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Proprietà e campi di applicazione dei cuscinetti volventi e radenti

I cuscinetti volventi o a strisciamento vengono utilizzati ovunque sia necessario sostenere alberi e assi (asse di veicoli, albero di trasmissione, ecc.), che poi eseguono un movimento rotatorio. Viene fatta una distinzione tra una forza che colpisce radialmente (quando la ruota gira su una linea retta) e una forza che colpisce assialmente (quando la ruota gira in curva).

Sommario

1. cuscinetto a rulli
2. Utilizzo di cuscinetti volventi
3. Disegni dei cuscinetti volventi
4. Tipi di disposizione dei cuscinetti volventi
5. Tipi di impermeabilizzazione
6. Materiali utilizzati per la fabbricazione dei cuscinetti
7. Durata dei cuscinetti volventi
8. Unità di stoccaggio
9. cuscinetti

In linea di principio, ogni cuscinetto volvente è costituito da quattro parti: un anello esterno, un anello interno, l'elemento volvente e la gabbia. Gli elementi volventi rotolano sulla pista che si forma tra i due anelli. Gli elementi volventi possono avere diverse geometrie: sfera, rullo cilindrico, rullino, rullo conico e rullo a botte. I corpi del cuscinetto differiscono per la loro superficie di contatto e quindi anche per l'attrito che generano. Il compito della gabbia è quello di guidare gli elementi volventi, mantenerli ad una distanza uniforme l'uno dall'altro ed evitare che entrino in contatto tra loro aumentando così l'attrito. Nei cuscinetti a rullini e nei cuscinetti orientabili a rulli senza montatura la gabbia ha un altro compito: garantire che l'asse del corpo volvente mantenga la posizione corretta. I cuscinetti smontabili hanno il vantaggio che la gabbia tiene insieme gli elementi volventi, rendendo l'installazione molto più semplice rispetto ai cuscinetti volventi a pieno riempimento, a pieno riempimento e ad aghi, che vengono utilizzati solo in applicazioni speciali.

Le gabbie sono generalmente realizzate in acciaio come standard. Per applicazioni speciali sono disponibili anche gabbie in ottone, acciaio, tessuto duro e altri materiali. La forma moderna della gabbia è realizzata in materiali termoplastici, in particolare quelli realizzati in poliammide rinforzata con fibra di vetro.

Per la realizzazione dei due anelli e degli elementi volventi viene utilizzato prevalentemente acciaio cromato temprato. Nella produzione talvolta viene utilizzato acciaio cementato. Quando si tratta di carichi, velocità, temperature particolarmente elevati o un'ottima resistenza alla corrosione, vengono utilizzati acciai resistenti alle temperature e/o inossidabili, plastica, ceramica e altri materiali.

Per sigillare i cuscinetti volventi dall'esterno si utilizzano solitamente guarnizioni a fessura e a labbro. I cuscinetti possono essere aperti o sigillati su uno o entrambi i lati.

I numerosi tipi di cuscinetti volventi indicano già che solo alcuni cuscinetti sono adatti a determinati supporti a causa delle loro proprietà specifiche. È estremamente difficile stabilire una regola generale su quale cuscinetto debba essere utilizzato per quale scopo, poiché questa decisione deve tenere conto di diversi fattori, che dovrebbero poi essere valutati l’uno rispetto all’altro. Oltre al carico e alla velocità richiesta, giocano un ruolo cruciale anche fattori quali temperatura, lubrificazione, vibrazioni, installazione e manutenzione, ecc. Anche la costruzione circostante è un fattore limitante. Interessa almeno una delle dimensioni principali del cuscinetto, nella maggior parte dei casi il diametro del foro.

I cuscinetti volventi progettati principalmente per assorbire le forze radiali sono chiamati cuscinetti radiali. Esistono anche cuscinetti che, nella maggior parte dei casi, sopportano sia carichi assiali che radiali. Si tratta ad esempio di cuscinetti orientabili a rulli, cuscinetti a sfere a contatto obliquo, cuscinetti a rulli conici o cuscinetti a sfere con gola profonda. Esistono anche cuscinetti che possono essere caricati solo radialmente: cuscinetti a rulli cilindrici N, NU, la maggior parte dei cuscinetti ad aghi, manicotti ad aghi e piste ad aghi.

Se vengono assorbite prevalentemente forze assiali, si applica il termine cuscinetto assiale. I carichi assiali e radiali combinati vengono assorbiti dai cuscinetti assiali orientabili a rulli e dai cuscinetti assiali a sfere a contatto obliquo a semplice effetto. Tutti gli altri cuscinetti reggispinta sono progettati esclusivamente per sopportare carichi assiali.

Se lo spazio di installazione in direzione radiale è molto limitato, vengono utilizzati cuscinetti con sezione trasversale ridotta, ad es. piste ad aghi, cuscinetti ad aghi senza o con anello interno, cuscinetti radiali a sfere e cuscinetti orientabili a rulli di alcune serie. Se lo spazio di installazione è limitato in direzione assiale, per carichi radiali e combinati vengono spesso utilizzati cuscinetti a sfere a gola profonda o a contatto obliquo a corona singola o cuscinetti a rulli cilindrici. Se in questo caso il carico deve agire esclusivamente in senso assiale, in queste condizioni entrano in gioco solo i cuscinetti assiali a rullini, le corone ad aghi assiali o i cuscinetti assiali a sfere con gola profonda di determinate serie.

Un altro criterio distintivo per i cuscinetti volventi è il modo in cui i cuscinetti guidano un albero. Il cuscinetto consente lo spostamento assiale o è un cuscinetto che guida un albero solo in una direzione o in entrambe le direzioni assiali? Alcuni cuscinetti sono anche mobili angolarmente e consentono quindi l'inclinazione della struttura adiacente.

Per determinare la dimensione necessaria di un magazzino, sono determinanti soprattutto l'altezza utile e il tipo di carico, dinamico o statico. Altri fattori importanti sono la capacità di carico del cuscinetto nonché i requisiti di durata e sicurezza operativa del cuscinetto. Nei cuscinetti rotanti si verificano sollecitazioni dinamiche, mentre i cuscinetti sono soggetti a sollecitazioni statiche solo durante movimenti relativi molto lenti tra gli anelli del cuscinetto, durante i movimenti di rotazione e durante i carichi stazionari. I carichi che possono agire sui cuscinetti a rulli sono maggiori di quelli sui cuscinetti a sfere a parità di dimensioni. I cuscinetti a sfera, invece, offrono l'attrito più basso. Sono utilizzati principalmente per carichi piccoli e medi, mentre i cuscinetti a rulli sono spesso utilizzati per carichi più elevati e diametri dell'albero maggiori.

1. Cuscinetto a sfere a gola profonda DIN 625

• può essere caricato in direzione assiale e radiale
• può raggiungere le velocità più elevate tra tutti i tipi di cuscinetti
• Rispetto ai cuscinetti ugualmente resilienti, è il cuscinetto più conveniente

2. Cuscinetto a sfere a contatto obliquo ad una corona DIN 628

• adatto per grandi forze assiali unilaterali
• Installazione solo in coppia (disposizione tandem O o X)

3. cuscinetto a sfere a contatto obliquo a doppia corona DIN 628

• particolarmente adatto per carichi radiali ed assiali bilaterali
• La struttura corrisponde a due cuscinetti a sfere a contatto obliquo disposti su un'unica fila con disposizione a O

4. Cuscinetti assiali a sfere a gola profonda DIN 711

• può assorbire solo forze assiali
• I cuscinetti a doppio effetto trasmettono le forze in entrambe le direzioni

5. Cuscinetti a rulli cilindrici DIN 5412

• elevata resilienza radiale (contatto lineare di rulli e piste)
• possono essere soggetti solo a carichi assiali molto bassi
• Può essere utilizzato con grandi onde

6. Cuscinetti assiali a rulli cilindrici DIN 722

• assorbono solo le forze assiali
• può essere installato insieme ai cuscinetti radiali

7. Cuscinetti a rulli conici DIN 720

• Altamente resiliente sia radialmente che assialmente
• solitamente installati in coppia e in immagine speculare (disposizione a O o X)

8. Cuscinetti orientabili a sfere DIN 630

• Può essere caricato radialmente e assialmente
• insensibile allo spostamento angolare dell'albero (errori di lavorazione o flessione).
• possono compensare i disallineamenti

9. Cuscinetti a botte e orientabili a rulli DIN 635

• Per assorbire le forze radiali più elevate
• I cuscinetti orientabili a rulli assorbono anche elevate forze assiali
• possono compensare i disallineamenti

10. Cuscinetti assiali orientabili a rulli DIN 728

• possono compensare i disallineamenti

11. Cuscinetto a rullini DIN 617

• può essere caricato solo radialmente
• particolarmente adatto per spazi di installazione ridotti
• insensibile ai carichi simili agli urti
• da utilizzare principalmente a basse velocità e movimenti pendolari

Cuscinetti fissi e flottanti (FLL)

Il cuscinetto fisso e flottante è la versione più comunemente utilizzata dei cuscinetti volventi. Entrambi i tipi di cuscinetti possono assorbire le forze radiali. Il cuscinetto fisso è inoltre protetto contro lo spostamento assiale, il che significa che può assorbire le forze assiali che agiscono sull'albero o sull'asse. Il vantaggio di un cuscinetto flottante, tuttavia, è che l'albero ha la possibilità di espandersi quando riscaldato, il che a sua volta impedisce il verificarsi di tensioni.

Cuscinetto di supporto flottante (SLS)

Il cuscinetto flottante limita il gioco di installazione a pochi decimi di mm in entrambe le direzioni. Ciò consente all'albero di spostarsi in entrambe le direzioni quando sottoposto a forze assiali. Il più grande vantaggio di questo tipo di cuscinetto è il basso costo derivante dalla facile installazione. Il fissaggio assialmente poco chiaro dell'albero può essere considerato uno svantaggio, per questo motivo i cuscinetti SLS sono adatti solo per l'uso su alberi corti.

Cuscinetto di supporto innestato (SLA)

Grazie a questa forma del cuscinetto, entrambi i cuscinetti volventi possono assorbire le forze assiali. Ciò significa che i cuscinetti sono installati con disposizione a O o a X. Ciò impedisce lo spostamento assiale durante il riscaldamento o il raffreddamento

La maggior parte dei cuscinetti volventi possono essere ordinati anche sigillati, dopodiché la tenuta avviene secondo il principio della tenuta meccanica. Sono possibili diverse denominazioni di guarnizioni specifiche del produttore:

• Z = copertura in lamiera unilaterale con guarnizione di tenuta
• ZZ/2Z = come sopra, su entrambi i lati
• RS = guarnizione in gomma sfregante su un lato
• LB = come sopra
• 2RS = come sopra, su entrambi i lati
• LLU = come sopra, guarnizione in gomma senza contatto, su entrambi i lati
• EE = come sopra, toccante su entrambi i lati, macinante
• RZ = guarnizione in gomma unilaterale, senza contatto
• LB = come sopra
• 2RZ = come sopra, su entrambi i lati
• LLB = come sopra

Il materiale più comunemente utilizzato per la fabbricazione dei cuscinetti volventi è l'acciaio al cromo, che è molto duro ma arrugginisce facilmente e nell'acciaio tipo 100Cr6 (materiale n. 1.3505), viene utilizzato un acciaio con un contenuto di circa 1% di carbonio e 1,5% di cromo. . Tuttavia vengono utilizzati anche altri acciai come 100CrMnSi6-4 e 100CrMo7, dove gli elementi di lega manganese (Mn) e molibdeno (Mo) garantiscono una migliore temprabilità. Se il cuscinetto viene utilizzato in un ambiente corrosivo (ad es. nella costruzione navale o nelle turbine eoliche offshore), vengono utilizzati gli acciai altolegati X65Cr13 (materiale n. 1.4037) e X30CrMoN15-1 (materiale n. 1.4108), quest'ultimo può essere utilizzato anche nel corpo umano per alcuni giorni. Lo svantaggio degli acciai temprabili è che non sono mai completamente esenti da corrosione, ma possono essere considerati resistenti alla corrosione solo per un certo periodo di tempo. Questi cuscinetti volventi vengono utilizzati nelle seguenti versioni per condizioni operative speciali:

• In acciaio inossidabile (ad esempio cuscinetti a sfera S6204 o W6204) Nei cuscinetti ibridi (due materiali), gli anelli del cuscinetto sono in acciaio, mentre gli elementi volventi sono in ceramica (nitruro di silicio o biossido di zirconio). Utilizzato, ad esempio, nei cuscinetti dei mandrini delle macchine utensili
• I cuscinetti ceramici sono cuscinetti in cui sia gli anelli del cuscinetto che i cuscinetti volventi sono realizzati in nitruro di silicio, ossido di zirconio o carburo di silicio
• I cuscinetti in plastica con corpi volventi in vetro o ceramica possono essere utilizzati anche in ambienti con acidi o alcali aggressivi, ad esempio nell'industria chimica e alimentare
• Cuscinetto con gabbia in plastica (ad esempio cuscinetto a sfere 6205 TN9.C3) per un funzionamento silenzioso
• Per impedire il passaggio indesiderato di corrente attraverso il cuscinetto e quindi lo sviluppo di danni causati dall'erosione elettrica, sono disponibili cuscinetti con un rivestimento isolante dalla corrente sull'anello esterno o interno. Vengono utilizzati, ad esempio, nei convertitori di frequenza per controllare la velocità dei motori trifase.

Molti fattori influiscono notevolmente sulla durata di un cuscinetto volvente. Alcune variabili d'influenza, come il carico portante o la qualità della superficie dei componenti, possono essere misurate direttamente o calcolate. Esistono però anche altri fattori d'influenza, come la contaminazione o l'esatto stato di lubrificazione, che non possono essere determinati numericamente. Molti produttori offrono strumenti di calcolo facili da usare.

La gamma di durate di esercizio dei cuscinetti è enorme: va da poche centinaia di ore, ad esempio per elettrodomestici o dispositivi medico-tecnici, fino a circa 100.000 ore per cuscinetti su navi d'alto mare, pompe e soffianti da miniera e macchine per la carta. Ciò significa che i maratoneti sotto i cuscinetti possono sopravvivere fino a tre miliardi di rivoluzioni o più.

Se alla fine la durata teoricamente possibile possa essere effettivamente raggiunta dipende anche da molti fattori influenti. Oltre ai carichi elevati sui cuscinetti, si dovrebbero evitare anche condizioni operative sporche, temperature operative elevate o la penetrazione di acqua nel cuscinetto. Anche variazioni di carico sotto forma di shock, come quelle osservate ad es. B. Ciò che può verificarsi nei cuscinetti delle ruote delle automobili dovrebbe essere evitato a tutti i costi, poiché le forze coinvolte possono portare a un sovraccarico a breve termine del cuscinetto, che ha un impatto negativo sulla qualità del cuscinetto e sulla durata prevista del cuscinetto . I produttori lubrificano i cuscinetti volventi una sola volta, operazione che dovrebbe durare per tutta la loro vita utile.

Per un tipo particolarmente semplice di cuscinetti per alberi, le unità cuscinetto vengono utilizzate principalmente nella costruzione di macchine speciali e in macchine agricole. Rappresentano una combinazione di un cuscinetto radiale a sfere con gola profonda con un anello esterno bombato (sferico) e un alloggiamento del cuscinetto. Per compensare il disallineamento, l'alloggiamento del cuscinetto può essere regolato di alcuni gradi. A seconda della destinazione d'uso, i supporti dei cuscinetti sono realizzati in ghisa grigia, metallo leggero pressofuso, plastica o lamiera d'acciaio. Ciò significa che possono essere facilmente fissati al supporto della macchina.

Le forme abitative più comunemente utilizzate includono:

• UCP e UCPE = cuscinetti del supporto
• UCF e UCFE = cuscinetti a flangia quadrata , quattro fori di montaggio,
• UCFL e UCFLE = cuscinetto flangiato , due fori di montaggio (FD),
• UCT = cuscinetto di tensione.

Come i cuscinetti volventi, anche i cuscinetti a strisciamento sono destinati a sostenere o guidare due parti che si muovono l'una rispetto all'altra, per cui le forze che si verificano devono essere assorbite e trasmesse. La differenza principale tra i due tipi di storage è il tipo di elementi di storage. Nei cuscinetti a scorrimento le parti che si muovono l'una contro l'altra giacciono direttamente l'una contro l'altra oppure sono separate l'una dall'altra solo da una pellicola lubrificante. Nel cuscinetto volvente, invece, tra le due parti mobili si trovano i cosiddetti elementi volventi, solitamente sfere o rulli incapsulati in una gabbia. Con un cuscinetto a strisciamento, l'albero scorre nella boccola del cuscinetto. Per ridurre al minimo le grandi forze di attrito, tra l'albero e la boccola del cuscinetto viene inserita una pellicola lubrificante. Per la lubrificazione viene utilizzata la grafite, con il cuscinetto immerso in un bagno d'olio riscaldato. La seconda opzione di lubrificazione prevede scanalature fresate nel cuscinetto a scorrimento, in cui si raccoglie l'olio e da dove il lubrificante lubrifica l'albero.

I cuscinetti radenti possono essere progettati come cuscinetti radiali, cuscinetti assiali, nastri, semigusci e in molte altre forme. I vantaggi di questo tipo di cuscinetto sono il funzionamento silenzioso, la capacità di assorbire carichi elevati con movimenti rotatori e oscillanti relativamente lenti e a temperature molto alte e molto basse. Possono essere utilizzati anche quando è possibile utilizzare solo uno spazio di installazione limitato. Tutte le diverse proprietà specifiche fanno sì che l'uso dei cuscinetti a strisciamento sia ora utilizzato attivamente in quasi tutti i settori industriali.