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La guida definitiva ai cuscinetti a manicotto e alle boccole
Nel sistema industriale odierno, cuscinetti a manicotto, boccole e cuscinetti sono diventati componenti indispensabili. Esiste una metafora appropriata secondo cui “i cuscinetti sono diventati il cibo dell’industria”. La funzione principale dei cuscinetti a manicotto, delle boccole e dei cuscinetti è quella di supportare il corpo rotante per ridurre il più possibile l'attrito, ridurre efficacemente il rumore, ridurre il consumo energetico, massimizzare l'efficienza della macchina e accelerare l'applicazione e prolungare notevolmente la durata della macchina. Ma nel campo degli elementi di fissaggio, dei cuscinetti a manicotto, delle boccole e dei cuscinetti, è difficile dire che esista un nome comune. Ad esempio, statistiche incomplete indicano che esistono più di 400,000 tipi di cuscinetti. Anche nomi diversi possono rappresentare lo stesso rilevamento. Cuscinetti a manicotto e boccole, la differenza principale tra cuscinetti e boccole risiede nelle loro diverse applicazioni. La scelta del giusto tipo di cuscinetto a manicotto, boccola o cuscinetto per la vostra applicazione industriale per soddisfare determinati requisiti richiede un vasto bagaglio di conoscenze. È necessario conoscere le differenze principali tra cuscinetti a manicotto, boccole, cuscinetti, le loro applicazioni nell'industria e nella produzione e . In questo articolo daremo uno sguardo approfondito alle caratteristiche e alle applicazioni di cuscinetti a manicotto, boccole e Cuscinetti, chiarendone funzioni, materiali e differenze fondamentali.
Breve e semplice: i cuscinetti a manicotto e le boccole sono uguali. I cuscinetti a manicotto sono manicotti o tubi che consentono un movimento lineare o rotatorio. Le boccole servono proprio a questo. I termini cuscinetto a manicotto e boccola sono usati in modo intercambiabile. Pertanto, nella descrizione che segue, l'autore di questo articolo utilizzerà questi due termini in modo casuale. Infatti, i cuscinetti a manicotto, i cuscinetti radenti, i cuscinetti portanti e i cuscinetti radenti possono tutti essere utilizzati come boccole; questi termini descrivono diversi stili di boccole. In breve, una boccola è sempre un cuscinetto, ma non tutti i cuscinetti sono boccole.
Cos'è una boccola (cuscinetto a manicotto)?
La boccola, spesso chiamata cuscinetto a manicotto, è un cuscinetto cilindrico utilizzato per supportare il carico su un albero operativo che scorre avanti e indietro tra le superfici in movimento. Le boccole sono cuscinetti speciali che possono essere realizzati con una varietà di materiali e scorrere su un'asta o un albero, fornendo un movimento di attrito estremamente basso, eccellente assorbimento degli urti e riducendo al minimo il consumo di energia, il rumore e l'usura fornendo allo stesso tempo una tenuta efficace, protetta da polvere e umidità . . Fortunatamente, le boccole sono autolubrificanti, il che le rende ideali per il funzionamento con poca o nessuna manutenzione. L'autolubrificazione è ottenuta attraverso una disposizione uniforme di fossette sulla superficie della boccola, che fungono da serbatoi di grasso. Indipendentemente dal tipo e dalle dimensioni dei cuscinetti a manicotto utilizzati, rispetto ai tradizionali cuscinetti a sfere o a rulli presentano un vantaggio grazie al loro coefficiente di attrito inferiore dovuto alla loro area di contatto minima. Ciò rende le boccole ideali per le applicazioni in cui velocità, precisione e durata sono fondamentali. Tenendo presente questi vantaggi, è facile capire perché oggi i cuscinetti a manicotto sono così popolari in molti settori. Le boccole sono ampiamente utilizzate nelle automobili, negli elettrodomestici, negli utensili di perforazione, nei motori, nelle pompe idrauliche a ingranaggi esterne, ecc. Nell'industria automobilistica, ad esempio, i cuscinetti a manicotto forniscono un movimento lineare rotatorio nelle cerniere, nei sistemi di regolazione dei sedili e nei volanti. Alcune boccole in nylon possono funzionare senza l'utilizzo di lubrificanti e sono particolarmente adatte per l'industria alimentare e tessile dove si preferiscono le applicazioni a secco.
Quali tipi di boccole esistono?
Sul mercato esistono diverse boccole di diverso tipo. Generalmente le boccole possono essere classificate in base al materiale e alla forma. I cuscinetti a manicotto possono essere realizzati con una varietà di materiali. Questi includono metalli, bimetalli, ceramica, pietra, grafite, compositi e plastica. La funzione del cuscinetto a manicotto dipende dalla scelta del materiale, poiché il materiale determinerà la resistenza, l'elasticità, il coefficiente di attrito, ecc.
Classificati in base al materiale, esistono tre tipi comuni di boccole: boccole composite, boccole metalliche e boccole in plastica. In base alla classificazione della forma, le boccole possono essere suddivise in sei tipi: boccole a manicotto ordinarie, boccole a flangia, rondelle reggispinta, boccole divise, boccole composite e boccole a flangia composite.
Boccole in polimero o composito
Le boccole polimeriche sono per lo più chimicamente inerti; hanno un basso assorbimento d'acqua e possono funzionare ad alte temperature senza deformarsi. Le boccole polimeriche possono anche essere chiamate boccole composite. Sono adatte per condizioni di carico pesante e sono le boccole più comunemente utilizzate. Le boccole composite garantiscono basso attrito e resistenza all'usura, riducendo al minimo i danni alla macchina causati da una lubrificazione inadeguata. Sono realizzati con materiali con elevata resistenza ai fattori ambientali, resistenza al calore, basso coefficiente di attrito e proprietà non adesive. L'unico inconveniente è che sono molto flessibili, il che significa che possono attorcigliarsi durante il lavoro. Aggiungendo riempitivi, anche questo problema può essere risolto e consentire ai produttori di offrire maniche altamente versatili. Le boccole in polimero o composito vengono utilizzate per trasmettere il movimento rotatorio e possono sostituire i cuscinetti tradizionali in ambienti pericolosi. Le boccole in polimero o composito possono essere utilizzate in una varietà di settori, tra cui macchine edili, sistemi idraulici, apparecchiature mediche, aerospaziale e .
Boccole in POM
Boccole in POM sono sviluppati pensando all'autolubrificazione, offrendo una buona resistenza all'usura e un basso coefficiente di attrito. Adatto per carichi pesanti che funzionano a basse velocità per ridurre le vibrazioni e il rumore della macchina. I cuscinetti a manicotto in POM contribuiscono inoltre a ridurre l'accumulo di calore causato dall'attrito, prolungando la durata dei cuscinetti fino a quattro volte più a lungo rispetto ai cuscinetti realizzati con altri materiali convenzionali (acciaio). I manicotti in poliossimetilene o POM sono generalmente costituiti da un supporto in acciaio e rivestiti con uno strato di rame/bronzo sinterizzato. Infine, sopra lo strato di rame/bronzo viene aggiunto uno strato di POM, che contiene pozzetti di grasso che trattengono il lubrificante. Le applicazioni delle boccole in POM sono ampiamente utilizzate nell'agricoltura, nell'ingegneria civile, nei macchinari e nell'edilizia.
Boccole in PTFE
Boccole in PTFE sono costituiti da due materiali diversi, politetrafluoroetilene e metallo, e sono comunemente utilizzati in vari settori. La sua funzione principale è ridurre l'attrito tra le parti mobili delle macchine. Le boccole in PTFE sono adatte per una varietà di applicazioni industriali grazie alla loro capacità di resistere alle fluttuazioni di temperatura elevate e possono essere utilizzate in settori diversi come quello elettrico, termico, nucleare, chimico, farmaceutico e persino nelle centrali elettriche.
Boccole in nylon
Boccole in nylon sono resistenti e durevoli e sostituiscono sempre più le boccole metalliche in molte applicazioni. Il nylon ha un'eccellente resistenza all'usura e non richiede lubrificazione esterna. Vale la pena notare che le boccole in nylon non fanno tanto rumore durante il funzionamento quanto le boccole in metallo. Hanno un basso coefficiente di attrito e un'elevata resistenza agli acidi deboli, ai carburanti e agli alcali.
Boccola in metallo
Come tutti sappiamo, le boccole metalliche sono realizzate in metallo o leghe metalliche. Queste boccole metalliche hanno una resistenza meccanica molto elevata e sono particolarmente adatte per applicazioni ad alta velocità e carico elevato che comportano lubrificazione. La boccola metallica utilizzata dipende dall'ambiente industriale o dal tipo di applicazione. Le boccole metalliche hanno diversi metodi di lubrificazione a seconda delle dimensioni, della costruzione e dell'applicazione.
Boccola in bronzo
Boccola in bronzo è il materiale preferito per le boccole metalliche. Le boccole in bronzo sono resistenti alla deformazione e alla rottura rispetto ai cuscinetti a manicotto realizzati con altri materiali. Come la plastica, i cuscinetti in bronzo sono robusti e resistenti alla ruggine. Le boccole in bronzo sono ampiamente utilizzate nella lavorazione alimentare, nello stampaggio a iniezione, nelle macchine automobilistiche, nelle macchine movimento terra, nella produzione di acciaio, ecc. Le boccole in bronzo offrono un'eccellente durata e una lunga durata. Non si corrodono e non si deformano facilmente. Tuttavia, le boccole in bronzo richiedono quantità significative di lubrificazione durante il funzionamento, il che le rende costose da mantenere rispetto alle boccole in plastica.
Boccole in grafite
Boccole in grafite sono utilizzati in molte applicazioni grazie alle loro proprietà meccaniche e fisiche uniche. Le boccole in grafite hanno un coefficiente di attrito molto basso, contribuendo ad aumentare l'efficienza, la produttività e le prestazioni dei macchinari di filatura. La grafite, un minerale naturalmente oleoso, è il materiale migliore per le boccole perché riduce l'attrito senza l'uso di fluido aggiuntivo. In particolare, la grafite ha la massima stabilità alla temperatura, mantenendo la sua forma e struttura a temperature fino a 5000°F. I rivestimenti in grafite sono utilizzati in una varietà di applicazioni tra cui forni e forni, applicazioni alimentari, industria chimica, industria automobilistica, metalli e .
Boccole in acciaio
Boccole in acciaio, Come suggerisce il nome, le boccole in acciaio sono realizzate in acciaio o acciaio inossidabile. Queste boccole sono realizzate in acciaio altamente resistente, il che le rende ideali per applicazioni con perno a bassa velocità. Gli involucri in acciaio sono realizzati utilizzando metodi di produzione rispettosi dell'ambiente che aumentano la resa del materiale e riducono la scheggiatura.
Boccola in ottone
Boccola in ottone è realizzato in ottone ed è solitamente un componente dell'albero del perno che aiuta a proteggere il corpo da eventuali danni causati da qualsiasi forza trasmessa attraverso l'albero. Le boccole in ottone sono utilizzate principalmente nei motori elettrici, nei motori delle automobili, ecc. Inoltre, le boccole in ottone sono disponibili in varie dimensioni in quanto possono adattarsi a pareti sottili e spesse, flange, cilindriche, flangiate, ecc.
Boccole in alluminio
Boccole in alluminio sono preferiti per la loro durezza, garantendo una lunga durata. Inizialmente veniva utilizzato sulle biciclette, ma gradualmente è stato utilizzato anche sulle auto e attualmente viene utilizzato su una varietà di macchine diverse. Le boccole in alluminio possono sopportare grandi carichi assiali e radiali, rendendole un candidato importante per l'uso nei settori aerospaziale e agricolo. Alcune delle applicazioni comuni per le boccole in alluminio includono l'uso nei cilindri idraulici utilizzati per montare la strumentazione (come tappi di scarico/riempimenti di fluido, finestre di controllo del fluido o elementi di sfiato), recipienti e serbatoi.
Cuscinetti a manicotto bimetallici
Cuscinetti a manicotto bimetallici sono costituiti da due metalli diversi. Nella maggior parte dei casi il primo metallo è l'acciaio, mentre gli altri metalli possono variare dal rame all'alluminio o addirittura all'ottone. Lo strato bimetallico funge da rivestimento interno della boccola, garantendo una buona protezione contro l'usura. Sono particolarmente utili in applicazioni che eseguono carichi moderati a velocità medie o carichi elevati a basse velocità.
Tipi di boccole per forma
In termini di forma, esistono sei tipi principali di boccole.
Boccole a manicotto semplice
Le boccole a manicotto liscio sono generalmente di forma cilindrica e realizzate secondo dimensioni standard del settore. La boccola cilindrica è dotata di supporti all'interno e all'esterno che supportano lo strato di scorrimento al centro. Le boccole cilindriche sono più resistenti dei cuscinetti e possono sopportare carichi più elevati rispetto ai cuscinetti metallici, rendendole ideali per carichi variabili unidirezionali, movimento rotatorio e cuscinetti di guida assiali.
Materiali: Tipicamente realizzati in bronzo, ottone o altro materiale autolubrificante.
Progettazione: Cilindrico con diametro interno ed esterno.
Applicazioni: Applicazioni generali che richiedono un basso attrito e una capacità di carico media.
Boccola flangiata
Le boccole flangiate sono simili alle boccole cilindriche, ma con un'ovvia differenza: hanno una flangia su un'estremità. Le flange possono essere utilizzate per diversi scopi, dal montaggio o allineamento delle boccole alla comoda installazione. Le boccole flangiate, comunemente utilizzate nelle applicazioni con bulloni passanti, consentono l'uso di bulloni di diametro inferiore per ridurre il peso senza comportare una minore superficie di supporto del dispositivo di fissaggio per la parete del longherone, riducendo al tempo stesso lo stress sulle filettature dei bulloni di montaggio.
Progettazione: Simile ad una normale boccola a manicotto, ma con una flangia su un'estremità per fornire supporto assiale.
Applicazioni: Utilizzato quando la boccola deve resistere al movimento assiale.
Rondella di spinta
La rondella reggispinta in sé non è una boccola, ma è un componente molto importante. Sembrano essere una rondella piatta che si trova tra il componente stazionario e la superficie di rotolamento, supportando i carichi assiali o il movimento laterale sull'albero e limitando qualsiasi movimento lungo l'albero. Formano una superficie sulla quale è supportato il cuscinetto o la boccola.
Progettazione: Boccola a rondella piana o flangiata.
Applicazioni: Progettato per sopportare carichi assiali, solitamente in combinazione con boccole radiali.
Boccola divisa
Progettazione: Queste boccole sono disponibili in due metà e possono essere facilmente installate e rimosse senza la necessità di ulteriori attrezzature di rimozione.
Applicazioni: Ideale per applicazioni in cui lo smontaggio è impegnativo o richiede molto tempo.
Boccola in composito
Materiali: Realizzato con una combinazione di materiali come un supporto metallico e uno strato di PTFE (politetrafluoroetilene).
Applicazioni: Basso attrito, elevata resistenza all'usura e proprietà autolubrificanti lo rendono adatto a una varietà di applicazioni.
Boccola composita flangiata
Progettazione: Simili alle boccole in composito ma con flangia per il supporto assiale.
Applicazioni: Combina i vantaggi dei materiali compositi con una maggiore stabilità assiale.
Vantaggi dei cuscinetti a manicotto
I cuscinetti a manicotto sono ideali per molte applicazioni grazie alla loro semplicità e durata. Riducono il consumo di energia durante il funzionamento fornendo un basso attrito tra l'albero e i cuscinetti. I cuscinetti a manicotto hanno inoltre un ingombro ridotto, il che li rende adatti per applicazioni in cui lo spazio è limitato. Inoltre, grazie al suo design semplice, può essere facilmente montato o smontato. I cuscinetti a manicotto forniscono una protezione superiore contro particelle di polvere, sporco e altri contaminanti, nonché contro l'usura causata dalle alte temperature. Inoltre, queste boccole non richiedono manutenzione perché non necessitano di lubrificazione come la maggior parte degli altri tipi di cuscinetti. Pertanto, i cuscinetti a manicotto rappresentano una soluzione economicamente vantaggiosa che migliora l’efficienza operativa riducendo al tempo stesso i costi operativi. Inoltre, possono essere utilizzati sia in condizioni asciutte che bagnate senza alcuna modifica.
L'affidabilità dei cuscinetti a manicotto li rende una scelta interessante per i macchinari industriali che richiedono componenti affidabili per il controllo del movimento; pertanto, non sorprende che molte aziende facciano affidamento su questo tipo di cuscinetti durante la progettazione delle apparecchiature. Nel complesso, i cuscinetti a manicotto sono componenti versatili che consentono un funzionamento regolare a un costo inferiore rispetto ad alternative come i cuscinetti a sfere o a rulli. Detto questo, è chiaro il motivo per cui continuano a rimanere popolari nel settore.
Svantaggi dei cuscinetti a manicotto
I cuscinetti a manicotto non sono progettati per velocità elevate, con studi che dimostrano che la loro velocità massima è di circa 5,000 giri al minuto. Questa limitazione può causare una serie di problemi nelle applicazioni che richiedono velocità più elevate, come motori e ventilatori. Un altro problema con i cuscinetti a manicotto è che tendono ad avere un'aspettativa di vita limitata se utilizzati in applicazioni pesanti come le grandi macchine industriali. Il loro design li rende inoltre inadatti ai carichi radiali poiché si deformano facilmente sotto pressione. Con il passare del tempo, la quantità di sporco che penetra nei cuscinetti a manicotto aumenta, il che può portare a guasti prematuri.
Carico della boccola e limiti di velocità
Le boccole vengono generalmente utilizzate per carichi più pesanti e velocità inferiori. Le ruote industriali in metallo beneficiano di boccole durevoli in grado di sopportare trasferimenti di carichi pesanti e carichi d'urto. Per le boccole è necessario considerare il riscaldamento per attrito. I due principali fattori che influenzano il calore sono la pressione unitaria (P) e la velocità superficiale (V). Il prodotto della pressione unitaria e della velocità superficiale è la velocità della pressione (PV). Per determinare se una boccola è adatta a qualsiasi applicazione, trovare innanzitutto il valore PV limite fornito dal produttore. Per un funzionamento sicuro, il valore PV calcolato dall'applicazione deve essere inferiore al valore PV limite del produttore.
Calcolare il valore PV dell'applicazione: PV=P×V
Determinare la velocità superficiale (V): V=0.262×rpm×D Rpm = giri dell'albero al minuto D = diametro dell'albero (pollici)
Pressione (P): P = Carico totale (libbre) / Area di contatto (in²) Area di contatto = D (diametro dell'albero in pollici) x L (lunghezza della custodia)
L'effetto della limitazione del valore PV può essere visto in questo grafico, che confronta la velocità con il carico per le boccole in bronzo e Nyloil.
In uno studio di ingegneria interna, le boccole Nyloil e C93200 Le boccole in bronzo sono state utilizzate insieme per testare l'effetto di: Limiti PV della boccola. Come accennato in precedenza, le boccole vengono generalmente utilizzate per carichi più pesanti a velocità inferiori. Ciò è evidente nel diagramma poiché nessuna delle due boccole è in grado di gestire carichi significativi ad alte velocità. Maggiore è la velocità, minore è la sua capacità di carico. I valori P-max (psi) e V-max (fpm) sono forniti dal produttore per ciascun prodotto. P-max è il carico massimo a 0 giri/min e V-max è la velocità massima a carico leggero (giri massimi dell'albero). Per applicazioni pratiche, confrontare i valori P, V e PV calcolati con le tolleranze massime per determinare se la boccola funzionerà. Assicurarsi che la boccola funzioni entro un intervallo inferiore alla curva PV limite.
Cuscinetto o boccola?
I fattori da ricordare quando si decide tra boccole o cuscinetti dovrebbero includere quanto segue (in ordine di preferenza):
Velocità e carico: Trasportare carichi più pesanti a velocità inferiori o carichi più leggeri a velocità più elevate? Laddove l'alta velocità è un fattore determinante, i cuscinetti offrono una soluzione migliore, mentre le boccole rispondono bene alle applicazioni a bassa velocità e con carichi pesanti.
Operazione liscia: A causa del fenomeno dello “stick-slip”, un problema comune con le boccole, i cuscinetti sono la scelta migliore per un funzionamento più fluido.
Manutenzione/lubrificazione: Le applicazioni esenti da manutenzione con capacità autolubrificanti, soprattutto nell'industria alimentare secca e tessile, spesso preferiscono le boccole.
Rumore di funzionamento: Quando il funzionamento silenzioso è un fattore chiave, le boccole sono generalmente più silenziose dei cuscinetti.
bilancio: Le boccole tendono a costare da sei a dieci volte meno dei cuscinetti.
Quando si sceglie tra cuscinetti e boccole, è necessario considerare l'applicazione specifica, l'ambiente operativo e le varie condizioni e limitazioni operative. Comprendere i vantaggi e gli svantaggi di ciascun tipo può aiutare a determinare quale tipo fornisce la soluzione migliore.