I cuscinetti sono componenti essenziali dei riduttori e possono essere sottoposti a regimi operativi molto severi, non solo per le alte temperature di esercizio, dovute a velocità e carichi elevati, ma anche per le severe condizioni relative all’ambiente e al lubrificante. Le soluzioni NSK consentono di migliorare la durata a fatica dei cuscinetti per riduttori, anche in caso di contaminazione del lubrificante.
di Dario Amadori
I cuscinetti rappresentano dei componenti essenziali per tutti i tipi di riduttori e possono essere sottoposti a regimi operativi molto severi, non solo per le alte temperature di esercizio, dovute a velocità e carichi elevati, ma anche per le severe condizioni relative all’ambiente e al lubrificante, soggetti a contaminazione. Tuttavia, nonostante le condizioni operative molto severe, le richieste che giungono ai costruttori di cuscinetti sono tutte volte a estendere la durata di esercizio dei componenti per garantire un’operatività che varia dai 15 ai 25 anni, ad esempio per i riduttori utilizzati sulle turbine eoliche. In qualità di leader mondiale nella produzione di cuscinetti per trasmissioni di potenza, NSK ha condotto una valutazione di tutte le tipologie di riduttori: a vite senza fine, ingranaggi conici ipoidi, riduttore epicicloidale, ruota dentata semplice, coppia conica. Sono stati analizzati i diversi fattori che influiscono sulle prestazioni dei cuscinetti per riduttori, tra cui carico, velocità, attrito, condizioni ambientali, disposizioni dell’albero, lubrificazione, spazio di assemblaggio e altri ancora. Il risultato è un approccio tecnologico unico nel suo genere, basato sulle soluzioni, sulla tecnologia avanzata dei materiali, sulla progettazione meccanica avanzata e su un software per il calcolo della durata a fatica.
PACCHETTO DI TECNOLOGIA
Il pacchetto tecnologico basato sulle soluzioni unisce la progettazione avanzata di un cuscinetto orientabile a rulli con un materiale unico, l’acciaio Super-TF, che garantisce una durata oltre dieci volte superiore in caso di contaminazione del lubrificante. Per completare l’offerta tecnologica, NSK ha messo a disposizione procedure e metodi di calcolo avanzati come i software ABLE-Advanced Bearing Life Equation, metodo di calcolo avanzato della durata dei cuscinetti, e STIFF, un programma che considera parametri importanti come la deformazione dell’albero e dell’alloggiamento, il disallineamento, lo spostamento del cuscinetto stesso e dei cuscinetti adiacenti e i cicli operativi interni per un calcolo molto più dettagliato.
Per quanto riguarda i materiali, il pacchetto tecnologico di NSK si basa sull’acciaio Super-TF. Questo materiale rappresenta una valida soluzione ai problemi dovuti al cedimento prematuro dei cuscinetti che si verificano per insufficienza di lubrificante o contaminazione. In ambienti operativi estremi, infatti, i cedimenti si verificano a causa della contaminazione della lubrificazione provocata da particelle di metallo o scorie. Le particelle danneggiano con delle indentature le piste di rotolamento del cuscinetto, generando una concentrazione di stress sui bordi delle indentature. Inoltre, se la viscosità del lubrificante non è abbastanza elevata, le superfici di metallo entrano in contatto e si verificano fenomeni di peeling che aumentano la concentrazione dello stress intorno alle aree di contatto. In entrambi i casi, si generano delle cricche sulla superficie del materiale, nei punti di maggior concentrazione dello stress. Di conseguenza, i danni da fatica aumentano e la durata utile del cuscinetto si riduce. L’acciaio Super-TF risolve questi problemi con un’eccezionale microstruttura, in grado di limitare la concentrazione di stress ai bordi delle indentature. Questa microstruttura – un materiale con un tenore elevato di austenite residua e a elevata durezza – garantisce una durata di esercizio superiore anche in condizioni caratterizzate da una pellicola d’olio insufficiente e da danni superficiali, come il peeling.
Rispetto ai cuscinetti di acciaio cementato standard, i cuscinetti NSK della serie Super-TF raggiungono una durata fino a dieci volte superiore in presenza di lubrificazione contaminata e comunque due volte superiore con lubrificante pulito. Quando i problemi sono dovuti a lubrificazione insufficiente, la durata dei cuscinetti della Serie Super-TF rimane su livelli elevati, circa 5,5 volte maggiore rispetto ai modelli in acciaio cementato tradizionale. Oltre ad una maggiore durata operativa in condizioni estreme di lubrificazione o contaminazione, i cuscinetti della serie Super-TF offrono anche maggiore resistenza a usura e al grippaggio, grazie alle dispersione di una notevole quantità di carburi e fini nitruri nel materiale del cuscinetto stesso. Nelle prove comparative con cuscinetti prodotti con materiali tradizionali, come il SUJ2 (SAE 52100), la struttura dell’acciaio Super-TF ha mostrato un tasso di usura oltre tre volte più basso e un incremento del 40% della resistenza al grippaggio.
ABBINAMENTO VINCENTE
Abbinati al materiale Super-TF, grazie al design meccanico ottimizzato, i cuscinetti orientabili a rulli ad alte prestazioni della serie HPS™ completano l’offerta NSK dedicata ai riduttori. La serie HPS™ assicura notevoli vantaggi in termini di riduzione dei costi di manutenzione e dei consumi energetici, oltre a consentire l’utilizzo di cuscinetti più piccoli nella maggior parte dei nuovi progetti. Questi cuscinetti offrono prestazioni elevatissime, con una durata fino a due volte maggiore rispetto ai cuscinetti tradizionali delle stesse dimensioni, e una velocità ammissibile incrementata fino al 20%.
NSK ha individuato, per la prima volta in assoluto il meccanismo che provoca lo slittamento che genera forte attrito sulla superficie del cuscinetto, conducendo infine al danneggiamento da fatica superficiale. Con analisi teoriche ed estensive prove in laboratorio, NSK ha verificato anche che l’attrito può essere ridotto controllando il movimento dei rulli e che, a tale scopo, è particolarmente utile uno speciale trattamento superficiale dell’anello esterno. Sulla base di questi dati, NSK ha sviluppato i cuscinetti orientabili a rulli della serie HPS™, in grado di ridurre al minimo lo slittamento per prolungare la durata operativa di oltre due volte rispetto ai cuscinetti tradizionali.
I cuscinetti HPS™ vengono anche sottoposti a uno speciale trattamento superficiale di nitrurazione della gabbia in acciaio pressato ad alta precisione. Rispetto alla nitrurazione convenzionale, il trattamento di NSK produce una superficie più dura e più fine, con una durezza più uniforme. La serie HPS™ risolve anche il problema dell’usura della gabbia in condizioni di funzionamento continuo ad alte temperature e velocità, condizione che impediva di aumentare la velocità ammissibile del cuscinetto. Con questi cuscinetti, si ottengono miglioramenti del 20% in termini di aumento della velocità.
Il catalogo “Cuscinetti volventi per riduttori industriali” illustra tutti i fattori da considerare nella scelta dei cuscinetti per riduttori. Grazie al nuovo catalogo di NSK, scegliere i cuscinetti per ogni tipo di riduttore sarà un processo più semplice, strutturato e trasparente.