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La guida completa ai cuscinetti

Un cuscinetto è una parte di precisione che consente un movimento rotatorio o lineare nelle apparecchiature e viene utilizzato per ridurre l'attrito tra le parti mobili e aumentare la velocità e l'efficienza delle parti mobili. Allo stesso tempo, i cuscinetti sono soggetti anche a vari carichi di sollecitazione per supportare altre parti della macchina.

Quando due parti metalliche entrano in contatto all'interno di una macchina, si crea molto attrito, che col tempo porta all'usura del materiale. I cuscinetti riducono l'attrito e facilitano il movimento avendo due superfici che rotolano l'una contro l'altra.

Il tipo di elementi volventi in un cuscinetto Queste superfici possono variare a seconda dell'effettiva applicazione del cuscinetto, ma generalmente un cuscinetto è costituito da due anelli o dischi con piste, elementi volventi come rulli o sfere che rotolano su superfici metalliche e superfici metalliche esterne, e gabbie che trattengono i rulli e guidano gli elementi volventi.

Similmente alle ruote, i cuscinetti hanno due funzioni chiave in un sistema: trasmettono il movimento consentendo ai componenti di ruotare l'uno rispetto all'altro e trasmettono la forza mediante scorrimento o rotolamento. A seconda della struttura del cuscinetto, il carico che agisce sul cuscinetto può essere radiale o assiale.

Lo scopo di questa guida è quello di familiarizzare con i tipi più comuni di cuscinetti, le loro caratteristiche di progettazione e modalità di funzionamento, il modo in cui gestiscono le forze, le corrette procedure di installazione e manutenzione e i problemi più comuni che possono causare il cedimento dei cuscinetti.

1. Classificazione dei cuscinetti

I cuscinetti possono essere classificati in base a diversi criteri come progettazione e modalità operativa, movimento consentito o direzione del carico. Dal punto di vista progettuale i cuscinetti possono essere suddivisi in:

Cuscinetti a strisciamento – Conosciuti anche come cuscinetti a boccola o a manicotto, rappresentano il tipo più semplice di cuscinetto. Hanno una forma cilindrica senza parti mobili e sono tipicamente utilizzati in macchine con alberi rotanti o scorrevoli. I cuscinetti a strisciamento possono essere realizzati in metallo o plastica e possono utilizzare un lubrificante come olio o grafite per ridurre l'attrito tra l'albero e il suo foro rotante. In genere, vengono utilizzati per movimenti di scorrimento, rotazione, oscillazione o alternanza.

Tipi di elementi volventi nei cuscinetti

Cuscinetti volventi – Questi cuscinetti hanno una struttura complessa e sono utilizzati per supportare carichi elevati. Sono costituiti da elementi volventi, come sfere o cilindri, interposti tra piste rotanti e fisse. Il movimento relativo dell'anello di appoggio provoca il movimento degli elementi volventi, con minore attrito e minore slittamento. I cuscinetti volventi sono utilizzati in applicazioni rotanti per trasferire carichi tra parti di macchine o per guidare elementi meccanici come ruote, assi e alberi. Offrono basso attrito, elevata precisione e sono in grado di raggiungere alte velocità di rotazione con bassa rumorosità, basso calore e basso consumo energetico. I cuscinetti sono economici, intercambiabili e conformi agli standard dimensionali internazionali.

In base alla forma degli elementi volventi, questi cuscinetti possono essere ulteriormente suddivisi in cuscinetti a sfere e cuscinetti a rulli, e esistono vari sottotipi: cuscinetti a rulli cilindrici, cuscinetti orientabili a rulli, cuscinetti a rulli conici, cuscinetti a rullini e cuscinetti per ingranaggi.

Cuscinetti a fluido – Come suggerisce il nome, questi cuscinetti contengono uno strato di fluido tra le superfici di appoggio. Il fluido può essere un liquido o un gas pressurizzato ed è distribuito in uno strato sottile e scorrevole tra l'anello interno e quello esterno. Poiché le superfici di appoggio non sono a diretto contatto, in questo tipo di cuscinetti non si verifica attrito radente, pertanto l'attrito complessivo e l'usura di questi componenti sono molto inferiori rispetto ai cuscinetti volventi.

Cuscinetti magnetici – Questi cuscinetti utilizzano la levitazione magnetica per sostenere il carico, il che significa che non vi è contatto superficiale all'interno del cuscinetto. Eliminando l'attrito e l'usura dei materiali, i cuscinetti magnetici offrono una maggiore durata e possono supportare le velocità più elevate tra tutti i tipi di cuscinetti. Questi componenti sono spesso la prima scelta per applicazioni industriali come la raffinazione del petrolio, la lavorazione del gas o la produzione di energia, ma anche per applicazioni ottiche ad alta velocità e per il vuoto.

Tratteremo nel dettaglio le tipologie più comuni di cuscinetti nei capitoli successivi di questa guida, ma per ora passeremo alla classificazione dei cuscinetti.

Direzione del carico del cuscinetto

Un altro criterio per classificare i cuscinetti è la direzione del carico che possono sopportare. Da questo punto di vista i cuscinetti si dividono in tre categorie: cuscinetti radiali, cuscinetti reggispinta e cuscinetti lineari.

L'angolo di contatto tra cuscinetto e albero determina il tipo di cuscinetto: l'angolo di contatto del cuscinetto radiale è inferiore a 45°, mentre l'angolo di contatto del cuscinetto reggispinta è superiore a 45°.

I cuscinetti lineari guidano le parti mobili in linea retta. Sono conosciute anche come guide lineari e sono disponibili in due forme principali: rotonda e quadrata.

I cuscinetti radiali possono sopportare carichi che agiscono verticalmente sull'albero. A seconda del progetto, possono anche sopportare alcuni carichi assiali in una o entrambe le direzioni. I cuscinetti radiali sono montati perpendicolarmente all'asse dell'albero. I cuscinetti a strisciamento, noti anche come cuscinetti a strisciamento, sono comunemente utilizzati come cuscinetti radiali.

I cuscinetti reggispinta subiscono carichi paralleli all'asse del cuscinetto, quindi sono progettati per accogliere forze nella stessa direzione dell'albero (carico assiale).

A seconda del loro design, questi cuscinetti possono sopportare carichi puramente assiali in una o entrambe le direzioni e talvolta alcuni carichi radiali, ma a differenza dei cuscinetti radiali, questi componenti non possono sopportare velocità molto elevate.

Nota: Dato che sia i cuscinetti radenti che quelli volventi possono trasmettere carichi sia in direzione radiale che assiale, la scelta del design del cuscinetto dipende dai requisiti dell'applicazione.

2. Progettazione e applicazioni dei cuscinetti radenti

Come accennato in precedenza, esistono due tipi principali di strutture portanti: cuscinetti radenti e cuscinetti volventi. Vediamo quali sono i sottotipi più comuni di queste categorie e cosa li differenzia in termini di design, materiale e applicazione.

Cuscinetto a strisciamento

I cuscinetti radenti sono costituiti da un'unica superficie di appoggio e non hanno parti rotanti. La progettazione dipende dal tipo di movimento richiesto e dai carichi che il cuscinetto deve sostenere. Queste parti della macchina sono più silenziose rispetto ai cuscinetti volventi, costano meno e richiedono meno spazio.

D'altro canto, hanno un maggiore attrito tra le loro superfici, il che porta ad un maggiore consumo energetico della macchina ed è soggetto a danni se impurità penetrano nel lubrificante.

I cuscinetti radenti possono essere realizzati con materiali diversi, ma devono essere durevoli, a bassa usura e attrito, resistenti alle alte temperature e alla corrosione. Tipicamente, la superficie di appoggio è costituita da almeno due componenti, uno più morbido e uno più duro. I materiali comuni includono babitt (un doppio materiale costituito da un alloggiamento in metallo e una superficie di appoggio in plastica), ghisa, bronzo, grafite, nonché ceramica e plastica.

Sebbene i cuscinetti radenti generalmente richiedano lubrificazione, sono – almeno in teoria – in grado di funzionare indefinitamente, quindi possono essere utilizzati in applicazioni in cui il guasto di questi componenti avrebbe gravi conseguenze. Gli esempi includono grandi turbine industriali come le turbine a vapore nelle centrali elettriche, compressori che operano in applicazioni critiche, motori automobilistici, applicazioni marine, ecc.

Per quanto riguarda le principali tipologie di cuscinetti a strisciamento, esistono tre categorie importanti dal punto di vista strutturale: manicotti o boccole, cuscinetti solidi e cuscinetti a strisciamento in due pezzi. Un'altra classificazione dei cuscinetti a strisciamento li divide in cuscinetti idrodinamici e idrostatici.

Cuscinetti sferici

Gli snodi sferici hanno un anello interno con una superficie esterna convessa e un anello esterno con una superficie interna concava. I due anelli si incastrano tra loro in modo che non vi siano elementi volventi nel mezzo. Tuttavia, a seconda del materiale utilizzato per l'anello, è possibile applicare un rivestimento per ridurre l'usura.

I cuscinetti con entrambi gli anelli in acciaio necessitano di manutenzione perché hanno superfici di contatto di scorrimento indurite su entrambi gli anelli. Sono rivestiti con materiali come bisolfuro di molibdeno, cromo duro o fosfato per una maggiore resistenza all'usura e alla corrosione. Per facilitare la rilubrificazione, questi cuscinetti sono dotati di fori di lubrificazione e scanalature anulari.

I cuscinetti sferici lisci (acciaio su acciaio) che richiedono manutenzione sono adatti per applicazioni che prevedono carichi pesanti in direzioni alternate, carichi statici elevati o carichi d'urto.

I cuscinetti sferici a strisciamento esenti da manutenzione sono adatti per applicazioni che richiedono una lunga durata senza necessità di manutenzione, come ad esempio macchinari e componenti difficili da rilubrificare. Questi cuscinetti sono generalmente realizzati con materiali quali compositi di acciaio e PTFE, tessuti in PTFE o leghe di rame. La loro capacità di sopportare carichi dinamici è superiore a quella dei cuscinetti in acciaio e, grazie ai materiali utilizzati, presentano un attrito inferiore.

A seconda del materiale, l'anello esterno può essere pressato attorno all'anello interno oppure può avere delle spaccature radiali tenute insieme da viti. Le superfici di contatto possono essere rivestite con cromo, PTFE o fosfato per una maggiore resistenza all'usura e alla corrosione. In alcuni modelli è possibile aggiungere guarnizioni per ridurre la contaminazione e prolungare la durata dei cuscinetti.

Gli snodi sferici vengono utilizzati in applicazioni in cui è necessario consentire il movimento allineato tra l'albero e l'alloggiamento. Quando possono sopportare carichi pesanti e urti, vengono anche chiamati snodi sferici per carichi pesanti.

Rod finisce

Le estremità delle bielle sono costituite da una testa ad occhiello con gambo integrato, che funge da alloggiamento per cuscinetti sferici. Le filettature interne sono generalmente sinistrorse o interne, mentre quelle esterne sono esterne.

Il cuscinetto è fissato all'interno dell'alloggiamento, quindi a differenza degli snodi sferici che forniscono capacità di disallineamento, le estremità dello snodo non hanno questa caratteristica. Tuttavia, sono molto facili da installare, offrono un design compatto e leggero e rappresentano una buona alternativa agli elementi di recinzione tradizionali. Comunemente utilizzate nelle aste di controllo, nei meccanismi e nei collegamenti, le estremità delle aste sono facili da integrare in una varietà di applicazioni.

Come gli snodi sferici, le teste a snodo possono essere esenti da manutenzione o richiedere manutenzione. Le estremità dello snodo acciaio su acciaio e acciaio su bronzo presentano superfici di scorrimento con buona resistenza all'usura, ma richiedono una lubrificazione regolare. Sono adatti per applicazioni che comportano carichi alternati pesanti. Le teste a snodo esenti da manutenzione sono generalmente realizzate con materiali come acciaio e PTFE composito o acciaio e tessuto PTFE, nel qual caso l'attrito è molto inferiore. Questi cuscinetti sono adatti per applicazioni che richiedono una lunga durata dei cuscinetti, difficoltà di rilubrificazione e direzione del carico costante.

Boccola

Il tipo più comune di cuscinetto liscio è la boccola , un elemento separato inserito nell'alloggiamento per fornire una superficie di appoggio. La sua forma è solitamente cilindrica e la configurazione standard è quella a manicotto o a flangia. I cuscinetti a manicotto hanno superfici interne ed esterne rettilinee e lo stesso diametro, mentre i cuscinetti flangiati presentano una flangia a un'estremità, utilizzata per posizionare i componenti nell'assemblaggio e talvolta per coprire i fori di montaggio e tenere fermo il cuscinetto.

Inoltre, i cuscinetti a strisciamento possono anche essere rivestiti, nel qual caso vengono utilizzati materiali diversi per le superfici interne ed esterne. Le boccole sono utilizzate per il movimento lineare, oscillante e rotatorio, le boccole diritte sono adatte a sopportare carichi radiali e le boccole flangiate possono sopportare carichi radiali e assiali in una direzione.

A differenza dei cuscinetti volventi, i cuscinetti a strisciamento (comprese le boccole) funzionano mediante scorrimento. La loro costruzione può essere singola o multistrato, a seconda della robustezza richiesta. I cuscinetti radenti sono realizzati con diversi materiali e solitamente sono autolubrificanti, particolarità che garantisce un funzionamento più fluido e una maggiore durata.

I materiali più comuni per le boccole sono metalli fusi e lavorati, ceramica, compositi a filamento avvolto, materiali polimerici stabilizzati e combinazioni di questi materiali. Per quanto riguarda i lubrificanti, è possibile utilizzare sia solidi che liquidi, ma i lubrificanti solidi solitamente possono funzionare a temperature più elevate rispetto ai lubrificanti a base di olio o grasso. Per alcune applicazioni, la boccola funzionerà a secco senza ulteriore lubrificazione.

Le maniche possono essere solide, divise o spezzate nella costruzione. La differenza tra boccole piene e divise (cuscinetto avvolto) è che quest'ultima ha un ritaglio lungo la sua lunghezza per facilitare l'installazione. I cuscinetti a scatto sono simili ai cuscinetti in due metà, ma sono dotati di bottoni a pressione negli intagli in cui le parti vengono unite.

Tipicamente, invece di essere pressate in un alloggiamento, le boccole lineari vengono fissate utilizzando anelli di ritenzione o anelli stampati nel diametro esterno della boccola. Quando le boccole vengono utilizzate in modo simile alle rondelle, vengono chiamate rondelle reggispinta. Tuttavia, c'è una differenza tra loro: a differenza degli spessori o delle rondelle standard, le rondelle reggispinta devono sopportare carichi e non devono usurarsi nel tempo.

Boccola autolubrificante

Un tipo speciale di boccola è quella autolubrificante in cui all'interno del cuscinetto si forma un film lubrificante solido mediante il trasferimento di una piccola quantità di materiale superficiale. Ciò si verifica durante il periodo di rodaggio iniziale del cuscinetto, ma la quantità di materiale trasferito è sufficientemente piccola da non influenzare il funzionamento e le caratteristiche di movimentazione del carico del cuscinetto.

La pellicola è a contatto con tutte le parti mobili dell'attrezzatura, lubrificandole e proteggendole, contribuendo così a prolungare la vita dei cuscinetti. In questo modo, si elimina la necessità di lubrificazione aggiuntiva e si riducono i costi di manutenzione. Grazie alle pareti più sottili, le boccole autolubrificanti hanno il vantaggio di essere più leggere e di avere un'eccellente resistenza all'usura. Possono sopportare carichi elevati e hanno un design semplificato, che è economico a lungo termine.

Cuscinetto a strisciamento in due pezzi

Detti cuscinetti completi, i cuscinetti a strisciamento in due pezzi vengono utilizzati nei macchinari industriali dove sono richiesti diametri maggiori, come i cuscinetti dell'albero motore. Sono costituiti da due parti chiamate gusci che vengono mantenute in posizione utilizzando meccanismi diversi.

Se i gusci sono grandi e spessi potete utilizzare dei fermi a bottone o dei tasselli per posizionarli. Il pulsante di arresto è avvitato sull'alloggiamento e i tasselli collegano insieme i due alloggiamenti. Un'altra possibilità è quella di utilizzare alette sul bordo della linea di giunzione rispetto alla tacca nell'alloggiamento per evitare che l'alloggiamento si muova dopo l'installazione.

3. Progettazione e applicazione dei cuscinetti volventi

I cuscinetti volventi hanno un attrito inferiore e requisiti di lubrificazione inferiori rispetto ai cuscinetti radenti. La loro funzione è quella di sostenere e guidare gli elementi rotanti e oscillanti della macchina, come alberi, ruote o alberi, e di trasferire i carichi tra le diverse parti dell'insieme.

Sono disponibili in dimensioni standard e sono facili ed economici da sostituire. Riducendo al minimo l'attrito e consentendo elevate velocità di rotazione, questi cuscinetti riducono il consumo di calore ed energia, aumentando l'efficienza del processo.

I cuscinetti antiattrito sono solitamente costituiti da due piste: un anello interno ed uno esterno, gli elementi volventi possono essere sfere o rulli e una gabbia che separa gli elementi volventi a intervalli specifici e li mantiene in posizione all'interno della pista. posizione consentendo loro di ruotare liberamente.

Le piste sono la parte del cuscinetto che supporta i carichi applicati all'attrezzatura. Quando un cuscinetto viene installato in un assieme, l'anello interno del cuscinetto si adatta attorno all'albero o all'asse e l'anello esterno si adatta all'alloggiamento.

L'anello è solitamente realizzato in una speciale lega di acciaio al cromo con elevata purezza ed elevata durezza, che viene temprato, rettificato e levigato. Possono essere utilizzati anche materiali in acciaio inossidabile, ceramica e plastica, soprattutto in aree in cui può essere richiesto un peso inferiore, come l'industria automobilistica. Tuttavia, questi materiali non possono resistere alle stesse temperature o carichi dell’acciaio.

La gabbia mantiene in posizione gli elementi volventi e impedisce loro di cadere durante la rotazione. Grazie alla particolare conformazione del cuscinetto, il carico non agisce direttamente sulla gabbia. Il componente può essere realizzato con diversi metodi, ma i tipi più comuni includono gabbie stampate, formate e lavorate meccanicamente. Per quanto riguarda i materiali, le scelte più comuni comprendono acciaio, plastica e ottone.

Infine, gli elementi volventi si dividono in due gruppi principali, che distinguono anche le tipologie base di cuscinetti volventi: elementi sferici nei cuscinetti a sfere e rulli nei cuscinetti a rulli. Per le sfere il contatto con la pista avviene in un punto specifico, mentre per i rulli la superficie di contatto è leggermente più ampia e lineare.

Queste caratteristiche rendono i cuscinetti a sfere adatti per applicazioni che richiedono velocità più elevate poiché la piccola area di contatto fornisce un basso attrito volvente. Tuttavia, i cuscinetti a sfere hanno una capacità di carico limitata, quindi nelle applicazioni che comportano carichi più pesanti, possono essere preferiti i cuscinetti a rulli. I cuscinetti a rulli hanno un attrito maggiore e una migliore capacità di carico grazie al maggiore contatto con le piste, ma a velocità inferiori.

I rulli possono essere cilindrici, conici, sferici o aghiformi e, come le sfere, sono realizzati in acciaio legato al cromo di elevata purezza. A volte possono essere utilizzati anche materiali speciali come ceramica o plastica.

Cuscinetti volventi e cuscinetti a sfere

Cuscinetti a sfera : I cuscinetti a sfera sono costituiti da sfere che formano punti di contatto con le piste di rotolamento ad anello. All'aumentare del carico sul cuscinetto, l'area di contatto assume una forma ovale. Grazie alla ridotta area di contatto, i cuscinetti a sfera possono sopportare velocità elevate, ma la loro capacità di carico è limitata dalla loro progettazione.

Cuscinetti volventi : Nei cuscinetti volventi, i rulli formano una linea di contatto con la pista anulare. Un aumento del carico fa sì che la linea di contatto diventi rettangolare, vedi Figura 2. Grazie alla maggiore area di contatto, possono sopportare carichi più pesanti, ma ruoteranno più lentamente rispetto a un cuscinetto a sfere di dimensioni simili.

Anello interno e pista di rotolamento (A) : L'anello interno è un anello più piccolo sull'albero. Si trova nella pista di rotolamento esterna (D).

Sui cuscinetti a rulli, le piste sono piatte o rastremate con flange che mantengono i rulli in posizione.
Sul cuscinetto a sfere, tagliare una scanalatura nella sua circonferenza esterna.

Elementi volventi (B) : Il cuscinetto è libero di ruotare grazie alle sfere o ai rulli fissati tra l'anello interno e quello esterno. In loro assenza, l'attrito tra le piste di rotolamento può danneggiare rapidamente il cuscinetto. Le sfere e i rulli nei cuscinetti sono fabbricati secondo precise specifiche di simmetria, poiché gli elementi volventi asimmetrici degradano le prestazioni del cuscinetto. Gli elementi volventi dipendono fortemente dalla qualità della loro superficie, in quanto questa influisce sulla fluidità della loro rotazione. L'attrito genera calore, riducendo la durata del cuscinetto e aumentandone la rumorosità.

Gabbia del cuscinetto (C) : La gabbia del cuscinetto trattiene le sfere o i rulli tra le piste di rotolamento interna ed esterna. Ciò garantisce che le sfere/i rulli possano ruotare liberamente, mantenendo al contempo il passo.

Pista esterna (D) : Il cuscinetto è costituito da una pista esterna e da una pista interna (anello) che contiene sfere o rulli.

Sui cuscinetti a rulli, la pista esterna è piatta, sferica o rastremata con flange che mantengono i rulli in posizione.
Sui cuscinetti a sfere, tagliare una scanalatura lungo la circonferenza interna della pista per tenere le sfere in posizione.

Cuscinetto completo (E) : Quando tutte le parti vengono assemblate, costituiscono il cuscinetto. Gli elementi volventi possono essere esposti, come mostrato nella Figura 3 (E), e richiedono una lubrificazione adeguata per funzionare correttamente. I cuscinetti possono essere dotati di guarnizioni, che proteggono gli elementi volventi dall'ambiente esterno e sono già lubrificate.

Caricare

Quando si parla di cuscinetti, è importante parlare di carichi. Il carico è la forza che agisce sul cuscinetto. Su un cuscinetto caricato attualmente agisce una forza, mentre su un cuscinetto scarico no. È necessario considerare vari fattori di carico, come la direzione del carico, il tipo di carico e le condizioni di carico.

Carico radiale : Un carico radiale è qualsiasi carico che agisce perpendicolarmente all'asse del cuscinetto.
Carico assiale : Un carico assiale o di spinta è qualsiasi carico che agisce lungo l'asse del cuscinetto.
Carico combinato : Un carico combinato è una combinazione di componenti di carico radiali e assiali.

tipo di carico

Carichi dinamici : Si tratta delle forze rotazionali che agiscono sul cuscinetto durante la sua rotazione. Questi carichi causano l'usura del cuscinetto.

Carichi statici: Carichi di punta costantemente elevati o intermittenti. Sotto carico statico, la resistenza del materiale del cuscinetto è il fattore limitante.
condizione di carico

condizione di carico

Carico costante : In condizioni di carico costante, la direzione del carico non cambia e la stessa parte del cuscinetto viene caricata in modo continuo, detta anche zona di carico.

Carico alternato : In condizioni di carico alternato, le aree del cuscinetto adiacenti tra loro vengono caricate e scaricate alternativamente.

Cuscinetti a sfera

In base alla configurazione degli anelli, i cuscinetti a sfere si dividono in due categorie: cuscinetti a sfere a gola profonda e cuscinetti a sfere a contatto angolare . Entrambi i tipi possono sopportare forze radiali e assiali, quindi possono essere ulteriormente suddivisi in cuscinetti a sfere radiali e cuscinetti a sfere reggispinta.

Un altro criterio di classificazione comprende il numero di file di rotolamento – singole, doppie o quadruple, e la separazione o non separazione tra gli anelli.

Considerando tutti questi criteri, possiamo distinguere diversi modelli di cuscinetti a sfere:

Cuscinetti a sfere a gola profonda ad una corona,
Cuscinetti a sfere a contatto obliquo ad una corona,
Cuscinetti a sfere a contatto obliquo a doppia corona,
Cuscinetti a sfere a quattro punti di contatto,
Cuscinetti a sfere autoallineanti,
Cuscinetti reggispinta a sfere, ecc.

I cuscinetti a sfera vengono utilizzati in una varietà di applicazioni, da dispositivi semplici come gli skateboard a macchine o motori complessi. Ad esempio, nell'industria aerospaziale, i cuscinetti vengono utilizzati nei cambi, nei motori e nelle pulegge. I materiali per questi cuscinetti includono non solo acciaio ma anche ceramiche speciali come nitruro di silicio o acciaio inossidabile 440C rivestito in carburo di titanio.

Altre applicazioni comuni per i cuscinetti a sfere includono motori elettrici e generatori, pompe e compressori, soffianti, ventilatori, riduttori e azionamenti, turbine, macchine agricole, sistemi di trasporto, macchinari per giacimenti petroliferi, robotica, valvole industriali e .

Cuscinetti radiali a sfere

Le sfere dei cuscinetti a sfere a gola profonda sono mantenute in posizione da scanalature profonde nelle piste e possono sopportare carichi radiali e assiali. Sono adatti a velocità molto elevate, offrono un basso attrito, producono rumore e vibrazioni minimi, sono facili da installare e richiedono meno manutenzione rispetto ad altri tipi di cuscinetti. I cuscinetti a sfere sono il tipo più comune di cuscinetti volventi, di cui i cuscinetti a sfere a gola profonda sono i più utilizzati.

Nella progettazione AUB, l'anello interno viene inizialmente posizionato in una posizione eccentrica rispetto all'anello esterno e le sfere vengono inserite nel cuscinetto attraverso lo spazio formato tra i due anelli.

Una volta distribuiti uniformemente nel gruppo del cuscinetto, gli anelli diventano concentrici, pertanto è possibile aggiungere anche la gabbia al cuscinetto. Come accennato in precedenza, il ruolo della gabbia non è quello di sostenere il carico, ma di mantenere la sfera in posizione durante il funzionamento.

L'anello interno è solitamente fissato sull'albero rotante, mentre l'anello esterno è montato sull'alloggiamento del cuscinetto. Quando un carico agisce sull'alloggiamento del cuscinetto, il carico viene trasferito dall'anello esterno alle sfere e dalle sfere all'anello interno. I cuscinetti a sfere a gola profonda sono adatti per applicazioni che comportano carichi elevati e velocità elevate.

Nel design slot-fill, le sfere possono essere assemblate tra i due anelli, quindi la capacità di carico radiale del cuscinetto è superiore a quella dei cuscinetti Conrad. Tuttavia, la capacità di carico assiale di questi componenti non è molto buona.

I cuscinetti a sfere a gola profonda possono essere utilizzati come cuscinetti aperti e sono facili da lubrificare, ma lo svantaggio è che le sfere accumulano polvere. Un'altra configurazione è un cuscinetto con schermi e/o tenute metalliche in cui la contaminazione è moderata. I cuscinetti con schermi o guarnizioni su entrambi i lati sono lubrificati a vita e pertanto richiedono poca manutenzione.

I cuscinetti con schermi o guarnizioni sono noti anche come cuscinetti coperti. Sebbene il design possa variare, le guarnizioni sono solitamente montate sull'anello esterno e possono assumere la forma di guarnizioni senza contatto, guarnizioni a basso attrito o schermi.

Le cuffie vengono utilizzate nelle applicazioni in cui l'anello interno ruota ed è montato sull'anello esterno, creando uno stretto spazio con l'anello interno. Tengono lontani la polvere e lo sporco e sono solitamente realizzati con piastre di acciaio. Le guarnizioni sono solitamente più efficaci delle cuffie perché hanno meno spazio dall'anello interno. Possono funzionare a velocità simili a quelle di uno scudo o superiori e sono realizzati in NBR rinforzato con piastre di acciaio o simili per la resistenza all'usura.

Per quanto riguarda le gabbie dei cuscinetti radiali a sfere, variano anche nella costruzione, ma alcuni modelli comuni sono gabbie a nastro in lamiera di acciaio o ottone, gabbie rivettate in lamiera di ottone o acciaio, gabbia in rame giallo lavorato o gabbia a scatto in acciaio poliammidico. 66.

In conclusione, i cuscinetti radiali a sfere sono dispositivi versatili adatti a velocità elevate e molto elevate, funzionanti in modo robusto e richiedono poca manutenzione. Possono sopportare carichi radiali e carichi assiali in entrambe le direzioni e, nei design a corona singola, i cuscinetti a sfere con gola profonda sono il tipo di cuscinetto più utilizzato.

Cuscinetti a sfere a contatto obliquo

I cuscinetti a sfere a contatto angolare sono disponibili in diverse configurazioni, a fila singola o doppia, a coppia o a quattro punti di contatto. La loro struttura consente a questi elementi di resistere a forze assiali e radiali, rendendoli adatti ad applicazioni con carichi elevati e velocità elevate.

A differenza dei cuscinetti a sfere a gola profonda, i cuscinetti angolari utilizzano piste assialmente asimmetriche, che creano un angolo di contatto tra l'anello e le sfere quando il cuscinetto è in uso. Una particolarità di questi cuscinetti è che uno o entrambi gli anelli – solitamente quello esterno – hanno uno spallamento più alto dell'altro.

Questi cuscinetti funzionano bene se dotati di carichi reggispinta. L'angolo di contatto varia tipicamente tra 10 e 45 gradi e all'aumentare di questo angolo aumenta anche la capacità di spinta.

I cuscinetti a contatto angolare sono disponibili in diversi stili di design, con guarnizioni o schermi. Non solo prevengono la contaminazione, ma fungono anche da trattenitore per i lubrificanti. Questi cuscinetti possono essere realizzati in acciaio inossidabile, ceramica ibrida o plastica e possono essere placcati con cromo, cadmio o altri materiali. Inoltre, possono essere prelubrificati, rilubrificati o avere solide capacità di lubrificazione.

Cuscinetti a sfere a contatto obliquo a fila singola

Possono sopportare il carico assiale solo in una direzione, motivo per cui i cuscinetti a sfere a contatto obliquo a una corona vengono solitamente installati posizionando due cuscinetti a sfere a contatto obliquo a una corona uno dietro l'altro, uno di fronte all'altro o in serie. Pertanto, è possibile accogliere più direzioni di forza. I cuscinetti sono bloccati in posizione con l'aiuto di anelli di bloccaggio per evitare scivolamenti lungo l'albero.

Schienale contro schiena : Montando i cuscinetti in questo modo, è possibile sopportare carichi radiali e assiali in qualsiasi direzione. Poiché la distanza tra il centro del cuscinetto e il punto di applicazione del carico è maggiore rispetto ad altri metodi di installazione, è possibile resistere a elevate forze di carico istantanee e alternate.

Montaggio faccia a faccia: con questa sequenza di montaggio, i cuscinetti possono sopportare carichi radiali e assiali in entrambe le direzioni. Tuttavia, a causa di questo metodo di montaggio, la distanza tra il centro del cuscinetto e il punto di carico è ridotta, pertanto la capacità di carico istantanea e alternata è bassa.

Tandem : L'installazione in tandem può sopportare carichi assiali unidirezionali e carichi radiali. Poiché il carico sull'albero è sostenuto da due cuscinetti, può resistere a carichi assiali elevati.

Cuscinetti a sfere a contatto obliquo a doppia corona

Un cuscinetto a sfere a contatto obliquo a doppia corona è simile a due cuscinetti a sfere a contatto obliquo ad una corona disposti uno contro l'altro, ma richiede meno spazio assiale. Oltre ai carichi radiali e assiali sono in grado di assorbire anche momenti ribaltanti.

Cuscinetto a sfere autoallineanti

I cuscinetti a sfere autoallineanti vengono utilizzati quando l'applicazione è soggetta a disallineamenti, sia dell'albero che del cuscinetto stesso. Sono costituiti da due file di sfere che condividono la pista di rotolamento sferica esterna, mentre l'anello interno presenta due piste di rotolamento a gola profonda con contatto angolare. Poiché le sfere rimangono in posizione nella pista interna ma godono di una certa libertà di movimento nella pista esterna, possono funzionare anche se il cuscinetto è disallineato rispetto all'albero. Tuttavia, non sono adatti per applicazioni con carichi elevati.

Cuscinetto a sfere di spinta

I cuscinetti reggispinta a sfere vengono utilizzati per sopportare carichi assiali. Esistono due tipologie principali tra cui scegliere: unidirezionali e bidirezionali.

I cuscinetti a sfere reggispinta unidirezionali sono costituiti da due anelli (chiamati anello di tenuta e anello di accoppiamento) e da un gruppo di sfere e gabbia. Possono sopportare carichi assiali solo in una direzione, a seconda della posizione della flangia sull'anello interno, sull'anello esterno o su entrambi gli anelli.

I cuscinetti reggispinta a sfere bidirezionali sono costituiti da tre rondelle e due gruppi di sfere e gabbia. La rondella sull'albero separa il gruppo di sfere e gabbia. Questi cuscinetti sono progettati per carichi assiali e non per carichi radiali. Possono sopportare carichi assiali in entrambe le direzioni.

Cuscinetto a rulli

I cuscinetti a rulli si dividono in diverse tipologie a seconda della forma degli elementi volventi. Le principali categorie di cuscinetti a rulli sono cuscinetti cilindrici, cuscinetti a rullini, cuscinetti conici e cuscinetti orientabili a rulli.

Cuscinetti a rulli cilindrici

I cuscinetti a rulli cilindrici sono progettati per sopportare carichi radiali elevati e carichi assiali moderati; contengono rulli cilindrici progettati per ridurre le concentrazioni di sollecitazioni.

I rulli sono in linea con le piste e sono generalmente realizzati in acciaio. Materiali come la poliammide o l'ottone possono essere utilizzati anche per i cuscinetti a rulli cilindrici con gabbie.

Questi tipi di cuscinetti hanno basso attrito e lunga durata, bassa rumorosità e bassa generazione di calore e possono essere utilizzati in applicazioni che comportano velocità elevate. I cuscinetti a rulli cilindrici sono disponibili in diversi stili, con nomi che variano a seconda del produttore.

Questi cuscinetti possono essere classificati in base al numero di corone di rulli. Da questo punto di vista, queste parti della macchina sono suddivise in cuscinetti a rulli cilindrici ad una corona, cuscinetti a rulli cilindrici a doppia corona e a quattro corone. Nei modelli a fila singola, gli anelli interno ed esterno sono separabili per tutti i modelli, il che significa che il gruppo anello interno con rulli e gabbia può essere montato indipendentemente dall'anello esterno.

A seconda del design, gli anelli possono essere nervati o meno in modo che possano muoversi assialmente l'uno rispetto all'altro. Esistono anche modelli senza gabbie, nel qual caso sono dotati di rulli completi per carichi maggiori ma velocità inferiori.

I cuscinetti a rulli cilindrici sono comunemente utilizzati in settori quali la produzione di petrolio, la produzione di energia, l'estrazione mineraria, le macchine edili, gli ingranaggi e le trasmissioni, i motori elettrici, i soffiatori, i ventilatori, nonché le pompe, le macchine utensili e i laminatoi.

Cuscinetti orientabili a rulli

I cuscinetti a rulli sferici sono adatti per applicazioni a bassa e media velocità e possono sopportare carichi pesanti. Grazie alla loro capacità di autoallineamento, vengono utilizzati in applicazioni con forti disallineamenti, vibrazioni, urti e ambienti contaminati.

Questi cuscinetti sono generalmente realizzati in acciaio legato, ottone, poliammide o acciaio dolce e sono disponibili anche in versioni cromate.

L'asse di rotazione supportato nel foro dell'anello interno può essere disallineato rispetto all'anello esterno, questa particolarità è possibile grazie alla forma sferica interna dell'anello esterno e alla forma dei rulli, che in realtà non sono sferici, ma sono cilindrico.

Robusti e progettati per carichi radiali pesanti, questi cuscinetti offrono lunga durata e basso attrito. Sono comunemente utilizzati in applicazioni quali scatole del cambio, pompe, ventilatori e soffianti meccanici, turbine eoliche, propulsione marina e perforazione offshore, attrezzature minerarie e edili.

Dal punto di vista costruttivo, questi cuscinetti presentano un anello interno con due piste inclinate rispetto all'asse del cuscinetto, una gabbia e un anello esterno con una pista sferica comune. I rulli sferici sono spesso disposti su due file, un design che consente ai cuscinetti di sopportare carichi radiali e assiali molto pesanti.

I cuscinetti orientabili a rulli possono funzionare a temperature più basse rispetto ad altri cuscinetti e hanno dimensioni standardizzate, lo standard internazionale per questi dispositivi è ISO 15:1998. Le serie comuni sono 21300, 22200, 22300, 23000, 23100, 23200, ecc.

I cuscinetti sferici sono disponibili con guarnizioni e vengono consegnati lubrificati. Questo design riduce il grasso, impedisce l'ingresso di sporco, polvere e altri contaminanti, semplifica la manutenzione e prolunga la durata dei cuscinetti.

Cuscinetti assiali a rulli sferici

Analogamente ai cuscinetti a rulli sferici, i cuscinetti reggispinta a rulli sferici sono progettati per consentire disallineamenti angolari e rotazioni a basso attrito, e sono adatti a carichi radiali e carichi assiali elevati in una direzione.

Questi cuscinetti sono costituiti da un anello dell'albero equivalente ad un anello interno, una pista di rotolamento equivalente ad un anello esterno, rulli asimmetrici e una gabbia. Le dimensioni esterne sono standardizzate dalla norma ISP 104:2002, le serie più comuni includono 292, 293 e 294.

Proprio come i cuscinetti orientabili a rulli, i cuscinetti reggispinta possono essere realizzati con materiali diversi come acciaio al cromo, ottone, lamiera d'acciaio, ecc. Questi cuscinetti sono utilizzati in applicazioni a media velocità, alcune applicazioni comuni includono turbine idrauliche, scatole del cambio, gru, propulsione marina e offshore perforazione, estrusori per stampaggio a iniezione e apparecchiature per la lavorazione della pasta e della carta.

Needle Roller Bearing

Nei cuscinetti a rullini , gli elementi volventi sono sottili cilindri a forma di ago. Questa particolare configurazione, in cui la lunghezza dei rulli è diverse volte maggiore del diametro, non solo li distingue dagli altri tipi di cuscinetti, ma conferisce anche ai cuscinetti a rullini la loro notevole capacità di carico.

I cuscinetti ad aghi vengono utilizzati per ridurre l'attrito sulle superfici rotanti all'interno dei gruppi, hanno una sezione trasversale ridotta, sono più sottili di altri cuscinetti e richiedono meno spazio tra l'albero e i componenti circostanti.

Con una maggiore rigidità e forze inerziali inferiori, questi cuscinetti sono ideali per applicazioni con movimento oscillante e funzionano bene in condizioni difficili. Contribuiscono inoltre a ridurre le dimensioni e il peso dei modelli di macchine e possono essere utilizzati in sostituzione dei cuscinetti a strisciamento.

I cuscinetti a rullini sono i più piccoli e leggeri della famiglia dei cuscinetti a rulli e sono ampiamente utilizzati in componenti come compressori, trasmissioni, perni dei bilancieri o pompe nell'industria automobilistica. Questi cuscinetti sono comunemente utilizzati anche nelle applicazioni agricole e nelle macchine edili, negli utensili elettrici portatili e negli elettrodomestici.

Quando si tratta di diversi tipi di cuscinetti a rullini, a seconda della direzione del carico, questi cuscinetti vengono classificati come cuscinetti radiali e cuscinetti reggispinta. I cuscinetti reggispinta includono cuscinetti reggispinta a rullini, mentre i cuscinetti radiali includono cuscinetti a tazza trafilati, cuscinetti a rullini pieni, rullini a gabbia radiale, rulli inferiori, cuscinetti a rullini lavorati pesanti e cuscinetti combinati radiali e reggispinta.

I cuscinetti a rullini pieni presentano una robusta nervatura integrata sull'anello esterno per mantenere i rulli in posizione e garantire elevate velocità di rotazione. Gli anelli sono trattati termicamente e rettificati con precisione per resistere a carichi d'urto elevati. Anche la gabbia è trattata per una maggiore resistenza all'usura e rigidità e, se necessario, è possibile applicare delle sporgenze per ridurre il carico sui bordi dei rulli. L'anello esterno presenta fori o scanalature di lubrificazione per facilitare la sostituzione del lubrificante e prolungare la durata del cuscinetto.

I rullini radiali a gabbia , o gruppi di rullini e gabbia, non presentano anelli interni o esterni, ma sono progettati con un unico set di rullini trattenuti da una gabbia. Questa gabbia garantisce il trattenimento degli elementi volventi sia verso l'interno che verso l'esterno, assicurando la massima resistenza e una guida precisa dei rulli anche ad alte velocità.

La sezione a rullini della gabbia radiale ha una sezione trasversale ridotta e un'elevata capacità di carico e il suo design crea buone condizioni di lubrificazione. Le gabbie possono essere realizzate in acciaio o materiale polimerico rinforzato con fibra di vetro e, se necessario, possono essere applicati risalti alle estremità dei rulli per evitare concentrazioni di tensioni sui bordi. Le applicazioni comuni includono ingranaggi planetari, tenditori e bielle.

I cuscinetti a rullini a coppa stampata sono disponibili nelle versioni con gabbia e a pieno riempimento, entrambe con anelli esterni in lamiera di acciaio legato. L'alloggiamento viene stampato con precisione a forma di coppa e cementato mediante pressatura per garantire un contatto lineare ottimale con i rulli. Questa costruzione conferisce al cuscinetto un'elevata capacità di carico e lo rende anche una soluzione economica, poiché non richiede ulteriori lavorazioni meccaniche dell'alloggiamento.

L'altezza ridotta dei cuscinetti a rullini a tazza imbutita li rende adatti per macchine dal design compatto e leggero. La parte curva dell'anello esterno mantiene i rulli in posizione e impedisce l'ingresso di polvere e sporco nel cuscinetto, garantendo al tempo stesso una buona lubrificazione del cuscinetto. Un altro vantaggio di questo design è che, se l'albero ha la giusta rigidità e dimensione, il cuscinetto non richiede un anello interno, risparmiando così spazio in direzione radiale.

I cuscinetti a rullini a tazza imbutita a pieno riempimento possono sopportare carichi uguali o superiori ai cuscinetti a sfere e ai cuscinetti a rulli con diametri esterni equivalenti e sono adatti per condizioni stazionarie, rotanti e oscillanti a bassa velocità. Possono essere utilizzati in alloggiamenti a bassa durezza e hanno la massima capacità di carico quando i rulli vengono ingrassati in posizione prima del montaggio poiché i rulli hanno la massima lunghezza possibile.

Nel caso dei cuscinetti con gabbia a tazza, possono essere utilizzati anche in alloggiamenti meno rigidi ma con una capacità di carico inferiore rispetto ai cuscinetti a pieno riempimento. Tuttavia, sono ancora molto adatti per applicazioni ad alta velocità e disallineamento degli alberi. La superficie della gabbia è indurita per migliorare la resistenza all'usura e la rigidità riducendo al contempo la coppia di attrito.

Poiché la gabbia crea spazio aggiuntivo per lo stoccaggio del lubrificante, questi cuscinetti a rullini funzionano senza intoppi e hanno una lunga durata del grasso. Le applicazioni comuni per i cuscinetti a rullini a tazza imbutita includono pompe a ingranaggi, supporti generali per alberi di trasmissione, cuscinetti di guida e supporti per pulegge.

I rulli di guida hanno un anello esterno a parete spessa che scorre direttamente sulla guida per resistere a carichi elevati riducendo al minimo deformazioni, urti e sollecitazioni di flessione. Sono comunemente utilizzati nelle guide delle macchine, nei rulli di supporto e nei rulli di guida, noti anche come rulli di guida.

L'anello esterno è solitamente realizzato in acciaio al cromo ad alto tenore di carbonio, che non è facile da deformare e presenta fori di lubrificazione. Se lo si desidera, è possibile applicare dei risalti ai rulli per evitare il sovraccarico sui bordi. Inoltre, è possibile integrare nel progetto rondelle reggispinta per migliorare la resistenza.

Questi cuscinetti a rullini sono disponibili in due design principali per diverse disposizioni di montaggio: il tipo a giogo, per il montaggio a cavallo o con cerniera, e il tipo con perno integrale, per il montaggio a sbalzo. I cuscinetti del tipo a perno sono disponibili con o senza guarnizioni e cuffie a contatto con il labbro, mentre i cuscinetti del tipo a giogo sono disponibili con gruppi radiali di rullini e gabbia o con rulli cilindrici o rullini a pieno riempimento.

Cuscinetti a rullini di spinta

I cuscinetti reggispinta a rullini sono costituiti da una serie di rullini tenuti insieme da una gabbia. Hanno una sezione trasversale ridotta e la gabbia è stampata con precisione da due piastre d'acciaio, che guidano i rulli con accuratezza e aumentano la rigidità e la resistenza all'usura del dispositivo. Questi cuscinetti trasferiscono i carichi assiali tra due oggetti rotanti riducendo l'attrito.

I cuscinetti radiali e reggispinta combinati sono costituiti da cuscinetti reggispinta a sfere o a rulli e cuscinetti radiali ad aghi. Alcuni di questi sono simili ai cuscinetti a tazza, ma con l'aggiunta di cuscinetti reggispinta. Queste unità sono progettate per resistere a velocità elevate ed elevati carichi assiali in spazi ristretti e possono sostituire le normali rondelle reggispinta quando sono richieste eccellenti capacità di carico e caratteristiche di attrito. Un'applicazione comune sono le trasmissioni automatiche.

Cuscinetti a rulli conici

I cuscinetti a rulli conici sono costituiti da un anello interno, un anello esterno, una gabbia e rulli sagomati per distribuire uniformemente i carichi. Questi cuscinetti utilizzano rulli conici guidati da nervature sul cono e sono in grado di sopportare elevati carichi radiali e assiali in una direzione.

Le piste degli anelli interno ed esterno sono segmenti conici e i rulli sono conici. Questo design fa sì che i coni si muovano coassialmente e non vi sia slittamento tra le piste e il diametro esterno dei rulli. Grazie alla loro forma, i cuscinetti a rulli conici possono sopportare carichi maggiori rispetto ai cuscinetti orientabili a sfere.

Una flangia dell'anello interno che mantiene stabili i rulli impedisce la fuoriuscita dei rulli. L'anello interno, i rulli e la gabbia formano un insieme conico non separabile, mentre l'anello esterno è a forma di coppa e separabile. Il gruppo dell'anello interno e quello esterno possono essere installati in modo indipendente e, per due cuscinetti contrapposti, è possibile ottenere un gioco interno adeguato regolando la distanza assiale tra questi gruppi.

In base ai diversi angoli di contatto, i cuscinetti a rulli conici possono essere suddivisi in tre tipi: angolo normale, angolo medio e angolo ripido. Inoltre, in base al numero di righe, possono essere suddivisi in:

I cuscinetti a rulli conici a una corona sono costituiti da un anello esterno e un anello interno. In questa categoria rientrano le serie TS e TSF (a una corona con anello esterno flangiato).

Cuscinetti a rulli conici a doppia fila con doppia coppa (anello esterno) e due gruppi di rulli conici singoli (anello interno). La serie TDO è inclusa in questa categoria.
Cuscinetti a rulli conici a doppia fila , che utilizzano un gruppo a doppio anello interno (doppio anello interno) e due anelli esterni singoli (anello esterno). Tra questi rientrano le serie TDI e TDIT.

Cuscinetti a rulli conici a quattro file , che utilizzano una combinazione di componenti singoli e doppi, come ad esempio due anelli interni TDI, due anelli esterni TS e un anello esterno TDO con distanziale per anello esterno o interno. La serie TQO è inclusa in questa categoria.

I cuscinetti a corona singola hanno una capacità di carico reggispinta maggiore, mentre i cuscinetti a doppia corona hanno una capacità di carico radiale maggiore e possono sopportare carichi reggispinta in entrambe le direzioni. La gabbia standard ha un design a perno per carichi e velocità elevati. Generalmente vengono utilizzate gabbie in acciaio stampato. In molte applicazioni, questi cuscinetti vengono utilizzati uno dopo l'altro per supportare le forze assiali in entrambe le direzioni.

Inoltre, i cuscinetti a rulli conici sono disponibili anche nelle serie metriche:

Cuscinetti a rulli conici a una corona, metrici, conformi alla norma ISO 355:2007. Sono adatti per riduttori, pompe e nastri trasportatori utilizzati nei settori energetico, petrolifero e del gas, dell'energia eolica, alimentare e delle bevande, nonché nell'industria cartaria. Trovano inoltre impiego in trasmissioni, ingranaggi e assali nei settori edile, automobilistico e minerario.

I cuscinetti a rulli conici a doppia corona metrici sono costituiti da due cuscinetti a corona singola con distanziali abbinati individualmente. Sono utilizzati in applicazioni che richiedono un'elevata capacità di carico e in cui l'albero deve essere posizionato assialmente con un gioco o un precarico specifico in entrambe le direzioni. Il distanziale dell'anello esterno presenta fori di lubrificazione. Questi cuscinetti sono adatti per applicazioni quali ingranaggi e trasmissioni, movimentatori di carbone o gru.

Le applicazioni comuni per i cuscinetti a rulli conici includono cuscinetti automobilistici e per ruote, attrezzature agricole, edili e minerarie, scatole del cambio, motori e riduttori, turbine eoliche, sistemi di assali e alberi di trasmissione.

Denominazioni speciali dei cuscinetti

Esistono vari codici e designazioni per identificare i vari modelli di cuscinetti e caratteristiche di progettazione. Questi codici e designazioni includono designazioni per cuscinetti con foro conico (lettera K nei cuscinetti SKF), designazioni di cuscinetti rinforzati che solitamente utilizzano la lettera E e . Sfortunatamente, non tutti i produttori utilizzano gli stessi suffissi e caratteristiche di design.

Cuscinetti cilindrici N/NJ/NU/NUP

Un aspetto generalmente identico in tutto il mondo riguarda le diverse designazioni delle posizioni delle flange sui cuscinetti. Queste flange sono progettate per gestire i carichi radiali applicati ai cuscinetti.

NU : Questi cuscinetti presentano due flange lavorate sulla pista esterna, ma nessuna flangia sulla pista interna. Gli elementi volventi e le gabbie sono assemblati nella pista esterna. Poiché la pista interna non ha flangia, questo cuscinetto non può sopportare carichi assiali.

N: L'anello interno di questo tipo di cuscinetto presenta due nervature, l'anello esterno non ha nervature e l'anello interno ha rulli e gabbie. La pista esterna di questo cuscinetto non ha nervature e pertanto non può sopportare carichi assiali.

NJ : Una flangia lavorata su un lato della pista interna e due flange sulla pista esterna. I gruppi rulli e gabbia sono situati nella pista esterna. Poiché la pista interna ha una flangia integrata, questo cuscinetto può sopportare carichi assiali e carichi di spinta limitati.

NUP : Questo tipo di cuscinetto è simile a un cuscinetto di tipo NJ, ma presenta una pista di rotolamento unica, spesso chiamata anello reggispinta. Gli anelli reggispinta sono installati sul lato non flangiato della pista interna per supportare i carichi assiali in entrambe le direzioni. L'anello reggispinta sporge dal cuscinetto su un lato, pertanto il diametro della pista interna è leggermente maggiore di quello della pista esterna.

Criteri di scelta dei cuscinetti volventi

Di seguito sono riportati i criteri di selezione dei cuscinetti volventi da considerare in fase di applicazione:

Spazio disponibile : Il diametro interno di un cuscinetto è una delle dimensioni principali ed è generalmente determinato dalla progettazione della macchina e dal diametro del suo albero. Gli alberi di piccolo diametro possono essere equipaggiati con qualsiasi tipo di cuscinetto a sfere. Oltre ai cuscinetti a sfere a gola profonda, si possono utilizzare anche cuscinetti a rullini. I cuscinetti per alberi di grande diametro includono cuscinetti cilindrici, conici, sferici e a sfere a gola profonda. Laddove lo spazio radiale è limitato, si preferiscono cuscinetti a sezione sottile.

Carico : Le dimensioni del cuscinetto sono generalmente determinate dall'entità del carico. In generale, i cuscinetti a rulli sopportano carichi maggiori rispetto ai cuscinetti a sfere di dimensioni simili, e i cuscinetti con elementi volventi completi possono supportare carichi maggiori rispetto ai cuscinetti a gabbia. Tipicamente, i cuscinetti a sfere possono sopportare carichi da leggeri a moderati. I cuscinetti a rulli sono solitamente la scelta più adatta quando il cuscinetto deve sopportare carichi pesanti o quando il diametro dell'albero è elevato.

Disallineamento : Il disallineamento è causato dalla flessione dell'albero sotto carico, da alloggiamenti dei cuscinetti non lavorati alla stessa altezza o da cuscinetti troppo distanziati. I cuscinetti a sfere a gola profonda, come i cuscinetti a rulli cilindrici, non tollerano alcun disallineamento o solo di lieve entità, a meno che non siano sottoposti a sollecitazioni. I cuscinetti autoallineanti, come i cuscinetti a rulli sferici e i cuscinetti reggispinta a rulli sferici, possono compensare il disallineamento e compensare il disallineamento iniziale causato da errori di lavorazione e installazione.

Precisione : i sistemi che richiedono un'elevata precisione di funzionamento e le applicazioni che necessitano di velocità molto elevate richiedono cuscinetti di precisione superiore. Questo è spesso il caso delle applicazioni mediche e aerospaziali. I cuscinetti di alta precisione sono generalmente prodotti secondo gli standard dei cuscinetti a sfere a gola profonda o a contatto angolare, ma con tolleranze molto più strette rispetto ai cuscinetti standard.

Velocità : La velocità dei cuscinetti volventi è limitata dalla temperatura di esercizio consentita. Per il funzionamento ad alta velocità, sono più adatti i cuscinetti con basso attrito e bassa generazione di calore interno. Per loro stessa natura, i cuscinetti reggispinta non possono sopportare velocità elevate come i cuscinetti radiali.

Funzionamento silenzioso : a seconda dell'applicazione, come ad esempio i piccoli motori elettrici per elettrodomestici o macchine da ufficio, il rumore generato durante il funzionamento può influenzare la scelta dei cuscinetti. Per queste applicazioni viene prodotto uno speciale tipo di cuscinetto a sfere a gola profonda con gabbia in ottone. Questi cuscinetti presentano uno spazio tra le piste di rotolamento che consente di inserire il lubrificante all'interno del cuscinetto, riducendo i livelli di rumorosità.

Rigidità : La rigidità di un cuscinetto volvente dipende dall'entità della sua deformazione elastica sotto carico. Poiché la deformazione è solitamente piccola, può in genere essere trascurata. La rigidità del gruppo cuscinetto dell'albero principale o del gruppo cuscinetto del pignone è fondamentale. A causa delle condizioni di contatto tra gli elementi volventi e le piste di rotolamento, i cuscinetti a rulli hanno una rigidità maggiore rispetto ai cuscinetti a sfere. Tuttavia, questa deformazione agisce anche da lubrificante.

Montaggio e smontaggio : Quando i cuscinetti con foro cilindrico sono di tipo separabile, possono essere montati e smontati in modo efficiente, soprattutto se entrambi gli anelli richiedono un accoppiamento forzato. Se è necessario un montaggio e uno smontaggio frequenti, è preferibile utilizzare un cuscinetto separabile perché ciascun anello del cuscinetto può essere montato indipendentemente. I cuscinetti con foro conico possono essere facilmente montati su alloggiamenti cilindrici o perni conici utilizzando adattatori o manicotti di estrazione.

4. Lubrificazione e manutenzione dei cuscinetti

Una corretta installazione e regolazione, così come i lubrificanti, rivestono un ruolo fondamentale nelle prestazioni e nella durata dei cuscinetti. Nella maggior parte dei casi, il guasto dei cuscinetti non è dovuto a un'installazione errata o a difetti di fabbricazione, bensì alla mancanza di lubrificante, a una scelta inadeguata del lubrificante o alla contaminazione dello stesso.

I lubrificanti , siano essi oli o grassi, si distribuiscono tra le parti mobili di un cuscinetto, separandole e riducendo l'attrito e prevenendo l'usura. A seconda delle condizioni operative e del lubrificante scelto, si forma una pellicola protettiva sugli elementi del cuscinetto che serve anche a dissipare il calore generato dall'attrito, a proteggere il cuscinetto dal deterioramento e a proteggerlo da umidità, corrosione e contaminazione.

Un lubrificante adeguatamente selezionato ha gli additivi e la viscosità giusti per raggiungere tutti gli obiettivi sopra indicati. I lubrificanti più comuni sono olio e grasso, l'uso dell'uno o dell'altro dipende dalla velocità dell'applicazione e dalla quantità di carico sul cuscinetto.

Per gli oli, la proprietà più importante è la viscosità e il prodotto giusto dipende dalla temperatura e dalla velocità di applicazione. Se si utilizza un olio con viscosità insufficiente, le due superfici rotanti entreranno in contatto, provocando non solo usura, ma generando anche calore da contatto e portando ad un rapido deterioramento degli elementi del cuscinetto.

Gli oli per cuscinetti più comuni sono gli oli a base di petrolio e gli oli sintetici come siliconi, composti fluorurati, diesteri o PAO. Gli oli vengono spesso scelti per cuscinetti con velocità più elevate e temperature di esercizio più elevate perché possono rimuovere il calore dal cuscinetto. In alcuni casi, come nel caso dei cuscinetti miniaturizzati, i lubrificanti a base di olio devono essere applicati solo una volta durante la vita del cuscinetto. Nei gruppi che utilizzano cuscinetti più grandi, potrebbe essere necessaria la rilubrificazione come parte dei cicli regolari di manutenzione della macchina.

Per i lubrificanti a base di grasso, le caratteristiche più importanti sono l'intervallo di temperatura, il livello di penetrazione, la rigidità e la viscosità dell'olio base. I grassi sono costituiti da una base oleosa a cui sono stati aggiunti addensanti, i più comuni sono composti organici e inorganici e saponi metallici come sodio, alluminio, calcio o litio. Possono essere aggiunti anche additivi con proprietà antiossidanti, anticorrosione e antiusura per migliorare le prestazioni del lubrificante.

In alternativa, è possibile applicare una pellicola solida non fluida agli elementi del cuscinetto come un rivestimento per ridurre l'attrito e prevenire l'usura. Questi film vengono utilizzati in casi speciali in cui olio o grasso non possono sopravvivere e includono opzioni come film in grafite, argento, PTFE o oro. Ad esempio, in applicazioni con temperature o radiazioni estreme, i lubrificanti a base di olio o grasso potrebbero non fornire una protezione adeguata, pertanto potrebbe essere necessario un lubrificante durevole come una pellicola solida.

Il grasso è una buona scelta per lubrificare i cuscinetti nella maggior parte dei casi. più economico dell'olio, il grasso viene facilmente trattenuto nei gruppi di cuscinetti ed è facile da applicare. Tuttavia, non è adatto per applicazioni che richiedono la rimozione del calore mediante circolazione di olio, né per cambi che richiedono olio lubrificante.

Inoltre, se le condizioni operative richiedono la rilubrificazione dei cuscinetti con grasso a intervalli troppo brevi, il che diventa troppo dispendioso in termini di tempo e denaro, o se la rimozione o la pulizia del grasso diventa troppo costosa e difficile da gestire, è meglio scegliere un olio di lubrificazione.

Livello di lubrificazione dei cuscinetti e rilubrificazione

Dopo aver selezionato un lubrificante, un aspetto importante è applicarne la quantità corretta sul cuscinetto. L'utilizzo di una quantità eccessiva di lubrificante può causare surriscaldamento e danni ai cuscinetti. La velocità, il carico e il livello di rumore dell'applicazione saranno tutti influenzati dalla quantità di lubrificante utilizzato.

A seconda del tipo di cuscinetto e lubrificante selezionati e dell'applicazione, il produttore può consigliare diversi livelli di lubrificazione, espressi in percentuale. Il lubrificante penetra all'interno del cuscinetto e nello spazio libero dell'alloggiamento. Questo spazio è importante perché consente al calore di dissiparsi lontano dalle aree di contatto del cuscinetto, quindi se si aggiunge troppo grasso, ciò può causare surriscaldamento e guasto prematuro del cuscinetto.

Per questo motivo, una raccomandazione comune è quella di riempire il 20-40% dello spazio libero all'interno del cuscinetto, con percentuali più piccole tipicamente specificate per applicazioni ad alta velocità e bassa coppia e percentuali più alte tipicamente specificate per applicazioni a bassa velocità e carico elevato. Per gli alloggiamenti, è accettabile anche il riempimento del 70%-100% dello spazio libero se l'applicazione prevede basse velocità e un alto rischio di contaminazione.

Ricordare che il livello di riempimento iniziale è influenzato anche dal metodo di rilubrificazione scelto. I metodi comuni di rilubrificazione dei cuscinetti sono la rilubrificazione manuale, automatica e continua.

La rilubrificazione manuale è comoda per garantire un funzionamento ininterrotto.

La rilubrificazione automatica evita la lubrificazione eccessiva o insufficiente ed è tipicamente utilizzata per componenti in cui è necessario lubrificare più punti o posizioni difficilmente accessibili. Inoltre, rappresenta la scelta ideale per il funzionamento a distanza delle apparecchiature e senza la necessità di personale di manutenzione.

La lubrificazione continua viene utilizzata in applicazioni in cui gli intervalli di rilubrificazione sono troppo brevi a causa degli effetti negativi della contaminazione. In questo caso, il riempimento iniziale dell'alloggiamento sarà del 70%-100%, a seconda delle condizioni operative.

Consigli per la manutenzione dei cuscinetti

Una corretta gestione e manutenzione dei cuscinetti ne prolungherà la durata e ottimizzerà le prestazioni. Utilizza questa lista di controllo di base per ridurre i tempi di manutenzione, la manodopera e i costi.

Manipolazione dei cuscinetti: maneggiare i cuscinetti con cura per evitare di graffiare le superfici. Utilizzarli sempre con mani pulite e asciutte oppure guanti di tela puliti. Non toccare i cuscinetti con mani unte o bagnate, poiché ciò causerebbe rapidamente una contaminazione.

Conservazione dei cuscinetti: Avvolgere i cuscinetti con carta resistente all'olio e conservarli in un ambiente fresco, pulito, a bassa umidità, privo di polvere, vibrazioni e urti. Dopo aver maneggiato i cuscinetti, posizionarli su una superficie pulita e asciutta per evitare contaminazioni. Non rimuovere il cuscinetto dalla confezione originale fino al momento dell'installazione e conservarlo in posizione orizzontale anziché verticale.

Pulizia dei cuscinetti : utilizzare sempre un solvente o un olio di lavaggio non contaminato ed evitare di pulire i cuscinetti con cotone idrofilo o stracci sporchi. Utilizzare un contenitore separato per la pulizia e il lavaggio finale dei cuscinetti usati.

Installazione dei cuscinetti : Utilizzare tecniche e strumenti adeguati per installare i cuscinetti. Circa il 16% dei guasti ai cuscinetti è causato da un'installazione errata, quindi assicurarsi di evitare installazioni troppo lente o troppo strette. Prima dell'installazione, verificare che tutte le parti siano pulite e integre e che il lubrificante sia stato scelto correttamente. Se i cuscinetti provengono direttamente dalla confezione, non lavarli prima dell'installazione.

Non martellare né applicare forza diretta al cuscinetto o alla sua pista esterna poiché ciò potrebbe causare danni e disallineamento dei componenti. Per i cuscinetti di piccole e medie dimensioni si consiglia generalmente il montaggio a freddo o il montaggio meccanico. Il montaggio termico è generalmente adatto per cuscinetti relativamente grandi, mentre per cuscinetti molto grandi può essere consigliato il montaggio idraulico.

Utilizzate gli strumenti giusti : sono disponibili strumenti specializzati per l'installazione e la rimozione dei cuscinetti, come estrattori, kit di attrezzi per il montaggio, lubrificatori, riscaldatori a induzione e dadi idraulici. Tutti sono realizzati su misura per garantire un montaggio corretto e fluido, riducendo al minimo il rischio di danni ai cuscinetti.

Controllo dei cuscinetti : Per prevenire guasti ai cuscinetti, è necessario controllarli durante e dopo il funzionamento. Effettuare ispezioni a caldo per verificare temperatura, rumori e vibrazioni, e controllare i lubrificanti per determinare se devono essere sostituiti o rabboccati. Dopo il funzionamento, controllare il cuscinetto e i suoi componenti per verificare eventuali cambiamenti. Il capitolo finale di questa guida tratta le cause più comuni di guasto dei cuscinetti e le relative soluzioni.

5. Cause comuni di danneggiamento dei cuscinetti

I cuscinetti possono solitamente essere utilizzati fino alla fine della vita a fatica da rotolamento, ma possono anche guastarsi prematuramente a causa di assemblaggio, installazione, lubrificazione o movimentazione inadeguati. Le principali modalità di guasto e le relative sottocause sono descritte nella norma ISO 15243 e si basano su danni visibili alle superfici di contatto degli elementi volventi o ad altre superfici funzionali del cuscinetto.

Queste modalità di errore includono:

Fatica, che può essere indotta dalla superficie o dal sottosuolo
Usura, inclusa l'usura abrasiva e adesiva
Corrosione, inclusa corrosione da umidità e corrosione da sfregamento (le sottocause sono corrosione da sfregamento e falsa brinellatura)
Corrosione galvanica, inclusa tensione eccessiva e dispersione di corrente
Deformazione plastica, incluso sovraccarico, rientranza di detriti e rientranza da manipolazione
Frattura e fessurazione, comprese frattura forzata, frattura per fatica e fessurazione termica

La fatica è causata da sollecitazioni ripetute sulla superficie di contatto tra gli elementi volventi e la pista di rotolamento e provoca cambiamenti nella struttura del materiale. Si manifesta con sfaldamento o scheggiatura ed è principalmente di origine superficiale; la causa di questo tipo di danno è solitamente una lubrificazione insufficiente. La fatica di origine sottosuperficiale è rara e si verifica dopo un funzionamento prolungato. Per prevenire tali danni, è necessario verificare e regolare, se necessario, il tipo e le condizioni del grasso, nonché le condizioni di tenuta e di carico.

L'usura si verifica quando materiale estraneo fine penetra nel cuscinetto. Tale materiale può essere sabbia o particelle metalliche fini derivanti da operazioni di rettifica o lavorazione, così come particelle metalliche provenienti dall'usura degli ingranaggi. Queste particelle estranee possono causare giochi interni e disallineamenti, riducendo la durata del cuscinetto. Una soluzione per prevenire questo tipo di danno è aggiungere guarnizioni al cuscinetto o utilizzare cuscinetti con gabbie in polimero. Anche cambiare il tipo di grasso potrebbe essere d'aiuto.

La corrosione si verifica quando acqua o agenti corrosivi penetrano in grandi quantità all'interno dei cuscinetti. In tal caso, il lubrificante non è più in grado di fornire una protezione adeguata, con conseguente formazione di ruggine. La corrosione da attrito si verifica quando si verificano micromovimenti tra le superfici dei cuscinetti, in determinate condizioni, ad esempio quando c'è movimento tra un anello del cuscinetto e un albero. Ciò provoca il distacco di piccole particelle dalla superficie. Se esposte all'ossigeno, queste particelle si ossidano, causando danni al cuscinetto.

L'erosione elettrica si verifica quando la corrente elettrica attraversa il cuscinetto. Può essere causata da dispositivi di ritorno a terra che non funzionano correttamente o da collegamenti di terra eseguiti in modo improprio durante la saldatura.

La deformazione plastica può essere causata da diversi fattori, come il sovraccarico dovuto a carichi statici o d'urto, oppure l'indentazione causata da detriti o da una manipolazione impropria. Anche un montaggio errato, colpi agli elementi volventi, alla gabbia o agli anelli, e la penetrazione di particelle estranee nella cavità del cuscinetto possono causare deformazione plastica.

Fratture e crepe possono verificarsi in presenza di carichi eccessivi sul cuscinetto, a causa di un montaggio o una manipolazione impropri, oppure perché le dimensioni e la capacità del cuscinetto non sono adeguate all'applicazione. Questo tipo di danno può manifestarsi anche come criccatura termica, che si verifica nell'anello interno o esterno quando il movimento di scorrimento provoca un elevato riscaldamento per attrito.

La tabella seguente elenca alcune delle condizioni più comuni che è possibile osservare nei cuscinetti danneggiati, nonché le potenziali cause e le soluzioni per questi tipi di danni.

Condizione osservata	Potenziale causa di fallimento	Soluzione
Sfaldamento della superficie della pista	Lo sfaldamento può essere causato da un carico eccessivo, da una scarsa precisione dell'albero o dell'alloggiamento, da un'installazione inadeguata o dall'ingresso di corpi estranei.	Se il carico è troppo pesante, utilizzare un cuscinetto con capacità maggiore. Se necessario, utilizzare un olio con viscosità maggiore o migliorare il sistema di lubrificazione per formare una pellicola protettiva.
Distacco delle superfici di rotolamento	è probabile che si verifichi quando la lubrificazione è scarsa o le superfici delle parti opposte sono ruvide. Potrebbe svilupparsi in desquamazione.	Controlla la rugosità della superficie e scegli un lubrificante migliore.
Scheggiature sulle nervature o sulle superfici delle piste	Può essere causato da un montaggio inadeguato, da una scarsa lubrificazione degli elementi volventi o dalla rottura del film protettivo sulle superfici di contatto a causa di un carico eccessivo.	Migliorare il montaggio, correggere il carico e selezionare un lubrificante adeguato.
Sbavature sulla superficie della pista	Gli elementi volventi scivolano durante il movimento ed il lubrificante non ha le caratteristiche adatte per impedirne lo slittamento.	Selezionare un lubrificante o un sistema di lubrificazione adeguato e controllare il gioco e il precarico.
La superficie della pista è usurata e le dimensioni sono ridotte	Scarsa lubrificazione, ingresso di corpi estranei o contaminazione del lubrificante con sporco o corpi estranei.	Scegliere un lubrificante o un sistema di lubrificazione adeguato e migliorare l'efficienza della tenuta.
Cambiamenti nel colore e nella finitura della superficie	Una superficie della pista opacizzata o scolorita può indicare scarsa lubrificazione, surriscaldamento o accumulo di olio deteriorato.	Migliorare l'efficienza della tenuta e del sistema di lubrificazione, rimuovere l'olio con un solvente organico e lucidare con carta vetrata per rimuovere le asperità.
Rientranze e avvallamenti sulla superficie della pista	Probabilmente causato dall'ingresso di un oggetto solido o da particelle intrappolate.	Rimuovere e tenere lontani gli oggetti estranei, verificare la presenza di sfaldamenti e migliorare le procedure di movimentazione.
Scheggiatura dell'anello interno, dell'anello esterno o degli elementi volventi	La scheggiatura può essere causata da un carico eccessivo, da una cattiva movimentazione o da oggetti solidi intrappolati.	Controllare e migliorare il carico e migliorare l'efficienza di tenuta.
Crepe negli anelli o negli elementi volventi	Carico eccessivo, impatto o surriscaldamento. Anche una vestibilità allentata potrebbe essere la causa.	Esaminare e migliorare il carico e correggere l'adattamento.
Ruggine o corrosione degli anelli o degli elementi volventi	Umidità, ingresso di acqua o sostanze corrosive o condizioni di imballaggio e conservazione inadeguate.	Migliorare l'efficienza di tenuta, la movimentazione e lo stoccaggio.
Grippaggio degli anelli o degli elementi volventi	Scarsa dissipazione del calore dovuta a scarsa lubrificazione o gioco troppo piccolo. Anche il carico eccessivo può essere la causa.	Migliora la dissipazione del calore e la lubrificazione. Controllare e migliorare il carico.
Sfregamento delle piste	Troppe vibrazioni, un piccolo angolo di oscillazione o scarsa lubrificazione.	L'anello interno e quello esterno dovrebbero essere trasportati separatamente oppure la lubrificazione dovrebbe essere migliorata.
Danni alle gabbie	Carico eccessivo, velocità troppo elevata o ampie fluttuazioni di velocità, scarsa lubrificazione o vibrazioni elevate.	Migliorare le condizioni di carico, ridurre le vibrazioni e migliorare il sistema di lubrificazione.