecnici della gabbia K 6) Kt R = R T = sfere R Tmin = 3 = R T /4 come da diagramma a pagina 0 K t = (R ) t = 40 N = 75 mm (istanza dalla forza antagonista) C = 65 N (secondo il Capitolo 5., dati tecnici della gabbia K 6) Calcolo di per ciascuna sfera: = K t R Tmin = = 30 N è minore di C. In questo modo il disegno è corretto. t C R Tmin R R T K t = asso della gabbia in mm = Carico equivalente in N per ciascuna sfera = Carico in N = Massima capacità di carico ammessa per ciascun corpo volvente in N = fattore di correzione = Corpi volventi presenti in totale per ciascuna gabbia = Numero di corpi volventi portanti per ciascuna gabbia = Lunghezza portante in mm.4 05

12 Esempio 4 Trovare: carico equivalente per ciascun rullo e per quelli adatti Misura delle guide RNG Q Ipotesi: Guide lineari tipo RNG Gabbia a rulli tipo KBN con 0 rulli (R ) = 5'000 N = 50 mm Q = 00 mm R T = R = 0 = 5 rulli Calcolo per per ciascun rullo: = Q R T = = 5' R R T = '500 N = 5'000 = '500 N 0 = + = '500 +'500 = 3'000 N (, ) Q C R T R = Carichi equivalenti in N per ciascun rullo = Carico in N = Distanza in mm = Distanza centrale della guida lineare in mm = Massima capacità di carico ammessa per ciascun corpo volvente in N = Numero di corpi volventi portanti per ciascuna gabbia = Corpi volventi presenti in totale per ciascuna gabbia Definizione delle misure adatte delle guide: Secondo le specifiche tecniche della gabbia KBN (Capitolo 5. o 5.3) sarebbe necessario selezionare C = 3900 N 06 C per rullo Tipo Misura Dw t w in N ca ca. 5 '800 KBN 9 9 ca '900 5 ca. 9 6'500 La misura della sfera 9 è compatibile. erciò selezionare la gabbia KBN 9 e la guida lineare RNG 9, laddove si soddisfa anche il requisito della durata.

13 K Esempio 5 Trovare: Carico equivalente per ciascun ago Ipotesi: Guide lineari tipo N/O 05 Gabbia SHW 5, lunghezza della gabbia K = 94 mm (w =.9 mm secondo le specifiche tecniche della gabbia SHW 5) = 5'000 N = 80 mm Q = 75 mm C = 750 N (secondo le specifiche tecniche della gabbia SHW 5) Q R =R T = K - w + t = = 48 aghi t Calcolo di per ciascun ago: = Q R T = 5' = 389 N è minore di C. In questo modo il disegno è corretto. w t Q C R T R K = Distanza dall'estremità della gabbia al centro del primo corpo volvente in mm = asso della gabbia in mm = Carico equivalente in N per ciascun ago = Carico in N = Distanza in mm = Distanza centrale della guida lineare in mm = Massima capacità di carico ammessa per ciascun corpo volvente in N = Numero di corpi volventi portanti per ciascuna gabbia = Corpi volventi presenti in totale per ciascuna gabbia = Lunghezza della gabbia in mm.4 07

14 Esempio 6 Trovare: carico equivalente per ciascun rullo Ipotesi: Struttura rigida guida lineare tipo R Gabbia tipo C, lunghezza K = 400 mm = '000 N = 500 mm = 00 mm Q = 00 mm C = '500 N (secondo il Capitolo 5., specifiche tecniche della gabbia C ) K er la gabbia a rulli C vale: Q K t = K - w = = 378 mm R = K t + t R T = = rulli 8 = R = = rulli > K t = R T /4 (come da diagramma a pagine 0) Kt R TQ = R T R TL = R T = =.75 rulli (arrotondato a ) Calcolo per per ciascun rullo: Carico trasversale Q = Q R TQ = ' = = 364 N 00 Carico longitudinale L = K t R TL = ' = 66 N 378 = Q + L = = '06 N è minore di C. In questo modo il disegno è corretto. w t Q C R T R K K t... L... Q = Distanza dall'estremità della gabbia al centro del primo corpo volvente in mm = asso della gabbia in mm = Carico equivalente in N per ciascun rullo = Carico in N = Distanza in mm = Distanza in mm = Distanza centrale della guida lineare in mm = Massima capacità di carico ammessa per ciascun corpo volvente in N = Numero di corpi volventi portanti per ciascuna gabbia = Corpi volventi presenti in totale per ciascuna gabbia = Lunghezza della gabbia in mm = Lunghezza portante in mm = longitudinale = trasversale

15 Esempio 7 Trovare: carico equivalente Ipotesi: attini a ricircolazione tipo SR 6-00 guida lineare tipo R 6 R T = pattini a ricircolazione = 6'000 N C = '50 N (secondo il Capitolo 6.3, Specifiche tecniche del pattino a ricircolazione) Calcolo di : = R T = 6'000 = '500 N è minore di C. In questo modo il disegno è corretto. C R T = Carichi equivalenti in N = Carico in N = Massima capacità di carico ammessa in N = Numero di pattini a ricircolazione portanti.4 09

16 Esempio 8 Trovare: carico di serraggio M in Nm longitudinale e laterale Ipotesi: attini a ricircolazione tipo SR 6-50 Guide lineari tipo RD 6 M L = Nm (secondo il Capitolo 6.3, specifiche tecniche del pattino a ricircolazione) = 45 mm (istanza dalla forza antagonista) = '000 N Calcolo di M: M = = = 90 Nm Il carico di serraggio M è inferiore al carico ammesso M L. In questo modo il disegno è corretto. M M L = Carico di serraggio in Nm longitudinale e laterale = Carico di serraggio ammesso in Nm longitudinale e laterale = Distanza in mm = Carico in N 0

17 K K Esempio 9 Trovare: Y Carichi equivalenti L e Q Ipotesi: attino a ricircolazione superiore tipo NRT 6 (C = 98'000 N) attino a ricircolazione inferiore tipo NRT (C = 43'000N) attino a ricircolazione laterale tipo NRT (C = 43'000 N) K = 700 mm K t = 450 mm R Tmin = 0.5 (secondo la tabella a pagina 0) = 83'000 N = 500 mm Y = 00 mm Calcolo di L e Q : Carico longitudinale L = K R Tmin = 83' = 59'86 N Carico trasversale Q = Y K R Tmin = 83' = 36'889 N L Q Y C R Tmin K K t = Carico equivalente in N = Carico equivalente longitudinale in N = Carico equivalete trasversale in N = Carico in N = Distanza in mm = Distanza in mm = Massima capacità di carico ammessa per ciascun pattino a ricircolazione in N = fattore di correzione = Distanza in mm = Lunghezza portante in mm.4

18 δ δ.5 Deformazione elastica e rigidità Guide lineari La deformazione complessiva δ (ovvero la deformazione dei corpi volventi combinati con le piste di scorrimento temprate (min. 58 HRC) ) si può ricavare dal diagramma che segue. La deformazione elastica della guide lineari tipo R Riferita al carico per ciascun rullo δ (µm) `000 (N) Riferito al carico per ciascuna sfera δ (µm) '000 (N)

19 δ δ La deformazione elastica delle guide lineari tipo RN e RNG riferita al carico O per ciascun rullo δ (µm) '000 '000 5'000 0'000 (N) La deformazione elastica delle guide lineari tipo N/O e M/V riferita al carico per ciascuna coppia di aghi δ (µm) '000 '000 5'000 0'000 (N).5 3

20 δ δ attini a ricircolazione La deformazione elastica dei pattini a ricircolazione tipo SK combinati con le guide lineari tipo R e RD δ (µm) '000 '000 5'000 0'000 (N) La deformazione elastica dei pattini a ricircolazione tipo SKD combinati con guide lineari tipo R o RD δ (µm) '000 '000 5'000 0'000 (N)

21 δ δ La deformazione elastica dei pattini ricircolazione tipo SKC combinati con le guide lineari tipo R o RD. La lunghezza complessiva delle rette vale per i pattini a ricircolazione lubrificati, la retta tratteggiata per i pattini non lubrificati. 0 δ (µm) '000 (N) La deformazione elastica dei pattini a ricircolazione tipo SR combinati con le guide lineari tipo R o RD δ (µm) '000 '000 5'000 0'000 0'000 50'000 00'000 (N).5 5

22 δ La deformazione elastica dei pattini a ricircolazione tipo NRT combinati con piste di scorrimento temprate δ (µm) '000 '000 5'000 0'000 0'000 50'000 00'000 00' '000 '000'000 (N) 6