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Guida definitiva ai cuscinetti a sfere e ai cuscinetti a rullini
Esplora le principali differenze tra cuscinetti a sfera vs cuscinetti a rullini. Leggi il nostro blog per scoprire quale tipo di cuscinetto è più adatto alla tua applicazione. Dai turbocompressori ad alta velocità nelle automobili ai macchinari di precisione nelle applicazioni industriali, i cuscinetti a rullini e i cuscinetti a sfere sono i due più comuni tipi di cuscinetti utilizzato per il supporto e la rotazione. Ma quale è meglio? Questo articolo confronterà i cuscinetti a sfere con i cuscinetti a rullini per aiutarti a determinare quale sia la scelta migliore per la tua applicazione specifica. Scopri le principali differenze, gli usi e le applicazioni comuni dei cuscinetti a sfere rispetto ai cuscinetti a rullini. Risparmia tempo e aumenta l'efficienza con l'analisi dei nostri esperti di cuscinetti.
Cuscinetti a sfere vs cuscinetti a rullini sono entrambi cuscinetti volventi. I cuscinetti volventi sono costituiti da anelli orbitali (anelli interni ed esterni), elementi volventi (sfere o rulli) e gabbie. Tra due anelli opposti di un cuscinetto volvente sono disposti diversi elementi volventi e per evitare che gli elementi volventi entrino in contatto tra loro e mantenere un certo intervallo di funzionamento viene utilizzata una gabbia. La forma geometrica degli elementi volventi e delle superfici delle piste degli anelli interno ed esterno è a contatto puntuale (sfera) o lineare (rullo). In teoria, gli elementi volventi rotolano e ruotano tra gli anelli interno ed esterno.
La funzione principale dei cuscinetti è aiutare le apparecchiature meccaniche a ridurre l'attrito. I cuscinetti riducono l'attrito facendo rotolare due superfici l'una contro l'altra, riducendo così la quantità di attrito prodotto. La superficie di contatto (punto) tra gli elementi volventi e l'anello della pista supporta il carico sul cuscinetto con la sua superficie della pista. La gabbia del cuscinetto non sostiene direttamente il carico del cuscinetto. Oltre a mantenere la posizione corretta degli elementi volventi a intervalli uguali, la gabbia del cuscinetto impedisce anche la caduta degli elementi volventi durante l'installazione del cuscinetto.
I carichi trasportati dai cuscinetti comprendono carichi radiali e carichi assiali. I cuscinetti volventi si dividono principalmente in due categorie: cuscinetti a sfere e cuscinetti a rulli in base alla forma degli elementi volventi. Rispetto ai cuscinetti a rulli con le stesse dimensioni principali, i cuscinetti a sfere sono adatti per applicazioni ad alta velocità, alta precisione, bassa coppia e bassa rumorosità. – Adatto per applicazioni con vibrazioni grazie alla bassa resistenza all'attrito e all'eccentricità dell'albero durante la rotazione. Poiché esistono molte forme e tipi di cuscinetti volventi, ognuno ha le proprie caratteristiche intrinseche. I cuscinetti volventi presentano i seguenti vantaggi comuni:
(1) Il coefficiente di attrito è piccolo
(2) Esistono standard e specifiche unificati a livello internazionale e i marchi sono facilmente intercambiabili.
(3) Basso consumo di olio lubrificante.
(4) Il cuscinetto può sopportare sia il carico radiale che il carico assiale.
(5) È anche più facile da usare ad alte o basse temperature.
(6) L'applicazione del precarico può migliorare la rigidità del cuscinetto.
Cosa sono i cuscinetti a sfera?
Cuscinetti a sfera sono progettati per ridurre l'attrito rotazionale e supportare carichi radiali e assiali. Il design di base di un cuscinetto a sfere contiene almeno due piste che contengono le sfere e trasmettono i carichi attraverso le sfere. Una delle piste è solitamente fissa, mentre l'altra pista è collegata a un componente rotante, come il mozzo della ruota o l'asse. Mentre il cuscinetto ruota, le sfere rotolano tra le piste, riducendo l'attrito e l'usura del cuscinetto. Uno dei principali vantaggi dei cuscinetti a sfere è che hanno un coefficiente di attrito inferiore rispetto ad altri tipi di cuscinetti. Ciò consente loro di funzionare con meno calore e usura, estendendo la durata durata dei cuscinetti. Hanno anche capacità di alta velocità, che li rendono adatti per applicazioni ad alta velocità. Esistono molti tipi di cuscinetti a sfere:
Tra cuscinetti a sfera, i cuscinetti a sfere a gola profonda sono i cuscinetti più comunemente utilizzati. Sia le piste dell'anello interno che quello esterno sono scanalature profonde a forma di arco, che possono sopportare carico radiale, carico assiale bidirezionale o carico combinato e sono adatti anche per rotazioni ad alta velocità. Una pista di un cuscinetto a sfere è collegata a un componente rotante (come un albero o un mozzo), mentre l'altra pista è fissa. Quando l'anello della sede ruota, ruota anche la sfera. A causa della rotazione della sfera, il coefficiente di attrito è inferiore a quello di due superfici piane che sfregano l'una contro l'altra. L'area di contatto tra la pista del fermo e la palla è molto piccola. Pertanto, i cuscinetti a sfere tendono ad avere capacità di carico inferiori rispetto ad altri tipi di cuscinetti. Tuttavia, questi controllori potrebbero tollerare un certo disallineamento tra gli anelli esterno ed interno. Tuttavia, uno degli svantaggi dei cuscinetti a sfere con gola profonda è che le sfere si “appiattiscono” nel tempo e potrebbero eventualmente rompersi se l'anello esterno si usura. Pertanto parametri come il coefficiente di carico dei cuscinetti a sfere devono essere controllati regolarmente.
Cos'è un cuscinetto a rullini?
Cuscinetti a rullini sono un tipo speciale di cuscinetti a rulli che utilizzano rulli cilindrici sottili che assomigliano a rullini. La differenza principale tra i cuscinetti a rullini e altri tipi di cuscinetti a rulli è il rapporto diametro/lunghezza dei rulli. Il rapporto diametro/lunghezza è compreso tra 0.1 e 0.4. Uno dei principali vantaggi dei cuscinetti a rullini è la maggiore superficie di contatto con la superficie esterna del cuscinetto, che si traduce in una maggiore capacità di carico rispetto ai cuscinetti a sfere. Ciò li rende ideali per applicazioni con carichi elevati e spazio limitato. La struttura tipica di un cuscinetto a rullini è costituita da una gabbia a rullini che orienta e ospita i rullini, i rullini stessi e l'anello esterno.
La gabbia a rullini è solitamente realizzata in un materiale come acciaio stampato o plastica e aiuta a mantenere il rullino in posizione, mentre l'anello esterno è solitamente realizzato in un materiale complesso come acciaio o ottone. I cuscinetti a rullini sono disponibili in molti design diversi, inclusi carichi radiali, assiali e combinati. I cuscinetti radiali a rullini sono progettati per supportare carichi radiali, mentre i cuscinetti reggispinta a rullini sono progettati per supportare carichi assiali. I cuscinetti combinati radiali e assiali a rullini sono progettati per supportare carichi radiali e assiali. In termini di manutenzione, i cuscinetti a rullini hanno requisiti di manutenzione relativamente bassi. Di solito lo sono lubrificato con grasso o olioe il lubrificante deve essere controllato e rabboccato secondo necessità. Inoltre, dovrebbero essere mantenuti puliti e privi di ingombri per garantire il corretto funzionamento. Nel complesso, i cuscinetti a rullini sono cuscinetti a rulli versatili e durevoli, ideali per una varietà di applicazioni. Sono caratterizzati da un'elevata capacità di carico e da requisiti di spazio minimi e sono disponibili in una varietà di design per soddisfare le diverse esigenze applicative.
Rispetto ai normali cuscinetti volventi, i cuscinetti a rullini hanno un'altezza e uno spazio della sezione trasversale inferiori, una maggiore capacità di carico e una rigidità notevolmente migliorata. I cuscinetti a rullini sono in grado di sopportare un carico da 2 a 8 volte superiore rispetto ai cuscinetti a sfere o equivalenti ai cuscinetti a rulli cilindrici con lo stesso diametro dell'albero. Allo stesso tempo, i cuscinetti a rullini sono adatti al movimento oscillatorio a causa della piccola forza d'inerzia causata dalla rotazione. Adatto per macchine leggere e di piccole dimensioni e può essere utilizzato anche per sostituire i cuscinetti scorrevoli. Il gruppo rullini e gabbia è il tipo principale di cuscinetto a rullini, che comprende un rullino e una gabbia meccanica che lo supporta. Nel design miniaturizzato che richiede spazio, viene spesso utilizzato nei compressori alternativi e nei cuscinetti di biella di piccoli motori. In particolare, il design della gabbia può essere utilizzato in ambienti con grandi variazioni di velocità, accelerazione e decelerazione, temperature elevate e condizioni di scarsa lubrificazione.
Vantaggi dei cuscinetti a sfera
I vantaggi dei cuscinetti a sfera sono la stabilità relativa, la piccola coppia di avviamento e di funzionamento, la bassa perdita di potenza e l'elevata efficienza. Tuttavia, il loro svantaggio è la minore capacità di carico rispetto alle loro dimensioni. Le applicazioni includono motori di piccola potenza, trasmissioni automobilistiche e di trattori, trasmissioni di macchine utensili, macchinari e strumenti generali.
Forte capacità di carico
Un cuscinetto a sfere è un cuscinetto in grado di sopportare carichi assiali e radiali. Supporta il carico facendo rotolare sfere sferiche tra gli anelli interno ed esterno. Rispetto ad altri cuscinetti, i cuscinetti a sfere hanno una capacità di carico maggiore e possono sopportare carichi maggiori, rendendo stabile il movimento meccanico.
Funzionamento flessibile
Poiché i cuscinetti a sfere sono supportati da sfere rotanti, la loro flessibilità operativa è maggiore. Nel movimento meccanico, può sopportare un certo angolo di deviazione, consentendo alle parti meccaniche di muoversi in direzioni diverse, migliorando così l'operabilità del movimento meccanico.
Facile da installare
La struttura dei cuscinetti a sfera è relativamente semplice e facile da installare. Posizionare semplicemente il cuscinetto a sfere nella sede del cuscinetto dell'attrezzatura e fissarlo con un dado di fissaggio o un fermo filettato. Rispetto ad altri metodi di installazione con strutture portanti complesse, l'installazione dei cuscinetti a sfere è più semplice e conveniente.
Durevole
Le superfici dell'anello interno ed esterno del cuscinetto a sfere sono realizzate in acciaio di alta qualità, quindi è molto resistente all'usura. Può comunque mantenere buone prestazioni durante il funzionamento a lungo termine nei movimenti meccanici e non è facile danneggiato, che aumenta la durata dei cuscinetti a sfera.
Salva spazio
I cuscinetti a sfera occupano meno spazio rispetto ad altri cuscinetti. Per cuscinetti con le stesse specifiche, il diametro esterno del cuscinetto a sfere è più piccolo, il che può far risparmiare spazio. Nella progettazione di apparecchiature meccaniche, i cuscinetti a sfere possono offrire possibilità per la struttura compatta dell'apparecchiatura.
Vantaggi dei cuscinetti a rullini
I cuscinetti a rullini presentano i vantaggi di una ridotta resistenza all'attrito, un basso consumo energetico e un'elevata efficienza meccanica. Hanno però lo svantaggio di essere relativamente costosi e di produrre rumore rispetto ad altri cuscinetti. Le applicazioni includono compressori, trasmissioni, pompe, convertitori di coppia e sistemi di sospensione. I cuscinetti a rullini sono durevoli, compatti e leggeri e sono spesso preferiti ai cuscinetti a sfere quando lo spazio è limitato.
Basso costo di manutenzione
La maggior parte dei cuscinetti ad aghi non richiede manutenzione giornaliera, settimanale o addirittura mensile. Tuttavia, devono essere mantenuti ben lubrificati. Ciò significa scegliere il giusto tipo di lubrificante e garantire che la giusta quantità di lubrificante copra gli elementi volventi del cuscinetto (rullini). Una corretta lubrificazione è fondamentale anche per tenere lontani sporco e detriti e proteggere i cuscinetti dalla corrosione. È anche importante sapere quando lubrificare e quanto lubrificante utilizzare. Le soluzioni migliori solitamente prevedono l'installazione di un sistema di lubrificazione automatico in modo che i cuscinetti ricevano la giusta quantità di lubrificante al momento giusto.
Eccellente capacità di carico assiale e radiale
I cuscinetti a rullini industriali possono anche sopportare carichi assiali e radiali elevati. Ciò è diverso dai cuscinetti a sfere, che vengono generalmente utilizzati in applicazioni che non richiedono elevati requisiti di carico assiale e radiale. I carichi assiali, a volte chiamati carichi di spinta, sono forze applicate parallelamente all'asse, mentre i carichi radiali vengono applicati perpendicolarmente all'asse. I cuscinetti a rullini sopportano carichi elevati sulla superficie di montaggio (direzione assiale) e in direzione radiale e quindi hanno eccellenti capacità di carico assiale e radiale.
Ottima rigidità
La rigidità si riferisce alla capacità di un materiale di mantenere la sua forma senza deformarsi, piegarsi o rompersi quando vengono applicate elevate forze esterne. I cuscinetti a rullini industriali hanno un'eccellente rigidità e anche una piccola deformazione elastica sul cuscinetto a rullini di solito non ne influenza il funzionamento. L'uso di cuscinetti rigidi in applicazioni con accoppiamento stretto con carichi assiali e radiali elevati aiuta a proteggere le superfici di accoppiamento e le parti adiacenti dall'attrito e dall'usura eccessiva. La rigidità varierà a seconda delle dimensioni del cuscinetto e del tipo di cuscinetto ad aghi utilizzato. Dovrebbero essere sempre considerati fattori quali lo spazio fisico che il cuscinetto deve occupare e i carichi assiali e radiali che il cuscinetto deve sopportare. Aumentando il numero di rullini utilizzati si aumenterà la rigidità.
Ideale per applicazioni ad alta velocità
I cuscinetti a sfere generano meno forza centrifuga nelle applicazioni ad alta velocità. Ciò aumenta l'attrito, causando il surriscaldamento e infine la rottura del cuscinetto a sfere. Al contrario, i cuscinetti a rullini producono forze centrifughe più elevate a velocità di rotazione elevate perché gli aghi sono più lunghi e più pesanti delle sfere dei cuscinetti a sfera. I cuscinetti a rullini producono inoltre un'elevata rotazione e non si surriscaldano alle alte velocità, rendendoli ideali per applicazioni ad alta temperatura.
Basso coefficiente di attrito
L'attrito si verifica quando un determinato materiale o superficie incontra resistenza durante lo scorrimento, lo spostamento o lo sfregamento contro un altro materiale o superficie. Il coefficiente di attrito è il rapporto tra l'attrito tra due materiali e la forza normale che li tiene insieme. Un basso coefficiente di attrito significa bassa resistenza tra due superfici. I cuscinetti a rullini hanno un basso coefficiente di attrito durante il funzionamento. Ciò significa che l'attrito è molto basso, quindi i cuscinetti non si surriscaldano. Ciò significa anche che i cuscinetti non richiedono molta lubrificazione per controllare l'attrito tra le superfici accoppiate.
Eccellenti proprietà meccaniche
Infine, le proprietà meccaniche variano a seconda del materiale di cui è composto il cuscinetto. Tuttavia, nella maggior parte dei casi, i produttori di cuscinetti trattano termicamente i cuscinetti a rullini per migliorarne le proprietà meccaniche. Il trattamento termico può migliorare la resistenza, la durata, la durezza, la duttilità, l'elasticità e la resistenza all'usura dei cuscinetti. Poiché il cuscinetto sarà in contatto con altri metalli, aumentandone la durezza, la resistenza alla trazione, la duttilità e la resistenza all'usura attraverso il trattamento termico si può contribuire a prolungare la durata del cuscinetto proteggendo al tempo stesso le superfici di accoppiamento. Ciò rende i cuscinetti più resistenti e durevoli, durano più a lungo e richiedono meno sostituzioni.
Svantaggi dei cuscinetti a sfera
Lo svantaggio principale dei cuscinetti a sfera è che tendono a usurarsi nel tempo. Gli elementi volventi di un cuscinetto a sfere prima o poi si usurano e, quando le parti iniziano a usurarsi, il cuscinetto può produrre rumore. Inoltre, se un cuscinetto a sfere è esposto a calore o freddo estremi, può diventare fragile, causando crepe e rotture, causandone il cedimento. I cuscinetti a sfera sono anche suscettibili alla contaminazione, che può causare l'ostruzione dei cuscinetti e l'impossibilità di ruotare agevolmente. Se i cuscinetti non vengono lubrificati regolarmente, faranno rumore e inizieranno a vibrare, causando guasti prematuri ai cuscinetti. Infine, la sostituzione e la manutenzione dei cuscinetti a sfera può essere costosa. Possono essere difficili da installare e richiedono strumenti e competenze speciali, il che può aumentare il costo della loro sostituzione. Inoltre, richiedono una manutenzione regolare, come lubrificazione e pulizia, che aumenta il costo totale di proprietà.
Svantaggi dei cuscinetti a rullini
I cuscinetti a rullini possono essere molto costosi. Se la lubrificazione non viene mantenuta correttamente, può essere facilmente danneggiata. Se un cuscinetto ad aghi viene utilizzato in un'applicazione senza un supporto adeguato, potrebbe usurarsi prematuramente. Inoltre, i cuscinetti a rullini sono soggetti a carichi d'urto e possono essere facilmente danneggiati se sottoposti a forza eccessiva. I cuscinetti a rullini richiedono un allineamento preciso per funzionare correttamente, ma in alcune applicazioni ciò può essere difficile da ottenere.
Applicazioni con cuscinetti a sfere
I cuscinetti a sfere riducono l'attrito rotazionale e supportano carichi radiali e assiali in diverse applicazioni. I cuscinetti a sfera si trovano comunemente in robot, motori elettrici, pompe, ventilatori, compressori e altri macchinari rotanti per supportare alberi rotanti e ridurre l'attrito tra l'albero e i suoi componenti. Sono utilizzati anche nei sistemi di trasporto e nei componenti automobilistici. Inoltre, i cuscinetti a sfera vengono utilizzati negli skateboard, nei pattini in linea e in altri prodotti ricreativi. I cuscinetti a sfera si trovano anche in molti prodotti di consumo, come elettrodomestici, giocattoli e utensili. I cuscinetti a sfera vengono utilizzati anche in apparecchiature mediche e dentistiche ad alte prestazioni, come trapani odontoiatrici e apparecchiature per l'imaging medico. I cuscinetti a sfere vengono utilizzati anche in molte macchine industriali, come macchine utensili, pompe, compressori e sistemi di trasporto.
Applicazioni dei cuscinetti a rullini
I cuscinetti a rullini sono comunemente utilizzati nelle applicazioni automobilistiche, aerospaziali e industriali. Questi cuscinetti sono progettati per fornire supporto ad alberi rotanti e oscillanti e vengono utilizzati in una varietà di applicazioni. Nelle applicazioni automobilistiche, i cuscinetti a rullini vengono utilizzati in trasmissioni, frizioni, differenziali, sistemi di servosterzo e altri componenti della trasmissione. Nei cambi, i cuscinetti ad aghi vengono utilizzati per ridurre l'attrito e l'usura dei componenti e ridurre la potenza richiesta per azionare il cambio. Nelle frizioni, i cuscinetti a rullini vengono utilizzati per ridurre l'usura e l'attrito sui dischi della frizione, facendoli durare più a lungo e garantendo un funzionamento più fluido. Nelle applicazioni aerospaziali, i cuscinetti a rullini vengono utilizzati nei motori degli aerei, nei carrelli di atterraggio e nelle superfici di controllo. Nei motori, i cuscinetti a rullini vengono utilizzati per ridurre l'attrito e l'usura sugli alberi motore e su altre parti rotanti, contribuendo a migliorare l'efficienza e le prestazioni del motore. Nel carrello di atterraggio, i cuscinetti ad aghi vengono utilizzati per ridurre l'attrito e l'usura sui componenti delle sospensioni e garantire una guida più fluida. Sulle superfici di controllo, i cuscinetti ad aghi vengono utilizzati per ridurre l'attrito e l'usura degli attuatori, consentendo un migliore controllo dell'aereo.
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