滑动轴承设计

Pag. Rev. Pag. Rev. Pag. Rev. Pag. Rev. Prima emissione 00 09/96 First issue Zorzut Sandrin Dalla Franc. DTN DU UGQ Pag. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 REV. DATA DESCRIZIONE MODIFICA REDATTO CONTROLLATO APPROVATO DATE DESCRIPTION OF MODIFICATION COMPILED CHECKED APPROVED STANDARD N° REV. 00 PAGINA PAGE DI OF SOSTITUISCE REPLACES 2.4.046 CUSCINETTI AD ATTRITO RADENTE SLIDING FRICTION BEARINGS A cc o rd in g t o la w D a n ie li& C . c o n si d e rs t h is d o cu m e n t to b e a c o m p a n y s e cr e t a n d t h e re fo re p ro h ib it s a n y p e rs o n t o r e p ro d u ce it o r m a ke it k n o w n in w h o le o r in p a rt t o o th e r p a rt ie s o r to co m p e ti to rs w it h o u t sp e ci fi c w ri tt e n a u th o ri za ti o n o f D a n ie li' s M a n a g e m e n t A te rm in i d i l e g g e la D A N IE LI & C . S .p .A . c o n si d e ra q u e st o d o cu m e n to c o m e s e g re to a zi e n d a le c o n d iv ie to p e r ch iu n q u e d i r ip ro d u rl o e /o d i r e n d e rl o c o m u n q u e n o to , i n tu tt o o in p a rt e , a te rz i, o vv e ro a d it te c o n co rr e n ti , se n za s p e ci fi ca a u to ri zz a zi o n e s cr it ta d e lla D ir e zi o n e D A N IE LI . 1 9 2.4.118 INDICE DEI CONTENUTI: 1 - MATERIALI..................................................Pag. 2 2 - MODALITA' DI FUNZIONAMENTO............Pag. 3 3 - CRITERI DI PROPORZIONAMENTO..........Pag. 4 3.1 - DEFINIZIONE DEL RAPPORTO L/D (Lunghezza/Diametro)...............................Pag. 4 3.2 - DEFINIZ. DEL GIOCO RELATIVO C/D.....Pag. 4 3.3 - PROPORZIONAMENTO CUSCINETTI....Pag. 5 4 - SISTEMI DI ALIMENTAZIONE....................Pag. 5 4.1 - SCANALATURE........................................Pag. 6 4.2 - SCANALATURE SU PATTINI...................Pag. 7 4.3 - DIMENSIONAMENTO SCANALATURE PER BUSSOLE .........................................Pag. 8 4.4 - FORI ADDUZIONE OLIO PER BUSSOLE ..................................................Pag. 8 5 - TOLLERANZE DI ACCOPPIAMENTO CONSIGLIATE Pag. 9 CONTENTS: 1 - MATERIALS.................................................Page 2 2 - OPERATION................................................Page 3 3 - DIMENSIONING CRITERIA.........................Page 4 3.1 - DEFINITION OF L/D RATIO (Length/Diameter)......................................Page 4 3.2 - DEFINIT. OF C/D RELATIVE CLEARAN..Page 4 3.3 - DIMENSIONING OF BEARINGS..............Page 5 4 - FEEDING SISTEMS.....................................Page 5 4.1 - GROOVES................................................Page 6 4.2 - GROOVES ON SLIDING BLOCKS...........Page 7 4.3 - DIMENSIONING OF GROOVES FOR SLEEVES ..................................................Page 8 4.4 - OIL FEEDING HOLES FOR SLEEVES.....Page 8 5 - RECOMMENDED COUPLING TOLLERANCES ...........................................Page 9 STANDARD N° REV. 00 PAGINA PAGE DI OF SOSTITUISCE REPLACES 2.4.046 CUSCINETTI AD ATTRITO RADENTE SLIDING FRICTION BEARINGS A cc o rd in g t o la w D a n ie li& C . c o n si d e rs t h is d o cu m e n t to b e a c o m p a n y s e cr e t a n d t h e re fo re p ro h ib it s a n y p e rs o n t o r e p ro d u ce it o r m a ke it k n o w n in w h o le o r in p a rt t o o th e r p a rt ie s o r to co m p e ti to rs w it h o u t sp e ci fi c w ri tt e n a u th o ri za ti o n o f D a n ie li' s M a n a g e m e n t 2 9 2.4.118 R e v . D a te D e sc ri zi o n e - D e sc ri p ti o n La presente Norma definisce i criteri di scelta e di propor- zionamento di cuscinetti ad attrito radente. Tali indicazioni sono valide per applicazioni generali; ap- plicazioni specifiche impegnative (alti carichi o velocità) devono essere calcolate e/o verificate da Ufficio Calcoli (CAE). GENERALITA' La scelta di cuscinetti radenti rispetto a quelli volventi è caratterizzata da: - minore sensibilità agli urti, alle vibrazioni ed alle varia- zioni improvvise del carico; - attitudine a smorzare urti e vibrazioni; - minore ingombro, costruzione più semplice. 1 - MATERIALI Devono essere definiti tra i seguenti: GZ-CuSn12 centrifugato UNI 7013 (85-87% Cu; 13-15% Sn) R =280 N/mm2; Rs = 150 N/mm 2; A = 7%; HB = 95 Materiale duro, tenace, con ottima resistenza all'abra- sione, da utilizzare nel caso di rotazioni lente, anche con scadente lubrificazione. Pressione specifica ammissibile: 20 - 120 daN/cm2 G-CuAl11Fe4 fuso in conchiglia UNI 5274 (Cu 83-87%; Al 10-11,5%; Fe 3-5%) R = 550-650 N/mm2; Rs = 250-300 N/mm2; A = 8-12%; HB = 160-180. Materiale adatto per accoppiamenti di parti soggette a notevole usura; cuscinetti o pattini con forti carichi; re- sistente agli urti, tenace, saldabile. G-CuAl11Fe4 Ni4 fuso in conchiglia UNI 5275 (Cu 78-84%; Al 10-11,5%; Fe 3-5%; Ni 3-5,5%) R = 650-750 N/mm2; Rs = 300-360 N/mm2; A = 4-10%; HB = 170-200 Materiale con ottima resistenza alla corrosione ed al calore; utilizzabile per pattini o slitte molto sollecitati, resistente agli urti, saldabile. NOTA: Il materiale del cuscinetto deve essere meno duro (circa 4 volte inferiore) di quello del perno; l'uso per il cuscinetto di materiali più duri consente carichi unitari più elevati, ma obbliga a trattamenti di indurimento dei perni ed a un mi- gliore e continuo controllo della lubrificazione. This Norm defines the choice and dimensioning criteria of sliding friction bearings. Such indications are valid for general applications; speci- fic and more demanding applications (heavy loads or ve- locities) must be calculated and/or verified by the techni- cal Dept. (CAE). GENERAL DATA The choice of sliding friction bearings as opposed to rol- ling bearings is characterized by: - lower sensibility to chocks, vibrations and sudden load variations; - aptitude to dampen shocks and vibrations; - smaller dimensions, simpler construction. 1 - MATERIALS They must be chosen among the following ones: Centrifugated GZ-CuSn12 to UNI 7013 (85-87% Cu; 13-15% Sn) R =280 N/mm2; Rs = 150 N/mm 2; A = 7%; HB = 95 This material is hard, tough, with excellent abrasion resistance and can be used in case of slow rotations, also with inferior lubrication. Allowed specific pressure: 20 ÷ 120 daN/cm2 Chill cast G-CuAl11Fe4 to UNI 5274 (Cu 83-87%; Al 10-11,5%; Fe 3-5%) R = 550÷650 N/mm2; Rs = 250÷300 N/mm2; A = 8÷12%; HB = 160÷180. Material suitable for joining parts subject to conside- rable wear; bearings or skids with heavy loads; shock resistant, tough, weldable. Chill cast G-CuAl11Fe4 Ni4 to UNI 5275 (Cu 78-84%; Al 10-11,5%; Fe 3-5%; Ni 3-5,5%) R = 650-750 N/mm2; Rs = 300-360 N/mm2; A = 4-10%; HB = 170-200 This material has on optimum resistance against cor- rosion and heat; it can be used for highly stressed sli- ding blocks or skids; it is shock resistant, weldable. NOTE: The bearing material must be less hard (about 4 times less) than that of the shaft; the use of harder materials for the bearing allows heavier unit loads, but involves the hardening of pins and a better and continuous control of the lubrication. REV. 00 PAGINA PAGE DI OF SOSTITUISCE REPLACES 2.4.046 CUSCINETTI AD ATTRITO RADENTE SLIDING FRICTION BEARINGS A cc o rd in g t o la w D a n ie li& C . c o n si d e rs t h is d o cu m e n t to b e a c o m p a n y s e cr e t a n d t h e re fo re p ro h ib it s a n y p e rs o n t o r e p ro d u ce it o r m a ke it k n o w n in w h o le o r in p a rt t o o th e r p a rt ie s o r to co m p e ti to rs w it h o u t sp e ci fi c w ri tt e n a u th o ri za ti o n o f D a n ie li' s M a n a g e m e n t 3 9 2.4.118 R e v . D a te D e sc ri zi o n e - D e sc ri p ti o n Diagramma pressioni Pressure diagram spessore min. min. thickness 2 - MODALITA' DI FUNZIONAMENTO Nelle applicazioni pratiche vengono distinti tre tipi di lu- brificazione e cioè: - LUBRIFICAZIONE IDROSTATICA Il lubrificante viene introdotto nella zona di carico del cu- scinetto ad una pressione di valore tale da poter mante- nere separate le superfici dei due elementi dell'accop- piamento anche in assenza di moto relativo. - LUBRIFICAZIONE IDRODINAMICA Lo strato di lubrificante nel meato dipende essenzial- mente dal moto relativo delle due superfici, cioè da una velocità sufficientemente elevata tale da creare la pres- sione necessaria ad equilibrare il carico esterno, man- tenendo separati l'albero dal cuscinetto. - LUBRIFICAZIONE MISTA, O LIMITE E' quella in cui, per effetto di un carico troppo elevato o di una troppo piccola velocità relativa tra gli elementi ac- coppiati, ci si trova in presenza di un parziale contatto metallico tra albero e cuscinetto. Ad albero fermo, esiste una zona di contatto metallico co- stituita dalla generatrice comune. Quando inizia la rota- zione, il lubrificante che si trova nel vano tra albero e boc- cola, viene trascinato per aderenza tra le superfici for- mando un velo continuo di spessore variabile con conti- nuità. La pressione all'interno del lubrificante cresce nel senso della convergenza delle superfici fino ad un valore max j m; lo spessore minimo dell'olio si trova in corrispon- denza di un angolo j 1 > j 2. Il velo di lubrificante va considerato a tutti gli effetti una componente costruttiva del supporto. In funzionamento, la pressione effettiva è sensibilmente superiore alla p media, espressa come p = P/b·d. Di ciò va tenuto conto nella scelta del materiale. In pratica, si confronta la pm con il limite di snervamento Sn del materiale, adottando dei coefficienti di sicurezza abbastanza alti. Normalmente: - per cuscinetti precisi, senza scanalature, con carichi centrati Sn/pm = 4 - 6; - per cuscinetti in condizioni sfavorevoli, con scanalature Sn/pm = 6 - 10; - se si temono inflessioni dell'albero, con conseguenti pressioni sugli spigoli Sn/pm = 8 - 20. 2 - WORKING METHODS In operational use there are three lubrication types: - HYDROSTATIC LUBRICATION The lubricant is introduced into the bearing load area at a pressure such as to keep separated the surfaces of the two elements, even if there is no relative motion. - HYDRODYNAMIC LUBRICATION The film of lubricant in the cavity depends essentially on the relative motion of the two surfaces, i.e. on a speed sufficiently high to create the pressure required to ba- lance the external load, thus keeping the shaft separate from the bearing. - MIXED LUBRICATION Because of a too heavy load, or a too low relative velo- city between the two elements, with this lubrication me- thod there is a slight contact between the shaft and bea- ring. With stationary shaft there is a zone of metallic contact consisting of the common generatrix. When the rotating motion starts, the lubricant in the space between shaft and bush is dragged by adhesion by between the two sur- faces thus forming an uninterrupted film with a conti- nuously varying thickness. The presure within the lubri- cant increases towards the direction to which the surfa- ces converge up to a max. value of j m; the minimum oil thickness is at an j 1 > j 2. The film of lubricant is to be considered in every respect a constructive component of the support. During operation, the real pressure is considerably hi- gher than the mean pressure expressed as p = P/b·d. This must be taken into due account when selecting the material. In practice, the mean pressure pm is compared with the material yield point Sn and a sufficiently high safety fac- tors are then adopted. Usually: - for precise bearings without grooves and with centered loads: Sn/pm = 4 - 6; - for bearings with grooves working under unfavourable conditions: Sn/pm = 6 - 10; - if shaft deflections with consequent pressure on the ed- ges are expected: Sn/pm = 8 - 20. STANDARD N° REV. 00 PAGINA PAGE DI OF SOSTITUISCE REPLACES 2.4.046 CUSCINETTI AD ATTRITO RADENTE SLIDING FRICTION BEARINGS A cc o rd in g t o la w D a n ie li& C . c o n si d e rs t h is d o cu m e n t to b e a c o m p a n y s e cr e t a n d t h e re fo re p ro h ib it s a n y p e rs o n t o r e p ro d u ce it o r m a ke it k n o w n in w h o le o r in p a rt t o o th e r p a rt ie s o r to co m p e ti to rs w it h o u t sp e ci fi c w ri tt e n a u th o ri za ti o n o f D a n ie li' s M a n a g e m e n t 4 9 2.4.118 R e v . D a te D e sc ri zi o n e - D e sc ri p ti o n 3 - CRITERI DI PROPORZIONAMENTO - Si tende a dimensionare il cuscinetto e relativo per- no in modo tale che possa funzionare in regime di lubrifi- cazione idrodinamica. - La lubrificazione a grasso viene utilizzata per impieghi a bassa velocità o carichi molto pesanti, in caso di alte temperature, in caso di lavoro intermittente oppure quando non è possibile lubrificare in modo costante. 3.1 - DEFINIZIONE DEL RAPPORTO L/D (LUNGHEZZA/DIAMETRO) La lunghezza L, se non imposta, deve variare tra: L/D = 0,5-1 per cuscinetti precisi - lubrificazione for- zata L/D = 1-1,5 per cuscinetti in applicazioni generiche. In genere si dovrebbero preferire rapporti L/D gran- di per cuscinetti con elevate pressioni e velocità me- dio-piccole; rapporti L/D piccoli con basse pressioni ed elevate velocità. La limitazione di lunghezza del perno comporta: - una maggiore portata di lubrificante e quindi tem- perature di funzionamento più basse; - una ridotta capacità di carico; - un miglior funzionamento nel caso di inflessione degli alberi. 3.2 - DEFINIZIONE DEL GIOCO RELATIVO = C/D C = D int. cuscinetto - D perno Giochi indicativi d'accoppiamento C/D in funzione del carico e della velocità: I più piccoli giochi relativi C/D, aumentano sensibil- mente la capacità portante del lubrificante poichè la p max è inversamente proporzionale a (C/D)2. D'altra parte, diminuendo il gioco, diminuisce la por- tata di lubrificante nel meato e quindi viene ridotta la sua azione refrigerante. Piccoli giochi relativi sono da scegliere quando si vuole ridurre la rumorosità. In generale, quanto maggiore è la velocità di rota- zione dell'albero, tanto maggiore dev'essere il gio- co e, quanto maggiore è il carico gravante sul cusci- netto, tanto minore dev'essere il gioco stesso allo scopo di ridurre la P max di funzionamento. 3 - DIMENSIONING CRITERIA - There is a tendency to dimension the bearing and the as- sociated hub in such a way they can work in a state of hydrodynamic lubrication. - Grease lubrication is used for applications involving low speed,very heavy loads, high temperatures and inter- mittent operation, or when a constant lubrication is not possible. 3.1 - DEFINITION OF L/D RATIO (LENGTH/DIAMETER) If not specified, the length L must vary between: L/D = 0,5-1 for precise bearings and forced lubrifica- tion L/D = 1-1,5 for bearings in general applications. In general, high L/D ratios are used for bearings in- volving high pressures and medium/low speeds, whilst low L/D ratios should be preferred for bea- rings involving low pressures and high speeds. The limitation of the hub length involves: - a larger flow rate of the lubricant and, therefore, lo- wer operation temperatures; - a reduced loading capacity; - a better operation in case of shaft deflection. 3.2 - DEFINITION OF RELATIVE CLEARANCE = C/D C = bearing ID - hub D Indicative clearances of C/D coupling depending on load and speed: Since the maximum pressure p max. is inversely proportional to (C/D)2, the smallest relative C/D clearances considerably increase the lubricant bearing capacity. On the other hand, by reducing the clearance the flow rate of the lubricant in the groove, and therefore its cooling capacity, are reduced as well. Small relative clearance are to be chosen for redu- cing the noise. In general, the higher the rotation speed of the shaft the larger the clearance, and the heavier the load on the bearing the smaller the clearance to reduce the maximum operation pressure (P max.). - PERNI VELOCI FAST HUBS > 25 m/s PERNI MEDI MEDIUM-SPEED HUBS 4 - 25 m/s PERNI LENTI SLOW HUBS < 4 m/s PERNI POCO CARICATI HUBS WITH LIGHT LOAD pm < 50 daN/cm2 0,2 ÷ 0,3‰ 0,13 ÷ 0,2‰ 0,07 ÷ 0,12‰ PERNI MOLTO CARICATI HUBS WITH HEAVY LOAD pm > 50 daN/cm2 0,15 ÷ 0,25‰ 0,07 ÷ 0,15‰ 0,03 ÷ 0,06‰ 3.3 - DIMENSIONING OF BEARINGS l ~ d1 (l - 1,5) Generally D/d ³ 1,26 Finish of the coupled hub Ra = 0,8 µm. 4.0 - FEEDING SYSTEMS - BEARINGS WITH FIXED LOAD In this case the position of the cavity is fixed and feeling can be as follows: - through a hole made in the fixed element; - by adding to the hole a grove on the bearing centre li- ne or a pocket, when a considerable elongation is in- volved. This facilitates the oil distribution over the whole bearing width. 3.3 - PROPORZIONAMENTO CUSCINETTI l ~ d1 (l - 1,5) Genericamente D/d ³ 1,26 Finitura del perno accoppiato Ra = 0,8 µm 4 - SISTEMI DI ALIMENTAZIONE - CUSCINETTO A CARICO FISSO In questo caso la posizione del meato è fissa e l'alimen- tazione può avvenire nei seguenti modi: - tramite un foro praticato nell'elemento fisso; - quando l'allungamento è grande, aggiungendo al fo- ro una scanalatura in mezzeria al cuscinetto o una sacca longitudinale, si facilita la distribuzione dell'olio su tutta la larghezza del cuscinetto. STANDARD N° REV. 00 PAGINA PAGE DI OF SOSTITUISCE REPLACES 2.4.046 CUSCINETTI AD ATTRITO RADENTE SLIDING FRICTION BEARINGS A cc o rd in g t o la w D a n ie li& C . c o n si d e rs t h is d o cu m e n t to b e a c o m p a n y s e cr e t a n d t h e re fo re p ro h ib it s a n y p e rs o n t o r e p ro d u ce it o r m a ke it k n o w n in w h o le o r in p a rt t o o th e r p a rt ie s o r to co m p e ti to rs w it h o u t sp e ci fi c w ri tt e n a u th o ri za ti o n o f D a n ie li' s M a n a g e m e n t 5 9 2.4.118 R e v . D a te D e sc ri zi o n e - D e sc ri p ti o n d1 d2 d3 a < 25 d1 + 6 d2 + 6 3 > 25 < 32 d1 + 8 d2 + 6 4 > 32 < 55 d1 + 10 d2 + 8 5 > 55 < 85 d1 + 15 d2 + 10 7,5 > 85 < 150 d1 + 20 d2 + 10 10 > 150 < 170 d1 + 25 d2 + 15 12,5 > 170 < 200 d1 + 30 d2 + 15 15 STANDARD N° REV. 00 PAGINA PAGE DI OF SOSTITUISCE REPLACES 2.4.046 CUSCINETTI AD ATTRITO RADENTE SLIDING FRICTION BEARINGS A cc o rd in g t o la w D a n ie li& C . c o n si d e rs t h is d o cu m e n t to b e a c o m p a n y s e cr e t a n d t h e re fo re p ro h ib it s a n y p e rs o n t o r e p ro d u ce it o r m a ke it k n o w n in w h o le o r in p a rt t o o th e r p a rt ie s o r to co m p e ti to rs w it h o u t sp e ci fi c w ri tt e n a u th o ri za ti o n o f D a n ie li' s M a n a g e m e n t 6 9 2.4.118 R e v . D a te D e sc ri zi o n e - D e sc ri p ti o n - CUSCINETTO A CARICO ROTANTE In questo caso, tutto il meato si sposta con la stessa ve- locità del carico. Affinchè l'alimentazione avvenga sempre nella posizio- ne d'inizio del meato, si possono seguire due sistemi: - Alimentazione tramite un foro praticato nell'organo mobile - Alimentazione tramite scanalatura circonferenziale intera. Questo caso si presta per qualsiasi tipo di cari- co, perchè assicura l'alimentazione del meato indi- pendentemente dalla posizione del meato stesso. Come criterio generale, la superficie interna della mezza bussola contro cui agisce il carico non dovrebbe avere al- cuna scanalatura, poichè queste producono un peggiora- mento delle pressioni del velo d'olio; non sono invece dan- nose scanalature nella metà non caricata del cuscinetto. L