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Vecchio 13-02-2006, 21:27:20   #1
crock
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[Tennica]Cuscinetti a sfere in ceramica

I cuscinetti in ceramica sono sempre più usati sulle ruote d’alta gamma e sui mozzi “customizzabili” come ad esempio i Tune MAG160 con asse in carbonio , i mozzi ADA, American Classic, la serie Z di Zipp, etc, senza dimenticare i mozzi dei gruppi Stimano e Campagnolo di cui è possibile cambiare i cuscinetti in acciaio con quelli in ceramica molto facilmente.
Dieci anni fa, la ceramica ed il nitruro di silicio facevano la loro comparsa nell’industria dei cuscinetti. Da allora il successo di questa soluzione è andato aumentando.
Per le applicazioni ciclistiche ci sono dei vantaggi, ma bisogna tenere conto anche degli svantaggi: i regimi di rotazione particolarmente elevati sono dannosi per i cuscinetti in ceramica; la forza centrifuga provoca sui cuscinetti a sfere che ruotano ad alta velocità un carico che può facilmente essere troppo elevato per le sfere stesse. La scelta di sfere più piccole e di materiale di densità minore può essere un rimedio a questa situazione.
-Due fattori influenti
La forza centrifuga è, tra le altre cose, proporzionale alla massa della sfera. Una sfera in ceramica di 9,525mm pesa 1,5 grammi, mentre una sfera in acciaio dello stesso diametro pesa 2 grammi di più, ovvero 3,5gr. Questa rappresenta un incremento di regime del 30% in favore del cuscinetto in ceramica. D’altra parte il modulo E (elastico) del nitruro di silicio è doppio rispetto all’acciaio, così a carico uguale , la superficie di contatto è più piccola e dunque la tensione di contatto più elevata. E’ stato calcolato che il carico massimo di un cuscinetto in ceramica sull’acciaio è inferiore di 1/3 rispetto la combinazione acciaio-acciaio, ciò significa un regime massimo ammissibile di più del 15% rispetto ad un cuscinetto in ceramica. Tuttavia la superficie di contatto minore da ancora un vantaggio supplementare: l’attrito minore sviluppa minor calore in rapporto ad un contatto acciaio-acciaio. Questo fattore permette di aumentare ancora leggermente il regime massimale.
-Sfere più piccole
Se il diametro delle sfere in acciaio è più piccolo, la forza centrifuga diminuisce. La forza è appunto proporzionale alla terza potenza del diametro delle sfere.
Il carico ammissibile del punto di contatto è proporzionale al quadrato del diametro delle sfere. Ma se la superficie di contatto diminuisce, a carico uguale, aumenta la tensione di contatto. Questo vuol dire dover mettere più sfere dell’anello del cuscinetto. Considerati questi fattori , si può dire che una riduzione della metà del diametro della sfera porta ad un raddoppio della velocità di rotazione massimale. Se si forniscono le sfere di un rivestimento in nickel-cromo, la cessione di calore è minore rispetto ad una semplice sfera in ceramica.
-Cuscinetti ibridi
I cuscinetti con sfere in ceramica e anelli in acciaio sono chiamati “ibridi”.
Il vantaggio dell’inalterabilità delle sfere in ceramica è azzerato dalla presenza dell’acciaio. Il motivo è la scomparsa del vantaggio in termini di temperatura.
-Lubrificazione
Contrariamente ai cuscinetti completamente in ceramica i cuscinetti ibridi devono essere lubrificati . La lubrificazione può essere tralasciata solamente se le temperature di utilizzo sono molto basse, sebbene la longevità diminuisca. I cuscinetti completamente in ceramica si lubrificano ad acqua, mentre possono anche funzionare benissimo se non lubrificati nel caso siano sottoposti a carichi non elevati.
-Difetti
Le sfere in ceramica sopportano molto male i colpi rispetto quelle in acciaio e sono la scelta migliore se utilizzate in mozzi la cui tolleranza di lavorazione sia garantita al 100simo di millimetro (Shimano, Campagnolo, DtSwiss), al contrario in mozzi in carbonio le cui tolleranze non possono andare oltre un decimo di millimetro per i limiti di lavorazione del materiale (Lightweight) le sfere in ceramica verrebbero sollecitate da continui shocks che limiterebbero la loro vita ad una massimo due stagioni. Visto il prezzo si spiega perché Lightweight utilizzi sfere classiche per i propri mozzi…(anche se le sfere dei cuscinetti Lightweight vengono prodotte dalla tedesca JRW che produce sfere in acciaio di altissima qualità. NdR)
-In conclusione
I cuscinetti ibridi garantiscono regimi di utilizzo maggiori, un livello di vibrazioni minori ed una grande longevità. I giochi da usura avvengono più lentamente rispetto ai cuscinetti in acciaio. In settori come l’astronautica vengono utilizzati cuscinetti ibridi sempre più spesso per riduttori, pompe e motori elettrici.

Test:
Si è preso una sola bicicletta a cui si sono cambiati unicamente le sfere (prima acciaio poi ceramica), tenendo conto di questi parametri fissi:
Peso ciclista: 81kg
Coefficiente resistenza al vento: 0,39
Pendenza media della strada: 3,25° (in discesa ovviamente)
G: 9,82m/s
Il ciclista è partito lasciandosi andare in discesa senza colpi di pedale partendo da un medesimo punto x segnato per terra, compiendo 10 discese tenendo la stessa pozione in sella e misurando la velocità e la distanza percorsa dopo 55 sec. Di discesa. Poi si è fatta la media sulle 10 discese.
Nelle stesse condizioni si è ripetuta il test con le sfere dei cuscinetti in ceramica.
Il risultato è stato che con le sfere in ceramica si ha un vantaggio in velocità del 3,8%.

Si ringraziano per l’articolo Adrien Gontier e Herman Paternoster
www.rouesartisanales.com
http://www.rouesartisanales.com/4-categorie-94458.html
Cui spettano i diritti®
Trad. Ser Pecora

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Vecchio 13-02-2006, 21:27:20   #2
crock
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[Tennica]Cuscinetti a sfere in ceramica

I cuscinetti in ceramica sono sempre più usati sulle ruote d’alta gamma e sui mozzi “customizzabili” come ad esempio i Tune MAG160 con asse in carbonio , i mozzi ADA, American Classic, la serie Z di Zipp, etc, senza dimenticare i mozzi dei gruppi Stimano e Campagnolo di cui è possibile cambiare i cuscinetti in acciaio con quelli in ceramica molto facilmente.
Dieci anni fa, la ceramica ed il nitruro di silicio facevano la loro comparsa nell’industria dei cuscinetti. Da allora il successo di questa soluzione è andato aumentando.
Per le applicazioni ciclistiche ci sono dei vantaggi, ma bisogna tenere conto anche degli svantaggi: i regimi di rotazione particolarmente elevati sono dannosi per i cuscinetti in ceramica; la forza centrifuga provoca sui cuscinetti a sfere che ruotano ad alta velocità un carico che può facilmente essere troppo elevato per le sfere stesse. La scelta di sfere più piccole e di materiale di densità minore può essere un rimedio a questa situazione.
-Due fattori influenti
La forza centrifuga è, tra le altre cose, proporzionale alla massa della sfera. Una sfera in ceramica di 9,525mm pesa 1,5 grammi, mentre una sfera in acciaio dello stesso diametro pesa 2 grammi di più, ovvero 3,5gr. Questa rappresenta un incremento di regime del 30% in favore del cuscinetto in ceramica. D’altra parte il modulo E (elastico) del nitruro di silicio è doppio rispetto all’acciaio, così a carico uguale , la superficie di contatto è più piccola e dunque la tensione di contatto più elevata. E’ stato calcolato che il carico massimo di un cuscinetto in ceramica sull’acciaio è inferiore di 1/3 rispetto la combinazione acciaio-acciaio, ciò significa un regime massimo ammissibile di più del 15% rispetto ad un cuscinetto in ceramica. Tuttavia la superficie di contatto minore da ancora un vantaggio supplementare: l’attrito minore sviluppa minor calore in rapporto ad un contatto acciaio-acciaio. Questo fattore permette di aumentare ancora leggermente il regime massimale.
-Sfere più piccole
Se il diametro delle sfere in acciaio è più piccolo, la forza centrifuga diminuisce. La forza è appunto proporzionale alla terza potenza del diametro delle sfere.
Il carico ammissibile del punto di contatto è proporzionale al quadrato del diametro delle sfere. Ma se la superficie di contatto diminuisce, a carico uguale, aumenta la tensione di contatto. Questo vuol dire dover mettere più sfere dell’anello del cuscinetto. Considerati questi fattori , si può dire che una riduzione della metà del diametro della sfera porta ad un raddoppio della velocità di rotazione massimale. Se si forniscono le sfere di un rivestimento in nickel-cromo, la cessione di calore è minore rispetto ad una semplice sfera in ceramica.
-Cuscinetti ibridi
I cuscinetti con sfere in ceramica e anelli in acciaio sono chiamati “ibridi”.
Il vantaggio dell’inalterabilità delle sfere in ceramica è azzerato dalla presenza dell’acciaio. Il motivo è la scomparsa del vantaggio in termini di temperatura.
-Lubrificazione
Contrariamente ai cuscinetti completamente in ceramica i cuscinetti ibridi devono essere lubrificati . La lubrificazione può essere tralasciata solamente se le temperature di utilizzo sono molto basse, sebbene la longevità diminuisca. I cuscinetti completamente in ceramica si lubrificano ad acqua, mentre possono anche funzionare benissimo se non lubrificati nel caso siano sottoposti a carichi non elevati.
-Difetti
Le sfere in ceramica sopportano molto male i colpi rispetto quelle in acciaio e sono la scelta migliore se utilizzate in mozzi la cui tolleranza di lavorazione sia garantita al 100simo di millimetro (Shimano, Campagnolo, DtSwiss), al contrario in mozzi in carbonio le cui tolleranze non possono andare oltre un decimo di millimetro per i limiti di lavorazione del materiale (Lightweight) le sfere in ceramica verrebbero sollecitate da continui shocks che limiterebbero la loro vita ad una massimo due stagioni. Visto il prezzo si spiega perché Lightweight utilizzi sfere classiche per i propri mozzi…(anche se le sfere dei cuscinetti Lightweight vengono prodotte dalla tedesca JRW che produce sfere in acciaio di altissima qualità. NdR)
-In conclusione
I cuscinetti ibridi garantiscono regimi di utilizzo maggiori, un livello di vibrazioni minori ed una grande longevità. I giochi da usura avvengono più lentamente rispetto ai cuscinetti in acciaio. In settori come l’astronautica vengono utilizzati cuscinetti ibridi sempre più spesso per riduttori, pompe e motori elettrici.

Test:
Si è preso una sola bicicletta a cui si sono cambiati unicamente le sfere (prima acciaio poi ceramica), tenendo conto di questi parametri fissi:
Peso ciclista: 81kg
Coefficiente resistenza al vento: 0,39
Pendenza media della strada: 3,25° (in discesa ovviamente)
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Il risultato è stato che con le sfere in ceramica si ha un vantaggio in velocità del 3,8%.

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Vecchio 13-02-2006, 21:38:42   #3
80Nicola80
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Grazie mille per questo articolo crock, veramente iteressante
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Vecchio 13-02-2006, 21:38:42   #4
80Nicola80
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Vecchio 13-02-2006, 23:19:32   #5
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da molto leggo rouesartisanales e spesso ho chiesto consigli proprio ad Adrien... Davvero molto preparato!
 
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Vecchio 13-02-2006, 23:19:32   #6
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Vecchio 14-02-2006, 09:44:12   #7
Darius
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Darius SplendidoDarius SplendidoDarius SplendidoDarius SplendidoDarius SplendidoDarius SplendidoDarius SplendidoDarius SplendidoDarius SplendidoDarius SplendidoDarius Splendido
L'articolo è davvero interessante dal punto di vista tecnico e tecnologico ma ho qualche dubbio sulla validità del test fatto in quel modo.

Le variabili in gioco sono, a mio avviso, determinanti sul quel 3,8% e neanche lineari se ci mettiamo la resistenza all'aria, poi non vedo come sia garantita la ripetitibilità della prova, anche se poi fanno la media.

Una prova di assorbimento di potenza credibile andrebbe fatta al banco dinamometrico, come si fa con i motori.

Comunque sempre benvenuti questi articoli, grazie Crok
__________________
Quelli che s’innamoran di pratica senza scienzia son come ‘l nocchier ch’entra in navilio sanza timone o bussola, che mai ha certezza dove si vada.

Naturalmente li omini desiderano sapere.

Leonardo
Darius non è connesso  
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Vecchio 14-02-2006, 09:44:12   #8
Darius
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Darius SplendidoDarius SplendidoDarius SplendidoDarius SplendidoDarius SplendidoDarius SplendidoDarius SplendidoDarius SplendidoDarius SplendidoDarius SplendidoDarius Splendido
L'articolo è davvero interessante dal punto di vista tecnico e tecnologico ma ho qualche dubbio sulla validità del test fatto in quel modo.

Le variabili in gioco sono, a mio avviso, determinanti sul quel 3,8% e neanche lineari se ci mettiamo la resistenza all'aria, poi non vedo come sia garantita la ripetitibilità della prova, anche se poi fanno la media.

Una prova di assorbimento di potenza credibile andrebbe fatta al banco dinamometrico, come si fa con i motori.

Comunque sempre benvenuti questi articoli, grazie Crok
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Leonardo
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Vecchio 14-02-2006, 11:32:14   #9
Ser pecora
Diretur
 
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Località: dove capita
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Quoted: 4331 Post(s)
Ser pecora ha disabilitato la reputazione
Citazione:
Originalmente inviato da Darius
Le variabili in gioco sono, a mio avviso, determinanti sul quel 3,8% e neanche lineari se ci mettiamo la resistenza all'aria
Perchè il coefficiente non sarebbe lineare?
Ser pecora non è connesso  
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Vecchio 14-02-2006, 11:32:14   #10
Ser pecora
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Perchè il coefficiente non sarebbe lineare?

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