Cosa limita la velocità del cuscinetto lineare? (Parte 1)

Di Danielle Collins | 28 maggio 2017

Il movimento ad alta velocità è un requisito per le applicazioni in cui la produttività è un fattore critico, come l'imballaggio e l'assemblaggio elettronico. Questi sistemi utilizzano tipicamente motori lineari o trasmissioni a cinghia rinforzata in acciaio insieme a guide lineari a ricircolo per una buona rigidità ed elevata capacità di carico. Ma le velocità richieste da queste applicazioni possono rappresentare una sfida per i cuscinetti lineari a ricircolo, che sono generalmente classificati per velocità massime di 3 m/s (9,8 piedi/s).

A seconda del tipo di guida lineare e del produttore, si consiglia un fattore di carico compreso tra 2 e 4 quando la velocità massima supera 2 m/s (6,6 ft/s). Quando si calcola la durata del cuscinetto, la capacità di carico dinamico del cuscinetto viene divisa per il fattore di carico. Questo viene fatto per tenere conto delle vibrazioni e degli urti che si verificano alle alte velocità.

I cuscinetti lineari a ricircolo di sfere hanno ottime proprietà di scorrimento, con contatto volvente tra superfici altamente lavorate e attrito minimo (se adeguatamente lubrificati). Allora perché la loro velocità massima è limitata?

La risposta ha a che fare con l'accelerazione e con la seconda legge del moto di Newton: F = ma (forza = massa x accelerazione).

Ricordiamo che le sfere nei cuscinetti lineari a ricircolo cambiano direzione mentre si spostano dalla zona di carico alla zona di ricircolo. Per fare ciò, devono decelerare mentre vengono guidati attorno alla calotta terminale dal meccanismo di ricircolo. Questa decelerazione produce una forza sugli elementi di ricircolo, in particolare sul coperchio terminale del blocco cuscinetti. Maggiore è la velocità delle sfere (basata sulla velocità del blocco cuscinetto), maggiore è la decelerazione e maggiori sono le forze sulla calotta terminale (tornando a F = ma).

In un cuscinetto lineare a ricircolo, le sfere cambiano direzione mentre attraversano il blocco cuscinetto. Ciò si traduce in forze elevate sugli elementi di ricircolo e sui coperchi terminali. Credito immagine: Schaeffler Group Inc.

Comprendendo il principio del ricircolo, potete vederloci sono due modi per ottenere velocità più elevate con i cuscinetti lineari a ricircolo di sfere: utilizzare una calotta terminale in grado di resistere a forze più elevate oppure ridurre la massa delle sfere.

La maggior parte dei produttori di cuscinetti lineari, infatti, offre cuscinetti a ricircolo di sfere con meccanismi di ricircolo rinforzati, compresi i cappucci terminali. Questo è spesso il design dei cuscinetti lineari etichettati come "ad alta velocità", con velocità massime fino a 5 m/s (16,4 piedi/s).

Alcuni produttori offrono anche cuscinetti a ricircolo lineare per alta velocità con catene a sfere (noti anche come separatori di sfere, distanziatori o sfere in gabbia) perché eliminano il contatto tra le sfere, riducendo ulteriormente l'attrito e il calore, e garantiscono che ciascuna sfera riceva una fornitura costante di sfere. e lubrificazione sufficiente.

Le catene a sfera assicurano che ciascuna sfera riceva una lubrificazione costante e sufficiente. Credito immagine: THK

L'altra alternativa è ridurre la massa delle sfere, riducendo così le forze impresse sulle testate durante il ricircolo. Per raggiungere questo obiettivo, alcuni produttori offrono blocchi di cuscinetti lineari con sfere in ceramica. La ceramica viene utilizzata perché ha un basso rapporto massa-resistenza e ha buone proprietà di rotolamento se utilizzata su una superficie di acciaio. I cuscinetti lineari con sfere in ceramica possono raggiungere velocità massime fino a 10 m/s (32,8 piedi/s), ma le loro capacità di carico dinamico sono ridotte fino al 30% rispetto a cuscinetti simili con sfere in acciaio convenzionali.

Successivamente, esamineremo i fattori che limitano la velocità dei cuscinetti lineari.

Credito immagine caratteristica: Federal Highway Administration