La progettazione delle macchine moderne è sempre più caratterizzata da una complessa combinazione di requisiti:
prestazioni migliori, maggiore affidabilità, dimensioni più compatte e un controllo più rigoroso dei costi.
Agli ingegneri progettisti viene richiesto di ridurre le dimensioni e il peso delle macchine, aumentando al contempo la produttività. I team addetti agli acquisti sono sottoposti a una pressione costante per contenere i costi dei componenti e quelli complessivi del sistema. I team di produzione desiderano un numero minore di componenti, un assemblaggio più semplice e una produzione ripetibile.
La scelta dei cuscinetti si colloca proprio all’intersezione di questi tre elementi.
In molte applicazioni, è proprio in questo contesto che i cuscinetti a sfere a doppia corona assumono particolare rilevanza.
Alla Neuweg Fertigung GmbH, la tecnologia dei cuscinetti a doppia corona è da decenni al centro della nostra competenza produttiva. Produciamo sia
Cuscinetti a sfere a contatto angolare a doppia corona e cuscinetti a sfere a gola profonda a doppia corona in Germania, comprese le varianti specifiche per determinate applicazioni nei casi in cui un cuscinetto standard da catalogo non rappresenti la soluzione ottimale.
Il fascino del concetto a doppia fila è relativamente semplice:
Due file di elementi rotanti consentono di concentrare una notevole capacità portante in un unico componente integrato.
Ma i vantaggi vanno ben oltre la semplice capacità di carico.
La sfida ingegneristica: maggiori prestazioni in meno spazio
Lo spazio a disposizione per un cuscinetto è raramente illimitato.
I motori elettrici, le pompe, i compressori, i riduttori, i ventilatori, le attrezzature di trasporto, le macchine agricole e i sistemi di automazione industriale sono tutti soggetti alla necessità di diventare sempre più compatti.
Allo stesso tempo, i carichi non diventano necessariamente più leggeri.
I progettisti potrebbero trovarsi a dover tenere conto di carichi radiali, forze assiali, deflessione dell'albero e momenti di ribaltamento all'interno di un ambito progettuale sempre più limitato.
Una soluzione convenzionale può consistere nell'utilizzare due cuscinetti separati. In molte applicazioni questa soluzione rimane del tutto adeguata.
Ma richiede anche spazio assiale.
Un cuscinetto a sfere a contatto angolare a doppia corona integra essenzialmente la funzione di una coppia opposta di cuscinetti a contatto angolare in un'unica struttura composta da anello interno ed esterno. Ciò consente di sostenere carichi radiali, carichi assiali in entrambe le direzioni e carichi di momento all'interno di una struttura relativamente compatta.
Ciò può cambiare radicalmente il modo in cui viene progettata la macchina circostante.
Un cuscinetto invece di due?
Questo è uno dei vantaggi più interessanti dal punto di vista della progettazione delle macchine.
Si considerino due cuscinetti a contatto angolare a una sola corona disposti in configurazione “back-to-back”.
Il progettista deve tenere conto di due componenti distinti e dello spazio assiale ad essi associato. Le sedi dei cuscinetti, i riscontri, le tolleranze e la strategia di assemblaggio devono tutti riflettere tale disposizione.
Un cuscinetto a contatto obliquo a doppia corona integra la funzione delle due corone in un unico cuscinetto.
È importante sottolineare che ciò non significa che un cuscinetto a doppia corona sia universalmente intercambiabile con qualsiasi coppia di cuscinetti a corona singola. È comunque necessario calcolare correttamente i carichi nominali, la velocità massima, l’angolo di contatto, il precarico o il gioco, la rigidità e i requisiti applicativi.
Tuttavia, laddove l'applicazione lo consenta, il risparmio di spazio può essere notevole.
Ad esempio, i dati pubblicati da NSK mettono a confronto un cuscinetto a doppia corona 5206 con una coppia di cuscinetti 7206ADB aventi lo stesso foro di 30 mm e lo stesso diametro esterno di 62 mm. Il cuscinetto a doppia corona ha una larghezza di 23,8 mm rispetto ai 32 mm della coppia di cuscinetti. I cuscinetti accoppiati presentano valori nominali di carico più elevati in quel particolare confronto, il che evidenzia un punto importante: la compattezza rappresenta un compromesso ingegneristico, non una garanzia di capacità universalmente superiore.
È proprio per questo che la scelta dei cuscinetti dovrebbe essere determinata dall’applicazione.
Gestione dei carichi combinati
Le macchine reali raramente generano forze perfettamente isolate.
Una puleggia può essere sottoposta prevalentemente a carichi radiali, ma può comunque subire forze assiali dovute all’allineamento e alle condizioni di funzionamento. L’albero di una pompa può essere sottoposto a carichi radiali insieme a una spinta idraulica. I riduttori generano forze in diverse direzioni. Le macchine agricole sono soggette a urti, contaminazione e carichi di momento significativi.
Per un ingegnere progettista, la domanda diventa quindi:
Come reagirà il sistema di cuscinetti quando questi carichi si presenteranno contemporaneamente?
I cuscinetti a sfere a contatto obliquo a doppia corona sono particolarmente efficaci in queste condizioni perché la loro geometria consente loro di sopportare carichi radiali insieme a carichi assiali che agiscono in entrambe le direzioni. Sono inoltre in grado di sopportare carichi di momento e garantiscono una rigidità relativamente elevata.
Ciò rende questa tecnologia particolarmente indicata nei casi in cui il cuscinetto debba garantire sia il supporto rotazionale che il posizionamento preciso dell'albero.
La rigidità è importante
La capacità di carico è solo uno degli aspetti che caratterizzano le prestazioni di un cuscinetto.
Una macchina può essere dotata di un cuscinetto in grado di sopportare il carico calcolato, ma può comunque presentare problemi perché la configurazione complessiva non garantisce una rigidità sufficiente.
La deformazione può compromettere il funzionamento di ingranaggi, guarnizioni, giranti, pulegge e altri componenti collegati all'albero.
I cuscinetti a contatto obliquo a doppia corona presentano una geometria intrinsecamente vantaggiosa sotto questo aspetto. Le due corone contrapposte creano una configurazione in grado di resistere ai momenti di ribaltamento, garantendo al contempo rigidità radiale e assiale. Questo è uno dei motivi per cui i modelli a doppia corona sono ampiamente utilizzati in applicazioni quali pompe, compressori, motori elettrici e altri macchinari industriali.
Per il progettista, quindi, il cuscinetto può diventare parte integrante della progettazione strutturale del sistema dell'albero, anziché essere semplicemente un componente che ne consente la rotazione.
Il punto di vista degli acquisti: guardare oltre il prezzo dei cuscinetti
Dal punto di vista ingegneristico, la questione è relativamente facile da comprendere.
Anche l'aspetto commerciale merita la stessa attenzione.
Un cuscinetto a doppia corona può essere inizialmente confrontato con il prezzo di un cuscinetto a corona singola, ma potrebbe trattarsi di un confronto errato.
La domanda più rilevante è: qual è il costo complessivo del sistema di cuscinetti?
Se una soluzione a doppia fila è in grado di svolgere una funzione che altrimenti richiederebbe due cuscinetti, l’ufficio acquisti dovrebbe prendere in considerazione il sistema nel suo complesso:
Due cuscinetti contro uno. Due componenti da procurarsi contro uno. Distanziatori, spallamenti o elementi di fissaggio associati. Requisiti di magazzino. Operazioni di assemblaggio. Ispezione e movimentazione. Potenziali requisiti di manutenzione.
Il cuscinetto con il prezzo unitario più basso non garantisce necessariamente che la macchina abbia il costo di produzione più basso.
È proprio in questo contesto che i reparti Acquisti e Progettazione devono valutare il costo totale di installazione, anziché limitarsi a confrontare i prezzi dei singoli cuscinetti considerati isolatamente.
Un numero inferiore di componenti può significare una minore complessità
La riduzione del numero di componenti ha un valore commerciale che va oltre il costo dei componenti stessi.
Ogni componente aggiuntivo deve essere specificato, acquistato, ricevuto, immagazzinato, movimentato e assemblato.
Inoltre, ciò crea un ulteriore potenziale punto di variazione all'interno del processo produttivo.
Una soluzione integrata a doppia fila può quindi contribuire sia a semplificare la progettazione sia a snellire la catena di approvvigionamento.
Ciò non significa però che sia automaticamente la soluzione più economica in ogni caso.
Ciò significa però che il reparto Acquisti dovrebbe valutare gli aspetti economici a livello di assemblaggio, piuttosto che a livello di cuscinetti.
Il punto di vista del settore manifatturiero: la semplicità è un valore aggiunto
Ora consideriamo lo stesso progetto dal punto di vista della linea di produzione.
È necessario maneggiare e installare correttamente due cuscinetti distinti. A seconda del modello, anche la loro posizione reciproca può essere importante.
Un cuscinetto integrato a doppia corona viene fornito come unico componente.
Laddove possa sostituire una configurazione a cuscinetti multipli, ciò offre la possibilità di semplificare l'installazione, ridurre le operazioni di movimentazione e rendere il montaggio più ripetibile.
Potrebbero esserci meno componenti tra cui scegliere.
Meno componenti da posizionare.
Meno possibilità di installare il componente sbagliato.
E, potenzialmente, uno spazio assiale inferiore all'interno del gruppo.
Ecco perché l’integrazione dei componenti può avere un valore difficile da cogliere quando il reparto Acquisti si limita a considerare il prezzo di un cuscinetto o il reparto Ingegneria si limita a considerare la capacità di carico dinamico.
Una buona progettazione della macchina tiene conto delle modalità effettive di produzione della stessa.
"A doppia fila" non significa un cuscinetto per ogni applicazione
C’è una distinzione importante da fare.
Non tutti i cuscinetti a doppia corona risolvono lo stesso problema.
All'interno della famiglia Neuweg, due categorie particolarmente importanti sono i cuscinetti a sfere a doppia corona a gola profonda e i cuscinetti a sfere a doppia corona a contatto angolare.
Cuscinetti a doppia corona di sfere a gola profonda
Questi soluzioni risultano particolarmente interessanti nei casi in cui prevalgono i carichi radiali, ma sono richieste una maggiore capacità e prestazioni assiali in una configurazione compatta.
A seconda dell'applicazione, possono rappresentare un modo efficace per aumentare le prestazioni senza ampliare in modo sostanziale l'ingombro del cuscinetto.
Cuscinetti a doppia corona di sfere a contatto obliquo
Questi aspetti assumono particolare rilevanza quando l’applicazione comporta carichi combinati significativi di tipo radiale e assiale, il posizionamento assiale in entrambe le direzioni, rigidità o momenti di ribaltamento.
L'angolo di contatto è fondamentale per il loro funzionamento. All'aumentare dell'angolo di contatto, la capacità di carico assiale tende generalmente ad aumentare; per questo motivo la geometria del cuscinetto deve essere adattata con cura alle condizioni di carico dell'applicazione.
La decisione non dovrebbe quindi mai limitarsi semplicemente a: “Abbiamo bisogno di un cuscinetto a doppia corona”.
Dovrebbe essere: «Quali sono gli obiettivi che la disposizione dei cuscinetti deve raggiungere?»
Cuscinetto standard o soluzione su misura?
C'è un altro importante vantaggio nel prendere in considerazione il cuscinetto sin dalle prime fasi del processo di progettazione.
La soluzione ottimale potrebbe non essere un cuscinetto da catalogo.
I progettisti di macchinari talvolta realizzano componenti di contorno per ovviare ai limiti di un cuscinetto standard disponibile.
Ma c'è un'altra possibilità:
Sostituisci il cuscinetto.
Noi di Neuweg, grazie alla nostra capacità di realizzare soluzioni di cuscinetti su misura per ogni applicazione, siamo in grado di valutare eventuali modifiche in base alle esigenze della macchina.
A seconda dell'applicazione, ciò può includere aspetti quali: – Geometria interna
- Dimensioni dei cuscinetti
- Caratteristiche dell'anello interno o esterno
- Anelli interni allungati
- Fori di lubrificazione
- Spazio libero interno
- Disposizioni relative alla tenuta
- Specifiche del grasso
- Caratteristiche dei componenti specifici per l'applicazione
Questo porta a un approccio ingegneristico completamente diverso.
Invece di chiedere:
“Quale cuscinetto standard si avvicina di più al nostro progetto?”
ci si può chiedere:
“Quale cuscinetto sarebbe più adatto al progetto che stiamo cercando di realizzare?”
Tale distinzione può rivelarsi estremamente importante nelle applicazioni OEM ad alto volume.
Tre reparti. Una macchina migliore.
Il vero punto di forza del cuscinetto a doppia corona emerge chiaramente quando si considerano insieme queste tre prospettive.
Per il progettista, può rappresentare un metodo sintetico per gestire carichi significativi, forze combinate radiali e assiali, rigidità e carichi di momento.
Per il reparto Acquisti, una soluzione integrata può potenzialmente ridurre il numero di componenti e spostare l'attenzione dal prezzo dei cuscinetti al costo totale di installazione.
Nel settore manifatturiero, un numero inferiore di singoli componenti può tradursi in una maggiore semplicità nella movimentazione, nell'installazione e nell'assemblaggio.
E per il produttore di macchinari nel suo complesso, tali vantaggi possono contribuire a qualcosa di ancora più importante:
Una macchina più piccola, più semplice e più competitiva sul mercato, senza compromettere inutilmente le prestazioni.
Ecco perché i cuscinetti a doppia corona non dovrebbero essere considerati semplicemente come “due corone invece di una”.
Si tratta di un'architettura ingegneristica.
"Compatto" non deve necessariamente significare "scadente"
Ci saranno sempre applicazioni in cui due cuscinetti singoli, un cuscinetto a fila singola o un’altra tecnologia di cuscinetti rappresentano la scelta ingegneristica migliore.
L'obiettivo non dovrebbe mai essere quello di scegliere un cuscinetto a doppia corona semplicemente perché è disponibile.
Ma quando la sfida è: carichi elevati. Forze combinate. Spazio di installazione limitato. Elevata rigidità. Numero ridotto di componenti. Montaggio semplificato.
…il cuscinetto a doppia corona merita di essere preso seriamente in considerazione.
È proprio qui che, presso la Neuweg Fertigung GmbH, gli oltre 70 anni di esperienza nella produzione di cuscinetti a sfere assumono particolare rilevanza.
Produciamo in Germania cuscinetti a sfere a contatto angolare a doppia corona e cuscinetti a sfere a gola profonda a doppia corona, e siamo in grado di collaborare con i team di ingegneri degli OEM per adattare le soluzioni relative ai cuscinetti alle specifiche esigenze delle macchine.
Perché a volte l'opportunità di migliorare una macchina non deriva dall'aumentare le dimensioni del cuscinetto.
Deriva dal fatto di rendere più intelligente la disposizione dei cuscinetti.
