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La guida definitiva ai cuscinetti a manicotto e alle boccole
Nel sistema industriale odierno, cuscinetti a strisciamento, boccole e cuscinetti sono diventati componenti indispensabili. Esiste una metafora appropriata che afferma che "i cuscinetti sono diventati il cibo dell'industria". La funzione principale di cuscinetti a strisciamento, boccole e cuscinetti è quella di supportare il corpo rotante per ridurre al minimo l'attrito, diminuire efficacemente il rumore, ridurre il consumo energetico, massimizzare l'efficienza della macchina e velocizzare l'applicazione, e prolungare notevolmente la durata di vita della macchina. Ma nel campo dei dispositivi di fissaggio, cuscinetti a strisciamento, boccole e cuscinetti, è difficile affermare che esista una denominazione comune. Ad esempio, statistiche incomplete indicano che esistono oltre 400,000 tipi di cuscinetti. Anche nomi diversi possono rappresentare lo stesso cuscinetto. La principale differenza tra cuscinetti a strisciamento e boccole risiede nelle loro diverse applicazioni. Scegliere il tipo giusto di cuscinetto a strisciamento, boccola o cuscinetto per la propria applicazione industriale al fine di soddisfare determinati requisiti richiede una vasta conoscenza. È necessario conoscere le principali differenze tra cuscinetti a strisciamento, boccole e cuscinetti, le loro applicazioni nell'industria e nella produzione, e In questo articolo esamineremo in dettaglio le caratteristiche e le applicazioni di cuscinetti a strisciamento, boccole e cuscinetti , chiarendone funzioni, materiali e differenze principali.
Differenza tra cuscinetti a manicotto e boccole
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
Le boccole in POM sono progettate per l'autolubrificazione, offrendo una buona resistenza all'usura e un basso coefficiente di attrito. Sono adatte per carichi pesanti a basse velocità, contribuendo a ridurre vibrazioni e rumorosità delle macchine. Le boccole in POM aiutano anche a ridurre l'accumulo di calore causato dall'attrito, prolungando la durata del cuscinetto fino a quattro volte rispetto ai cuscinetti realizzati con altri materiali convenzionali (acciaio). Le boccole in poliossimetilene, o boccole in POM, sono generalmente realizzate con un supporto in acciaio rivestito da uno strato di rame/bronzo sinterizzato. Infine, viene applicato uno strato di POM sopra lo strato di rame/bronzo, che presenta cavità per il grasso che trattengono il lubrificante. Le boccole in POM trovano ampio impiego nei settori agricolo, dell'ingegneria civile, della meccanica e delle costruzioni.
Boccole in PTFE
Le boccole in PTFE sono realizzate con due materiali diversi, politetrafluoroetilene e metallo, e sono comunemente utilizzate in vari settori industriali. La loro funzione principale è quella di ridurre l'attrito tra le parti mobili delle macchine. Le boccole in PTFE sono adatte a una varietà di applicazioni industriali grazie alla loro capacità di resistere a forti sbalzi di temperatura e possono essere utilizzate in settori diversi come quello elettrico, termico, nucleare, chimico, farmaceutico e persino nelle centrali elettriche.
Boccole in nylon
Le boccole in nylon sono robuste e durevoli e stanno progressivamente sostituendo le boccole metalliche in molte applicazioni. Il nylon offre un'eccellente resistenza all'usura e non richiede lubrificazione esterna. È importante sottolineare che le boccole in nylon sono molto più silenziose durante il funzionamento rispetto a quelle metalliche. Hanno un basso coefficiente di attrito e un'elevata resistenza ad acidi deboli, carburanti e 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
Le boccole in bronzo sono il materiale di elezione per le boccole metalliche. Sono più 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 nell'industria alimentare, nello stampaggio a iniezione, nei macchinari automobilistici, nelle macchine movimento terra, nella siderurgia, ecc. Offrono un'eccellente durata e una lunga vita utile. Non si corrodono e non si deformano facilmente. Tuttavia, le boccole in bronzo richiedono una lubrificazione significativa durante il funzionamento, il che le rende più costose da manutenere rispetto alle boccole in plastica.
Boccole in grafite
Le boccole in grafite sono utilizzate in numerose applicazioni grazie alle loro proprietà meccaniche e fisiche uniche. Le boccole in grafite presentano 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'utilizzo di fluidi aggiuntivi. In particolare, la grafite ha la massima stabilità termica, mantenendo la sua forma e struttura a temperature fino a 5000 °F (circa 2600 °C). I rivestimenti in grafite sono utilizzati in una varietà di applicazioni, tra cui forni e stufe, applicazioni alimentari, industria chimica, industria automobilistica, metallurgia e altro ancora.
Boccole in acciaio
Boccole in acciaio : come suggerisce il nome, le boccole in acciaio sono realizzate in acciaio o acciaio inossidabile. Queste boccole sono costruite con acciaio altamente resistente, il che le rende ideali per applicazioni con perni a bassa velocità. Gli involucri in acciaio sono prodotti utilizzando metodi di produzione ecocompatibili che aumentano la resa del materiale e riducono le scheggiature.
Boccola in ottone
La boccola in ottone è realizzata in ottone ed è solitamente un componente dell'albero di rotazione che contribuisce a proteggere il corpo da eventuali danni causati da forze trasmesse attraverso l'albero. Le boccole in ottone sono utilizzate principalmente nei motori elettrici, nei motori automobilistici, ecc. Inoltre, le boccole in ottone sono disponibili in una varietà di dimensioni, in quanto possono adattarsi a pareti sottili e spesse, flange, cilindri, flange, ecc.
Boccole in alluminio
Le boccole in alluminio sono preferite per la loro durezza, che garantisce una lunga durata. Inizialmente utilizzate nelle biciclette, si sono poi diffuse nelle automobili e attualmente trovano impiego in una varietà di macchinari diversi. Le boccole in alluminio possono sopportare elevati carichi assiali e radiali, il che le rende un materiale importante per l'industria aerospaziale e agricola. Alcune delle applicazioni più comuni per le boccole in alluminio includono l'utilizzo in cilindri idraulici per il montaggio di strumentazione (come tappi di scarico/riempimento fluidi, indicatori di livello o elementi di sfiato), recipienti e serbatoi.
Cuscinetti a manicotto bimetallici
I cuscinetti a manicotto bimetallico sono realizzati con due metalli diversi. Nella maggior parte dei casi, il primo metallo è l'acciaio, mentre altri metalli possono variare dal rame all'alluminio o persino all'ottone. Lo strato bimetallico funge da rivestimento interno per la boccola, fornendo una buona protezione contro l'usura. Sono particolarmente utili in applicazioni che prevedono 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.
Materiale: Tipicamente realizzati in bronzo, ottone o altro materiale autolubrificante.
Design: Cilindrico con diametro interno ed esterno.
Applicazione: 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.
Design: Simile ad una normale boccola a manicotto, ma con una flangia su un'estremità per fornire supporto assiale.
Applicazione: 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.
Design: Boccola a rondella piana o flangiata.
Applicazione: Progettato per sopportare carichi assiali, solitamente in combinazione con boccole radiali.
Boccola divisa
Design: Queste boccole sono disponibili in due metà e possono essere facilmente installate e rimosse senza la necessità di ulteriori attrezzature di rimozione.
Applicazione: Ideale per applicazioni in cui lo smontaggio è impegnativo o richiede molto tempo.
Boccola in composito
Materiali Necessari: Realizzato con una combinazione di materiali come un supporto metallico e uno strato di PTFE (politetrafluoroetilene).
Applicazione: Basso attrito, elevata resistenza all'usura e proprietà autolubrificanti lo rendono adatto a una varietà di applicazioni.
Boccola composita flangiata
Design: Simili alle boccole in composito ma con flangia per il supporto assiale.
Applicazione: 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.
Calcola il valore PV dell'applicazione : PV=P×V
Determinare la velocità superficiale (V) : V = 0.262 × giri/min × D Giri/min = 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 del rivestimento)
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 ingegneristico interno, sono state utilizzate insieme boccole in Nyloil e boccole in bronzo C93200 per testare l'effetto dei limiti PV della boccola. Come accennato in precedenza, le boccole sono tipicamente 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/min massimi dell'albero). Per le 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 superiori? Quando la velocità è un fattore determinante, i cuscinetti offrono una soluzione migliore, mentre le boccole sono più adatte ad applicazioni a bassa velocità e carichi pesanti.
Funzionamento fluido : a causa del fenomeno "stick-slip", un problema comune con le boccole, i cuscinetti rappresentano una scelta migliore per un funzionamento più fluido.
Manutenzione/Lubrificazione : Le applicazioni che non richiedono manutenzione e che possiedono capacità autolubrificanti, soprattutto nei settori alimentare e tessile, spesso prediligono le boccole.
Rumorosità di funzionamento : quando la silenziosità è un fattore chiave, le boccole sono generalmente più silenziose dei cuscinetti.
Budget : Le boccole tendono a costare dalle sei alle 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.