IT8322641A1

IT8322641A1 - Cuscinetto a rulli con rulli di struttura speciale

Info

Publication number: IT8322641A1
Application number: IT1983A22641A
Authority: IT
Original assignee: The Torrington Company
Priority date: 1982-09-16
Filing date: 1983-08-25
Publication date: 1985-02-25
Also published as: GB8323509D0; FR2533276B1; CA1205114A; SE8304949D0; GB2129066A; SE8304949L; IT1163933B; DE3332450A1; JPS5969519A; US4456313A; IT8322641A0; GB2129066B; FR2533276A1

Description

"CUSCINETTO A RULLI CON-RULLI DI STRUTTURA SPECIALE"

RIASSUNTO

Ciascun rullo in un cuscinetto a rulli ha diametri variabili lungo la sua lunghezza. La , superfici e longitudin i le ? formata con raggi d? curvatora variabili. I diametri sono funzioni della sollecitazione di contatto lungo ' il rullo , della, lunghezza del rullo , di qualsiasi disallinea mento angolare e del diametro effettivo del cuscinetto . I ?iametri variabili sono tali che su ciascun rullo ? imposta ma sollecitazione di contatto uniforme.

Se desiderato , invece dei rulli , una pista pu? essere sagomata per determinare la sollecitazione di contatto uniforme,

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda cuscinetti a rulli. Pii. particolarmente, la presente invenzione consiste in un cuscinetto a rulli contenente rulli costruiti in modo tale che sui rulli viene imposta una sollecitazione o sforzo contatto uniforme

I cuscinetti sono eumene ionati e scelti in base alla loro capacit? ai soppcreare un certo carico per un numer; di giri dell 'anello inaemo. Il modo di rottura che impone le dimensioni del cuscinetto e quindi l ?affidabilit? per un dato livello di carilo ? la fatica superficiale. La fatica superficiale dei componenti dei cuscinetti dipende in fortissimo grado sollecitazione di contatto e dal numero di ripetizioni d? tale sollecitazione o sferzo. La affidabilit? di un cuec ?metco pub essere migliorata in modo molto sostanziale, mantenendo costanti tutti gli altri fattori , riduc endo il valore della sollecitazione di conna t to .

Se le sollecitaziorr si concentrano in corrispondenza di un punto particolare o di punti particolari sul rullo, allora il cuscinetto si romper? rapidamente. Ad esempio un cuscinetto con piste e rulli cilindrici retti avr? breve durata a causa delle COZLCentrazioni delle sollecitazioni in corrispondenza della estremit? dei rulli. Sono stati fa ti tentativi (1) per ri-ruovere tali concentrazioni delle sollecitazioni e (2) per rendere la sollecitazione di contjat to uniforme lungo la lunghezza del rullo. Questi tentativi lanno consentito di rimuovere le sollecitazioni concentrate ma non hanno fornito sollecitazione uniforme lungo la lunghezza del rullo. Un rullo non avente sollecitazioni concentrate dura di pi? di rulli cilindrici retti. Tuttavia questi rulli non durano tanto a lungo come se essi fossero costruiti non solo per rimuovere le concentrazioni sollecitate ma anche per avere sollecitazione uniforme lungo la lunghezza del rullo.

LI. cuscinetto contenente rulli fornenti sollecitazione uniforme lungo la lunghezza del rullo ? altamente desidera olle per l'ottenimento di cuscinetti a m lli aventi una curari utile ottenibile massima. L'invenzione fornisce un simile cuscinetto.

lescritta'in breve, l'invenzione coinsiste in un cuscine_to a rulli avente una pista esterna ed una pista interna. I rulli fra le piste hanno una superficie longitudinale esterna specificatamente strutturata. Il rullo ra iamerri variabili e raggi di curvatura variabili lungo la ua lunghezza. I diametri sono funzioni cella sollecitazio ne di contatto lungo il rullo, della lungnezza del rullo, ?i qualsiasi disallineamento angolare dell'asse del rullo rispetto all'asse della pista interna e del diametro effettivo del cuscinetto. I diametri variabili sono pure tali che, entro un limite di errore accettabile, una sollecitazione di contatto uniforme viene imposta su ciascun rullo lungo la lungh?zza-del rullo stesso. Se desiderato, invece dei rulli, la superficie esterna della pista intervia oppure la superficie interza della pista esterna pu? essere sagomata in modo da ottenere la sollecitazione di con uniforme.

L'invenzione, come pure i suoi molti vantaggi, possonc essere compresi facendo riferimento alla seguente descrizione dettagliata e ai disegni, nei quali:

la Figura 1 ? una vista del profilo di un rullo della tecnica ncua.e illustrante la configurazione della sollecitazione di contatto consueta sui rulli;

la Figura 2 ? una vista del profilo di un rullo con raggio di corona completo della tecnica nota e illustrant la configurazione della sollecitazione di contatto usuale su un rullc con raggio di corona completo;

la Figura 3 ? una vista del profilo di una forma di realizzazione preferita della presente invenzione e della configurazione o disegno della sollecitazione dm contatto in tale forma di realizzazione preferita;

la Figura 4 ? una vista in sezione schematica frammenfta r?a della forma di realizzazione di Figura 3;

la Figura 5 ? una vista in sezione schematica di una seconda forma di realizzazione preferita della presente invenzione; e

la Figura 6 ? un diagramma illustrante le fasi per de terminare le forme dei rulli della presente invenzione.

Nelle varie figure, parti uguali sono indicsie da num 5?1 uguali.

Facendo riferimento ai disegni, e pi? particolarmente alla Figura 1., in essa s illustrato uh rullo con profilo standard e la sua configurazione di sollecitazione di contatto. Questi rulli sono comunemente impiegati in cuscinetti. Il rullo IO ics.un diametro costante per la maggior parte della sua lunghezza. Il rullo ha una snussatu ra o raccordo in corrispondenza delle sue estremit?'12 e 14. la sollecitazione li contatto si concentra in corrispondenza delle linee di divisione 16 e 18 fra la porzi ne a diametro costante IO e le smussature 12 e 14 rispettivamente.

Le concentrazioni delia sollecitazione di contatto sono indicate da 20 e 2.2 sulla configurazicre delle sollecitazioni di contatto. A causa delle concentrazioni del le sollecitazioni, il cuscinetto con rulli rappresentato in Figura 1 svilupper? in modo relativamente rapido rigatu re, fossette e altri diretti nelle aree 16 e 18 e si romper? per fatica.

Sono stati fatti irritativi di realizzare rulli non aventi concentrazioni delle sollecitazioni o sollecitazioni concentrate e aventi sollecitazione di contatto uniforme lungo la lunghezza del rullo stesso. Un risultato di que ti tentativi ? illustrato nella Figura 2 , che rappresenta un rullo 24 con raggio di corona completo . Eseminando la configurazione della sollecitazione d contatto di Figura 2 si pu? notare che con il rullo 24 a raggio di corona completo, le concentrazioni delle sollecitazioni sono sta te rimosse. Tuttavia, la configurazione della sollecitazic ne di contatto non ? uniforme lungo la lunghezza del rullc La sollecitazione di contatto ? massima in corrispondenza del centro longitudinale del rullo e diminuisce in manieri continua dal centro verso le estremit? dei rulli. Perci?, anche se3e sollecitazioni concentrate sono state rimosse, rimane il problema di non avere sollecitazione di contatto uniforme lungo la lunghezza del rullo. Il rullo con ?,?? no raggio di corona di Figura 2 spesso si usura altrettanto rapidamente del rullo cor.profilo standard di Figura 1.

Una forma di realizzazione preferita dell'invenzione ? illustrata in Figura 3. Il ruLlo 30, denominato rullo a profilo ottimale, ha una superficie longitudinale esterna 32 avente diametri variabili lungo la sua piena lunghezza. Inoltre, la superficie esterna 32 ? formata con raggi di curvatura variabili lungo la sua lunghezza. La curvatura ? una curvatura complessa.

La coniigurazione della sollecitazione di contatto rap presenta che tutte le concentrazioni della sollecitazione sono rimosse e che luna sollecitazione di contatto uniforme ssiste lungo tutta la lunghezza del rullo.

La sollecitazione ? uniforme lungo la lunghezza del cullo; pertanto la sollecitazione massima ? minore impiegaido il rullo di Figura 3 della sollecitazione massima i

do i rulli delle Figure 1 c 2.,Ad esempio, per carichi simili, una sollecitazione massima di 414.000 psi (29,1073) pu? verificarsi in corrispondenza dei punti 16 e 18 impiegando il rullo di Figura 1, una sollecitazione massima di 437.000 psi ( 30,7244 ) pu? verificarsi in corrispondenza del centro longitudinale piegando il rullo di Figura 2, me una sollecitazione uniforme di solo 357.000 psi ( 25,0995 ) avr? luogo impiegando il rullo della Figura 3. I rulli di Figura 3 avranno una durata sino a sei volte o pi? di quella dei rulli della Figura 10 della Figura 2.

La superf?cie esterna 32 di un rullo 30 in un dato cuscinetto funzionante in condizioni note ? funzione della sollecitazione di confatto lungo il rullo, della lunghezza del rullo, di qualsiasi disallineamento angolare dell'?_s se del rullo rispetto all 'asse delle piste, e del diametro effettivo del cuscinetto. Questi parametri possono essere rappresentati dalle formule:

(1) PK in cui P = sollecitazione.di contatto massima LK

b lungo il rullo (lb./in.^ o Kg/cm^) L = lunghezza del rullo (in. o cm

K = costante relativa al rapporto di (Poisson) e al modulo di (Young) del rullo e ai materiali delle piste.

K = 6 , 09524 X 10 /lb. 0 cm /kg) Se per i rulli e le piste ? impiega

to acciaio, allora K = K .

in eni 9 = Disallineamento angolare (raiimn ;i) L = lunghezza del rullo (in. o cor.)

in cui D = diametro del rullo

e

D = diametro deli,pista: D 0 per

il contatto cella pista

D <0 per il contatto delia poi sta esterna.

Per determinare la superficie esterna del rullo

co 30, la lunghezza del rullo viene suedivisa in un

di porzioni o fette predeterminate. Ad esempio, come ? illustrato nella figura 4? il rullo 30 viene diviso in 31

porzioni. Per m a data applicazione, vengono calcolati i

. _.

valori di La linea a tratti, o in viluppo 34, atr a contatto nel punto 36 con il centro

longitudinale del rullo 30 ed ? parallela all'asse del mul

lo. La distanza verticale dalla linea tratteggiata 34 ri -

spetto a qualsiasi punto sulla superficie 32 viene chiama-

ta "caduta". La caduta in corrispondenza del centro di

ciascuna porzione o fetta divisa per il quadrato della lunghez

za del rullo viene trovata su una tabella preliminanmssiie

approntata. Dalla tabella preliminarmente approntata vi sn

:alcolato il diametro del rullo 30 in corrispondenza cimi

centro longitudinale di ciascuna delle 32 porzioni. La ?ta-

bella preliminarmente approntata ? precisa entro un i nat d'errore accettabile di, ad esempio, sino a

La. patella I costituisce un esempio di una taccila prelibinam ente approntata, la Tabella I vale per un cuscinetto cilindrico con un D di 0,09. Nella -tabella soiio mostrati valori diversi di le cadute sono m milionesimi di pollice (1 pollice -25,4 min.) invisi per Nella Tabella I, sono mostrate solo le porzioni o fette dal centro del rullo ad una estremit? ci esso. Il rullo 20 e preferibilmente realizzato simmetrico e, perci?, le cadente in ciascuna delle porzioni sull'altre lato del rullo saranno uguali alle cadute corrispondenti rappresenta te nella Tabella I.

Esaminando la Tabella I si pu? notare, ad esempio, che in un cuscinetto avente un e un

un .diametro del rullo di 0,1 poiiici (2,54 nm)

ed una lunghezza del rullo di 1,0 pollici. (2, 54 cm), la caduta in corrispondenza dell'estremit? del rulic ? 1025, la caduta in prossimit? della estremit? del ra lio e di 900 la caduta successiva ? 811 e cosi via. Da tale informazione si pu? determinare che il diametro del rullo nel centro della porzione o fetta ? di 0,097950 pollici ( 0,248593 cm in corrispondenza del centro della porzione 2 e di 0,98200 pollici (2,49428 cm)e cos? via.

Pacando riferimento alla Figura 5, in essa e rappresenta :o un rullo 40 simile a un rullo rastremato conico, diviso in 32 porzioni o fette, l?inviluppo di un rullo rastremato o simile ? indicato dalla linea tratteggiata 42. La caduti del centro di ciascuna delle porzioni ? misurata perpendicolarmente all?asse del rullo dall?inviluppo 42.

Con il rullo di Figura 5 e desiderabile avere un Deffin corrispondenza della estremit? grande ed un Deffg in corrispondenza della estremit? piccola.

La Tabella II illustra una tabella preliminarmente approntata con un rullo 40 avente un in corrispondenze della estremit? grande ed un in corrisponden za della estremit? piccola di

= 300. OOC e se la lunghezza del rul3

? di 1,0 pollici (2,54 cm) allora si pu? osservare dalla tabella II che per un rullo di acciaio ed una pista di acciaio, in corrispondenza dell?estremit? grande, la caduta in corrispondenza del centro della porzione o fetta 1 ? di 1.487, la caduta in corrispondenza del centro della porzione successiva ? di 1.147 e cos? via, la caduta in corrispondenza della porzione a sinistra del centro longitudinale del rullo 40 essendo ?i.164. La caduta in corrispondenza del centro della porzione a destra del centro longitudinale ? 133, la caduta in corrispondenza del centrjo della porzione successiva ?.102, e cos? via, la caduta in corrispondenza del centro della porzione 32 essendo 548.

Se il disallineamento carica l?estremit? grande del rullo, ? ? positivo ; se il disallinesjnsnto carica l 'estremit? pie cola del rullo allora ? ? negativo.

Il diagramma di Figura 6 illustra i passi eseguiti in calcolatore per realizzare tabelle come la Tabella I e 1 a tabella II . L 'informazione per definirne la geometria di nontatto e il carico costituiscono "1 'ingresso" . Tali informazione include il carico applicato , il diametro del riio in corrispondenza del centro longitudinale, la lungiez za del rullo, l'angolo del rullo (se simile a un rullo ra-? sbramato') il diametro primitivo, il disallineamento fra m i le e pista, il rapporto di Poisson e il modulo di Young del rullo e della pista, e il numero di porzioni in cui deve essere suddivisa la lunghezza di contatto fra rullo e peste.,

I calcoli "preliminari" incidono la localizzazione del cener? longitudinale di ciascuna porzione c fetta.del rullo e la determinazione del diametro del rullo e del diame-? tre delle piste in'corrispondenza di tale centro. Inoltre la lunghezza di contatto o rullo-pista di ciascuna porzio--fetta e determinata.

Mediante formule matematiche note supponendo che ciascuna porzione supporti il medesimo carico applicato. Il gioco iniziale dovuto al disallineamento fra il rullo e 1: pista lungo il centro del rullo ? pure determinato.

Viene quindi determinata la "rigidit? di contatto". Si suppone che la risposta spossamento-forza per il rullo e la pista sia uguale a quella di un semispazio. Si suo pone pure che la pressione di contatto attraverso una data porzione segua una distribuzione ellissoidale. La rigidit? di contatto pu? essere trovata matematicamente. La pressione di contatto su una dama area ? uguale alla rigidit? di contatto per l'avv icinamento meno la caduta. Per "avvicinamento" si intende lo spostamento del centro del rullo verso il centro della pista.

Nei .passi di "calcolare l 'aw icinamento fra il rullo e la pista", si suppone un certe avvicinamento, ed esso ? noltiplicato per la rigidit? di contatto per ottenere la ?istribuzione della pressione. Dalla distribuzione della pressione viene calcolato il carico di reazione totale. Lo avvicinamento supposto viene quindi alterato finche il carico di reazione non eguaglia il carico applicato entro un limite errore accettabile. Per "alterare il profilo per ottenere una sollecitazione uniforme", viene calcolata la distribuzione della pressione o la pressione di contatto nel centro di ciascuna porzione, il diametro della porziorie con la pressione i contatto massima viene ridotto e vie? ne ricalcolata la ?istribuzione della pressione. Questi par si sono ripetuti incile la pressione non risulta uniforme lungo la lunghezza del rullo entro un dato limite di errore.

Nella fase di 'profilo e avvicinamento corretti", il profilo finale ottenuto per acquisire una sollecitazione uniforme nei passe precedente e l'avvicinamento vengono alterati finche non ? ottenuta la pressione di contatto uniforme in un carico di reazione che uguaglia il carico applicato entro davi limiti di errore.

Impiegando la distribuzione di pressione finale calcola ta precedentemente, viene controllata .la larghezza di con to determinata nei "'calcoli preliminari". Dalla distribuzione della pressione viene sterminato.il carico su ciaseo na porzione o fetta.. Viene ricalcolata la larghezza di contatto in corrispondenza di ciascuna porzione. Se la za di contatto originariamente determinata differisce dalla larghezza di contatto ricalcolata, allora una nuova rigidit? di contatto ed un nuovo profilo del rullo sono caco ti in maniera continua finche le larghezze di contatto non variano in maniera significativa da iterazione a iterazione Il passo finale ? quello di "stampare" tabelle come la Tabella I e la Tabella II.

1. Cuscinetto a rulli eon una pista esterna; una pista interna avente una periferia esterna distanziata dalla periferia interna della piste esterna per fornire uno spazio fra dette piste; ed una pluralit? di rulli in detto spazio, caratterizzato dal fatto cine un elemento fra detta periferia esterna, e detta periferia interna o detti rum ? sagomato per determinare, entro un limite di errore accettabile, una sollecitazione di contatto cmiforme su ciascun rullo lungo la lunghezza del rullo stesso.

2. Cuscinetto a rulli secondo la rivendicazione 1, carb-t terizzato inoltre dal fatto che la periferia della pista esterna ? sagomata in mode atto a determinare detta sollecitazione uniforme.

3. Cuscinetto a rulli secondo la rivendicazione 1, carat terizzato inoltre dal fatto che la periferia della pista interna ? sagomata in modo atto a determinare detta sollecitazione uniforme.

4. Cuscinetto a rulli secondo la rivendicazione 1, carat terizzato inoltre dal fatto che i rulli sono sagomati in nodo atto a determinare dette sollecitazione uniforme.

5. Cuscinetto a rulli avente una pista esterna e una cista interna caratterizzato da una pluralit? di rulli, liascun rullo avendo diametri variabili lungo la sua lunghezza e superfici longitudinali formate con raggi di curvatura variabili, i diametri essendo funzioni della solecitazione di contatto lungo il rullo, della lunghezza del rullo,?di qualsiasi disallineamento -angolare dell'asse del rullo rispetto all'asse della pista, e del diametro effettivo del cuscinetto, detti di?metri variatili essendo pure tali che, entro un limite d'errore accettatile, una sollecitazione di contatto uniforme viene imposta su ciascun rullo lungo la lunghezza del rullo stesso.