Quali sono le sollecitazioni di contatto Hertz e in che modo influenzano i cuscinetti lineari?

I cuscinetti lineari che utilizzano sfere o rulli per trasportare un carico sono sottoposti a sollecitazioni di contatto Hertz — un tipo di stress del materiale che svolge un ruolo significativo nel determinare la capacità di carico del cuscinetto e la durata a fatica.

Quando due superfici di raggi diversi sono in contatto e viene applicato un carico (anche un carico estremamente piccolo), si forma una piccola area di contatto e le superfici subiscono sollecitazioni molto elevate. Questi stress sono noti come stress da contatto Hertz (o Hertiziano). Nei cuscinetti lineari dell’elemento volvente, le sollecitazioni di contatto di Hertz si verificano sulle sfere (o sui cilindri) e sulle piste.

In teoria, il contatto tra due sfere avviene in un punto e il contatto tra due cilindri avviene come una linea. In entrambi i casi-punto o linea di contatto – la pressione risultante tra le due superfici sarebbe infinita e le superfici sperimenterebbero rendimento immediato. Ma nelle applicazioni del mondo reale, quando due superfici vengono premute insieme con una forza, si verifica una deformazione elastica su ciascuna superficie e si forma un’area di contatto. Le sollecitazioni che si verificano sulle due superfici possono essere ancora molto elevate-sufficienti per avviare scheggiature o altre forme di fallimento — ma non sono più infinite.

L’analisi delle tensioni di contatto hertziane si basa su quattro ipotesi principali:

– Le superfici sono lisce e prive di attrito
– I corpi sono isotropi ed elastico
– L’area di contatto è piccola rispetto alle dimensioni dei corpi in contatto
– ceppi corpi sono piccoli e entro il limite elastico

Hertziana stress quando due superfici con diversi raggi di curvatura sono in contatto — anche se una superficie è piatta, o se una superficie è convesso e l’altro concavo, è il caso, ad volventi, cuscinetti a sfere o a rulli è convessa, e la pista è concava. Nell’analisi delle sollecitazioni di contatto di Hertz, una superficie convessa (la palla o il rullo) ha un raggio positivo e la superficie concava (la pista) ha un raggio negativo. (Si noti che le superfici piane hanno un raggio infinito.)

Poiché le superfici hanno raggi diversi, l’area di contatto tra una sfera sferica (o un rullo cilindrico) e una pista del cuscinetto ha una forma ellittica. In queste condizioni, la pressione massima tra le due superfici è data come:

Sfera sferica e canalizzazione

a Rulli Cilindrici e Raceway

Hertz tensioni di contatto e di cuscinetti lineari

Hertz tensioni di contatto hanno un effetto significativo sul cuscinetto capacità di carico dinamico e L10 vita. Le sollecitazioni di taglio, che causano affaticamento – una modalità primaria di guasto degli elementi volventi — sono proporzionali alla pressione massima di Hertz tra i due corpi.

Il contatto Hertz, e la conseguente deformazione delle superfici, è anche ciò che causa lo slittamento dei cuscinetti piuttosto che il rollio. Questo perché le aree di contatto Hertz hanno diametri diversi rispetto agli elementi volventi stessi, quindi gli elementi volventi scivolano. Il contatto Hertz ha implicazioni anche per il precarico del cuscinetto. Il precaricamento degli elementi volventi conferisce loro un’area di contatto Hertz più ampia e finita, che aumenta la rigidità. Ma l’aumento dei risultati di contatto in alta generazione di calore.

Questo è il motivo per cui un precarico di appena l ‘ 8% è considerato un precarico elevato per i cuscinetti lineari, con precarico superiore al 10-15% estremamente raro. Inoltre, poiché il contatto Hertz non è lineare, una piccola quantità di precarico può fornire un aumento significativo della rigidità, senza causare scivolamenti, attriti e calore inaccettabili.

Caratteristica immagine di credito: L. C. Brezeanu