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Come scegliere il cuscinetto giusto
Un cuscinetto è un componente meccanico la cui funzione è quella di guidare un gruppo rotante. Pertanto, i cuscinetti consentono a un elemento di ruotare rispetto a un altro. Si tratta quindi di componenti di alta precisione che permettono alle apparecchiature di muoversi a diverse velocità trasportando i carichi in modo efficiente. Devono essere estremamente precisi e resistenti, e in grado di funzionare ad alte velocità con rumore e vibrazioni minimi. Questo tipo di componente si trova in tutti i settori applicativi, come l'industria automobilistica, il settore aerospaziale, le macchine edili, le macchine agricole , le macchine a controllo numerico (CNC) , ecc.
Esistono quattro tipi principali di cuscinetti: cuscinetti a sfere, cuscinetti a rulli cilindrici, cuscinetti a rulli conici e cuscinetti a rullini. Sebbene i cuscinetti a sfere siano il tipo più comune, ognuno presenta vantaggi e svantaggi. Ecco perché ti consigliamo di confrontare ciascuno di questi cuscinetti per determinare quale è il cuscinetto ideale per le tue esigenze.
Qual è l'ordine di priorità nella scelta dei cuscinetti?
Selezioneremo il cuscinetto migliore secondo l'ordine mostrato nella tabella seguente. Si noti che la sequenza seguente è solo di riferimento. Quando si sceglie effettivamente quale cuscinetto utilizzare, i fattori più importanti sono i successi passati e i punti di miglioramento, quindi non è necessario seguire questo ordine alla lettera.
| Ordine | Oggetto dell'esame | Punti importanti da confermare |
|---|---|---|
| ① | Tipo di cuscinetto | Di quale entità e direzione del carico hai bisogno? Si adatterà allo spazio di installazione? |
| ② | Disposizione dei cuscinetti | Stai utilizzando due (o ) cuscinetti su un singolo albero? |
| ③ | Dimensioni dei cuscinetti e durata di servizio | Le dimensioni e la durata soddisfano le vostre esigenze? |
| ④ | Velocità limite del cuscinetto, precisione di scorrimento, accoppiamenti e gioco interno | Ha la precisione di funzionamento e la rigidità necessarie per la macchina? Ha gli accoppiamenti e lo spazio interno necessari per soddisfare la sua durata di servizio? |
| ⑤ | Precarico e rigidità del cuscinetto | Ha la rigidità necessaria per la macchina? |
| ⑥ | Lubrificazione dei cuscinetti | Il cuscinetto può ruotare stabilmente per un lungo periodo di tempo? |
| ⑦ | Componenti attorno al cuscinetto | Quale struttura/gruppo portante circostante stai cercando? |
| ⑧ | Montaggio e smontaggio cuscinetti | Faciliterà la manutenzione/ispezione della macchina? |
Taglia
Lo spazio consentito dai cuscinetti è solitamente piuttosto limitato. In molti casi, il diametro dell'albero o il diametro del foro del cuscinetto viene determinato in base ai requisiti di progettazione. Pertanto, il tipo e le dimensioni del cuscinetto devono soddisfare le specifiche stabilite.
Ad esempio, il cuscinetto utilizzato nella punta del trapano di un dentista è ovviamente molto più piccolo di quello utilizzato in una piattaforma petrolifera.
caricare
Quando la maggior parte delle persone progetta una macchina, innanzitutto dimensiona l'albero per soddisfare i requisiti di resistenza, quindi sceglie i cuscinetti di conseguenza. Il secondo fattore da considerare è il carico che il cuscinetto può sopportare.
Ci sono due tipi di carichi:
- Carico assiale: parallelo all'asse di rotazione
– Carico radiale: perpendicolare all'asse di rotazione
1) Se il carico è prevalentemente radiale (perpendicolare all'albero), utilizzare un cuscinetto radiale, mentre se il carico è prevalentemente assiale (nella stessa direzione dell'albero), utilizzare un cuscinetto reggispinta. I carichi assiali vengono talvolta definiti anche carichi di spinta.
2) I cuscinetti a sfera vengono utilizzati quando il carico del cuscinetto è leggero, mentre i cuscinetti a rulli vengono utilizzati quando è pesante.
3) Se il carico radiale e il carico assiale agiscono contemporaneamente su un singolo cuscinetto (carico combinato), vengono selezionati cuscinetti radiali a sfere o cuscinetti a sfere a contatto obliquo se il carico combinato è leggero. Se il carico combinato è elevato, vengono utilizzati cuscinetti a rulli conici.
Se vengono applicati carichi assiali elevati da due direzioni, è possibile combinare due cuscinetti o utilizzare cuscinetti a doppia corona.
Ogni tipo di cuscinetto è specificamente progettato per supportare carichi assiali o radiali. Alcuni cuscinetti possono sopportare entrambi i carichi: in questo caso si parla di carichi combinati. Ad esempio, se devi trasportare carichi combinati, ti consigliamo di scegliere i cuscinetti a rulli conici. Se avete bisogno di un cuscinetto in grado di sopportare carichi radiali elevati, allora consigliamo i cuscinetti a rulli cilindrici. D'altra parte, se i cuscinetti devono supportare carichi più leggeri, i cuscinetti a sfere potrebbero essere sufficienti poiché solitamente sono più economici.
Requisiti di precisione
Il terzo fattore fondamentale da considerare nella scelta di un cuscinetto è la precisione. Alcune applicazioni, come i cuscinetti per macchine CNC , richiedono un'elevata precisione. In altre applicazioni, come le ruote dei carrelli della spesa, la precisione non è un aspetto cruciale.
Flessibilità, variazioni dell'involucro ed errori di produzione possono causare alcuni disallineamenti. In caso di disallineamento considerevole, può verificarsi il cedimento del cuscinetto a causa del disallineamento inaccettabile. Quando il disallineamento è un problema importante, i cuscinetti a sfere o le unità cuscinetto con caratteristiche autoallineanti sono la scelta giusta.
Velocità di rotazione
L’RPM è un altro fattore che dovrebbe essere considerato. Alcuni cuscinetti possono sopportare velocità elevate. La presenza di gabbie nei cuscinetti a rulli cilindrici e nei cuscinetti a rullini consente velocità più elevate rispetto ai cuscinetti senza gabbie. Tuttavia, la scelta di una velocità più elevata a volte va a scapito del carico. Dovresti anche considerare il possibile disallineamento; alcuni cuscinetti non sono adatti a questo scopo, come i cuscinetti a sfere a doppia corona.
Pertanto è necessario prestare attenzione alla struttura del cuscinetto: i cuscinetti inserti e gli snodi sferici possono facilmente sopportare questi disallineamenti. Ti consigliamo di preferire i cuscinetti autoallineanti, che correggono automaticamente i difetti di allineamento causati dalla flessione dell'albero o da errori di montaggio. Allo stesso modo, anche le condizioni operative sono molto importanti nella scelta del cuscinetto ideale. Pertanto è necessario analizzare l'ambiente in cui utilizzerete il cuscinetto. I cuscinetti possono essere contaminati in vari modi. Alcuni usi potrebbero causare disturbi acustici, urti e/o vibrazioni.
La durata
Quando si tratta di durabilità, ci sono molti fattori da considerare, tra cui la rigidità e la tolleranza alla temperatura. Sotto carico, le superfici di contatto dei cuscinetti possono deformarsi, il che può rappresentare un problema serio in alcune applicazioni. Dalle temperature inferiori allo zero con cui devono confrontarsi le piattaforme petrolifere dell'Alaska ai deserti dell'Arabia Saudita con temperature di 100 gradi, anche l'intervallo di temperature operative che un cuscinetto può sopportare dovrebbe essere un'importante considerazione di selezione.
Foca
La scelta del sistema di tenuta è necessaria per garantire il corretto e duraturo funzionamento del cuscinetto; pertanto, è importante assicurarsi che il cuscinetto sia sempre ben protetto da eventuali impurità e fattori esterni, come polvere, acqua, liquidi corrosivi e persino agenti lubrificanti usati. Questa scelta dipende dal tipo di lubrificante, dalle condizioni ambientali (e dal tipo di contaminazione), dalla pressione del fluido e dalla velocità di rotazione. Per darvi un buon punto di partenza, la pressione del fluido è il fattore decisivo nella scelta di un sistema di tenuta. Se la pressione è elevata (ad esempio nell'ordine di 2-3 bar), le tenute meccaniche sono l'ideale. Altrimenti la scelta è direttamente correlata al tipo di lubrificante, grasso o olio. Ad esempio, per la lubrificazione a grasso, le soluzioni più comuni sono: deflettori o rondelle, canali lavorati o stretti con scanalature;
precarico
Anche le condizioni di utilizzo possono influenzare la vostra scelta, soprattutto durante il montaggio dei cuscinetti. In alcuni casi, è possibile aggiungere il precarico a un assieme di cuscinetti per aumentarne la rigidità. Inoltre, il precarico ha un effetto positivo sulla durata dei cuscinetti e sul livello di rumorosità del sistema.
Si noti che per scegliere il precarico (radiale o assiale), è necessario conoscere la rigidità di tutte le parti tramite software o sperimentazione. Nei vostri criteri di selezione dovete considerare anche il materiale ideale per il cuscinetto. I cuscinetti possono essere realizzati in metallo, plastica o ceramica. Il materiale del cuscinetto dipende dall'uso previsto. Ti consigliamo di scegliere i cuscinetti più resistenti alla compressione. Ma tieni presente che il materiale utilizzato influirà sul prezzo del cuscinetto.
Mantenere
Alcune applicazioni dei cuscinetti richiedono uno smontaggio e un rimontaggio periodici per l'ispezione e la manutenzione. In queste applicazioni sono più adatti i cuscinetti con anelli scomponibili.
Quando si tratta di prolungare e supportare le prestazioni di qualsiasi tipo di cuscinetto, l’importanza di una lubrificazione accurata non può essere sottovalutata. La lubrificazione eccessiva, insufficiente, la contaminazione e i lubrificanti misti possono tutti avere un impatto sulle prestazioni dei cuscinetti. È anche importante considerare la “durata del grasso”, ovvero la quantità di tempo in cui un cuscinetto può funzionare tra una rilubrificazione e l'altra.
Perché scegliere i cuscinetti a sfera?
I cuscinetti più comunemente utilizzati sono i cuscinetti a sfere a gola profonda . Si trovano in quasi tutti i tipi di prodotti nell'ingegneria meccanica in generale. I cuscinetti a sfere sono generalmente ottimizzati per il contatto radiale: ciò significa che sono utili quando si desidera che la forza a contatto con il cuscinetto sia perpendicolare al suo asse di rotazione. Se i cuscinetti a sfere devono essere utilizzati per carichi assiali, è necessario assicurarsi che l'unità supporti solo carichi assiali moderati. Tuttavia, questo inconveniente può essere evitato utilizzando una struttura a doppia fila di sfere. I cuscinetti a sfere non sono solo economici, ma anche i più compatti, il che li rende il tipo di cuscinetto più diffuso.
I cuscinetti a sfere a gola profonda presentano i seguenti vantaggi:
(a) I cuscinetti a sfere con gola profonda hanno un'elevata capacità di carico grazie alle dimensioni relativamente grandi delle sfere.
(b) I cuscinetti a sfere con gola profonda sopportano carichi radiali e assiali.
(c) Grazie al punto di contatto tra le sfere e le piste, questo cuscinetto presenta minori perdite per attrito e il conseguente aumento di temperatura. La velocità massima consentita dell'albero dipende dall'aumento della temperatura del cuscinetto. Pertanto, i cuscinetti a sfere a gola profonda offrono prestazioni eccellenti, soprattutto nelle applicazioni ad alta velocità.
(d) I cuscinetti a sfere a gola profonda generano meno rumore a causa del punto di contatto. (e) Il diametro del foro dei cuscinetti radiali a sfere varia da pochi millimetri a 400 mm.
Per i cuscinetti di piccole dimensioni che operano ad alte velocità, consigliamo vivamente l'uso di cuscinetti a sfere.
Perché scegliere i cuscinetti a rulli cilindrici?
I cuscinetti a rulli cilindrici possono sopportare carichi radiali elevati, anche molto elevati. Esistono molti tipi di cuscinetti a rulli cilindrici, che si differenziano per il numero di file di rulli (una, due o quattro) e per la presenza o meno di una gabbia. La gabbia permette al cuscinetto di sopportare carichi radiali significativi e velocità elevate. L'assenza di gabbia consente al cuscinetto di avere più file di rulli e quindi di sopportare carichi radiali maggiori. L'unico svantaggio è che i cuscinetti a rulli cilindrici senza gabbia non possono sopportare velocità elevate come quelli con gabbia. I cuscinetti a rulli cilindrici sono molto robusti e hanno una lunga durata.
Nei cuscinetti a sfere, il contatto puntiforme viene sostituito dal contatto lineare quando è richiesta la massima capacità di carico in uno spazio limitato. I cuscinetti a rulli cilindrici sono costituiti da rulli relativamente corti posizionati e guidati da gabbie.
I cuscinetti a rulli cilindrici presentano i seguenti vantaggi:
(a) I cuscinetti a rulli cilindrici hanno una capacità di carico radiale molto elevata a causa del contatto lineare tra i rulli e le piste.
(b) I cuscinetti a rulli cilindrici sono più rigidi dei cuscinetti a sfere.
(c) Basso coefficiente di attrito per minori perdite di attrito nelle applicazioni ad alta velocità.
Perché scegliere i cuscinetti a rulli conici?
I cuscinetti a rulli conici possono sopportare carichi radiali, assiali e combinati (contemporaneamente). A causa della sua elevata rigidità, il carico può essere molto pesante. Se non sei sicuro della differenza tra un cuscinetto a sfere e un cuscinetto a rulli conici, tieni presente che un cuscinetto a rulli conici della stessa dimensione può sopportare carichi più pesanti.
Consigliamo quindi questo tipo di cuscinetto per alberi di macchine, trasmissioni di veicoli (dalle auto alle barche, agli elicotteri) o per volanti di auto o camion.
I cuscinetti a rulli conici presentano i seguenti vantaggi:
(a) I cuscinetti a rulli conici possono sopportare grandi carichi radiali e assiali.
(b) I cuscinetti a rulli conici hanno una maggiore rigidità.
(c) I cuscinetti a rulli conici utilizzano parti separabili e possono essere facilmente montati e smontati.
Perché scegliere i cuscinetti a rullini?
Come i cuscinetti a rulli cilindrici, i cuscinetti a rullini sono disponibili con o senza gabbia. I cuscinetti con gabbia possono sopportare velocità molto elevate, mentre i cuscinetti a rullini senza gabbia possono sopportare carichi radiali o assiali molto pesanti. Da notare inoltre che questi cuscinetti sono di piccole dimensioni e quindi occupano poco spazio. Ad esempio, sono spesso utilizzati nei riduttori.
