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ZHEJIANG BHS JOURNAL BEARING CO.,LTD. situato nel distretto di FengXian di Shanghai, il bret dell'azienda "BHS", è un professionista produttori di cuscinetti reggispinta a cuscinetto inclinabile E Fabbrica di cuscinetti basculanti...
Chiedete a qualsiasi ingegnere della dinamica dei rotori quali siano i limiti di una macchina veloce e la risposta spesso inizia dai cuscinetti. Una volta che il rotore supera i 20.000 giri al minuto, il cuscinetto deve mantenere una pellicola d'olio sottile e stabile mentre la superficie sottostante si muove a decine di metri al secondo. Scegliere il giusto cuscinetti portanti del motore ad alta velocità è quindi meno un esercizio di catalogo e più un equilibrio tra rigidità, smorzamento, rimozione del calore e producibilità.
Questa guida illustra le decisioni che contano di più. Spiega come funziona il cuscinetto, quali specifiche rientrano in una scheda tecnica, come i materiali delle pastiglie e la geometria del perno modificano il comportamento e come l'isolamento e il monitoraggio della temperatura proteggono la macchina per tutta la sua durata. L'obiettivo è pratico: dopo la lettura, dovresti essere in grado di scrivere un brief di selezione che un team di ingegneri dei cuscinetti possa confrontare senza tirare ad indovinare.
A bassa velocità, un cuscinetto sopporta principalmente il peso statico e una modesta forza di squilibrio. All'aumentare della velocità, le forze dinamiche crescono rapidamente, quindi un piccolo squilibrio di massa che era innocuo a 3.000 giri al minuto può diventare una grave fonte di vibrazioni a 25.000 giri al minuto. Il cuscinetto deve assorbire questa energia senza consentire all'albero di spostarsi dal suo centro.
Squilibrio, disallineamento e ingranamento degli ingranaggi generano tutte forze che ruotano con l'albero. Il cuscinetto li vede come carichi alternati la cui direzione cambia migliaia di volte al minuto. Un progetto che appare adeguato ad un controllo del carico statico potrebbe comunque fallire in servizio, perché la sua rigidità e smorzamento sono troppo bassi per sopprimere la risonanza attraversata durante l'avvio e il coast-down.
La velocità superficiale dipende sia dal diametro del perno che dalla velocità di rotazione. Un perno di 150 mm che gira a 20.000 giri al minuto produce una velocità superficiale ben superiore a 100 m/s. A queste velocità, il riscaldamento di taglio viscoso nel film d’olio diventa la fonte di calore dominante e il cuscinetto deve allontanare quel calore abbastanza velocemente da prevenire la rottura dell’olio e il surriscaldamento delle pastiglie. La rimozione del calore, e non solo la capacità di carico, spesso determina il successo di un progetto.
Un cuscinetto portante del cuscinetto inclinabile è costruito attorno a una serie di cuscinetti indipendenti disposti attorno all'albero. Ogni pastiglia è libera di inclinarsi sul proprio perno, quindi sotto ogni pastiglia si forma un cuneo d'olio convergente mentre l'albero ruota. Poiché ogni cuscinetto trova il proprio angolo, il cuscinetto sopporta i cambiamenti di carico e velocità molto meglio di un manicotto a geometria fissa.
L'olio viene trascinato nello spazio che si restringe tra l'albero e ciascuna pastiglia, creando una pressione che solleva il perno dalla superficie. Ogni cuscinetto si posiziona ad un angolo di equilibrio e la rigidità e lo smorzamento del film dipendono direttamente da quell'angolo. Questo comportamento di autoregolazione è il motivo principale per cui i design delle pastiglie inclinabili sono preferiti per i rotori che devono rimanere stabili in un ampio intervallo di velocità.
Una scheda tecnica completa dovrebbe indicare l'involucro fisico, la finestra di velocità e i limiti meccanici prima di qualsiasi discussione sul prezzo. Le cifre seguenti rappresentano un intervallo tipico per questa classe di cuscinetti.
| Parametro | Gamma tipica |
|---|---|
| Diametro del foro del cuscinetto | da 45 a 250 mm |
| Velocità operativa | Da 5.000 a 32.000 giri/min |
| Velocità superficiale massima | 120 m/s |
| Pressione media del cuscinetto | 2,6 MPa |
| Conteggio dei tamponi | 4 o 5 pastiglie |
| Rapporto di offset del perno | 0,50, 0,55 o 0,60 |
L'esperienza sul campo mostra come la stessa famiglia di cuscinetti possa adattarsi a macchine molto diverse. Le installazioni rappresentative includono quanto segue.
La maggior parte dei progetti finisce per combinare alcune opzioni standard. Le scelte comuni includono:
Cuscinetti di spinta fissi Spinta del tampone inclinabile Sensore RTD Isolamento in PTFE Perno di linea Perno sferico
Quando un progetto richiede una disposizione di foro o perno non standard, gli stessi campi della scheda tecnica sopra elencati sono ciò di cui un team di progettazione ha bisogno per proporre una soluzione adeguata cuscinetti del cuscinetto inclinabile del motore ad alta velocità .
L'accoppiamento dei materiali determina la temperatura massima che una pastiglia può tollerare, il comportamento del cuscinetto durante il rodaggio e il modo in cui sopravvive all'arresto quando il calore residuo penetra nell'alloggiamento. Non esiste un’unica scelta migliore, ma solo una scelta che si adatti al ciclo di lavoro.
La posizione del perno determina il modo in cui ciascuna pastiglia si muove sotto carico, il che a sua volta controlla lo spessore della pellicola, la distribuzione della temperatura e la rigidità dinamica dell'intero cuscinetto. La scelta del pivot è quindi una delle decisioni progettuali più consequenziali.
I pattini imperniati al centro si comportano in modo simmetrico, il che li rende adatti a macchine che devono girare in entrambe le direzioni. L'assemblaggio è semplice e le scorte di pezzi di ricambio sono più facili da gestire, motivo per cui i cuscinetti con perno centrale sono spesso la configurazione standard quando la velocità di superficie rimane moderata.
Quando la velocità superficiale supera circa 60 m/s, un perno disassato posizionato verso il bordo anteriore aiuta a costruire una pellicola convergente più forte. Il risultato è una temperatura delle pastiglie più bassa e un equilibrio più favorevole tra rigidità e smorzamento, che aiuta a eliminare le turbolenze. I perni sfalsati sono generalmente unidirezionali, quindi il senso di rotazione deve essere fisso e indicato chiaramente nel brief.
I motori azionati da azionamenti a frequenza variabile o costruiti con percorsi magnetici irregolari possono sviluppare tensioni all'albero. Se la corrente risultante si scarica attraverso il cuscinetto, fora la superficie di scorrimento e ne riduce rapidamente la durata. La protezione del cuscinetto da questo fenomeno è un requisito di progettazione, non un extra opzionale, ogni volta che l'architettura del convertitore rende possibili correnti d'albero.
Un rivestimento dielettrico su un lato del cuscinetto interrompe il percorso della corrente lasciando inalterata la superficie di scorrimento. Il rivestimento deve resistere alla temperatura dell'olio, al processo di assemblaggio e ai carichi meccanici senza fessurarsi o delaminarsi. La specifica anticipata dei requisiti di isolamento evita costose rilavorazioni al momento della messa in servizio del sistema di azionamento.
I rilevatori di temperatura della resistenza posizionati vicino alla pastiglia caricata forniscono una visione diretta delle condizioni termiche all'interno del cuscinetto. L'andamento della lettura nel tempo rivela un problema in via di sviluppo molto prima che venga raggiunta la soglia di intervento. Il monitoraggio è utile anche durante i periodi di fermo, poiché il calore residuo nell'alloggiamento può aumentare la temperatura del film d'olio mentre la macchina è ferma, e un avviso tempestivo aiuta gli operatori a decidere quando è sicuro un riavvio.
La maggior parte dei guasti ai cuscinetti nelle macchine ad alta velocità è riconducibile a una mancata corrispondenza tra velocità, carico e geometria delle pastiglie piuttosto che a un singolo componente difettoso. La tabella seguente riassume i sintomi che compaiono più spesso e le risposte progettuali che solitamente aiutano.
| Sintomo | Probabile causa | Risposta pratica |
|---|---|---|
| Aumento eccessivo della temperatura | Basso spessore del film o scarsa rimozione del calore | Esaminare l'offset del perno, il materiale delle pastiglie e il flusso dell'olio |
| Vibrazione subsincrona | Vortice d'olio dovuto a uno smorzamento insufficiente | Regolare l'offset del perno e il gioco del cuscinetto |
| Aumento della temperatura dopo l'arresto | Assorbimento di calore dal calore residuo dell'alloggiamento | Selezionare i materiali adatti al calore di arresto e monitorare la ripartenza |
| Vaiolature sulla superficie di scorrimento | Scarica di corrente dell'albero | Aggiungere un rivestimento dielettrico e verificare la messa a terra |
Affrontare un sintomo isolatamente spesso sposta il problema altrove. Una modifica nell'offset del perno, ad esempio, altera la rigidità e può spostare un problema di vibrazione a un intervallo di velocità diverso, quindi ogni modifica deve essere verificata rispetto all'intero inviluppo operativo.
I design dei pattini inclinabili compaiono in un'ampia gamma di attrezzature rotanti in cui la stabilità alla velocità è la preoccupazione principale. Gli ingegneri che lavorano sui rotori di compressori ed espansori riconosceranno le stesse domande e molti lettori faranno ricerche cuscinetti portanti del cuscinetto inclinabile per queste macchine seguire il percorso di selezione riportato in questa guida.
Un brief ben preparato accorcia il ciclo di progettazione e riduce il numero di cicli di chiarimenti. L'elenco seguente copre le informazioni di solito necessarie a un team di ingegneri dei cuscinetti.
Un brief contenente questi elementi produce generalmente una proposta tecnica più rapida e precisa rispetto ad una richiesta che elenca solo la noia e la velocità.
I modelli standard funzionano comunemente da circa 5.000 giri al minuto fino a circa 32.000 giri al minuto. Il limite esatto dipende dalla dimensione del foro, dalla velocità superficiale, dalla lubrificazione e dalla geometria delle pastiglie, pertanto il valore finale deve essere confermato rispetto all'intero campo operativo.
SÌ. Sono disponibili entrambe le disposizioni con perno centrale e perno disassato e il rapporto di disassamento può essere regolato entro un intervallo pratico per adattarsi alla velocità di superficie e alle caratteristiche di rigidità e smorzamento desiderate.
Un rivestimento isolante interrompe i percorsi della corrente dell'albero che possono scaricarsi attraverso il cuscinetto e danneggiare la superficie di scorrimento. È particolarmente importante nei motori azionati da convertitori di frequenza o costruiti con circuiti magnetici asimmetrici.
Il supporto in rame-cromo con rivestimento in Babbitt, il supporto in acciaio con rivestimento in rame-piombo e le opzioni Babbitt che soddisfano le norme europee sulla restrizione chimica sono scelte comuni. Ciascuno si adatta a requisiti diversi di temperatura, carico e documentazione.
Possono essere forniti sensori RTD integrati in modo che gli operatori possano monitorare l'andamento della temperatura del cuscinetto nel tempo. Il monitoraggio aiuta a rilevare i problemi in via di sviluppo e supporta decisioni di riavvio sicure dopo un arresto.
Cuscinetti perno centrale support rotation in either direction and are simpler to maintain. Offset pivot pads are generally used above about 60 m/s and unidirectional rotation, where they can lower pad temperature and improve damping.
I cuscinetti portanti dei motori ad alta velocità hanno successo quando velocità, carico, rimozione del calore e dinamica del rotore vengono considerati insieme anziché uno alla volta. La dimensione del foro, la finestra di velocità, la direzione del carico, il materiale del cuscinetto, la geometria del perno, l'isolamento e il monitoraggio della temperatura costituiscono il fulcro di qualsiasi selezione del suono.
Gli ingegneri che documentano chiaramente questi parametri fin dall'inizio ottengono il massimo dal processo di progettazione, perché il cuscinetto risultante è adatto alla macchina che deve supportare. Preparare un brief completo è il primo passo più efficace verso un'installazione affidabile.
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