Una definizione operativa
Un cuscinetto sostiene una parte in movimento e la vincola al moto desiderato. Nella maggior parte delle macchine si tratta di un albero rotante: il cuscinetto lo mantiene sul suo asse, sopporta le forze che agiscono su di esso e gli consente di ruotare con il minimo attrito e usura possibili. Senza cuscinetti l'albero strisciarebbe direttamente contro la propria sede, si surriscalderebbe, si consumerebbe e finirebbe per grippare.
Il termine comprende componenti molto diversi, dalla boccola di bronzo di una cerniera a un cuscinetto orientabile a rulli grande come una ruota d'auto in un frantoio. Gli ingegneri li dividono in due grandi famiglie. I cuscinetti volventi collocano sfere o rulli tra due anelli, così che le superfici rotolino invece di strisciare. I cuscinetti lisci, detti anche cuscinetti di strisciamento o bronzine, non hanno corpi volventi: l'albero scorre su una superficie a basso attrito come bronzo, uno strato polimerico o un velo d'olio. La maggior parte delle domande degli acquirenti riguarda i cuscinetti volventi, quindi qui ci concentriamo su di essi; i cuscinetti lisci hanno una pagina dedicata.
Le quattro parti di un cuscinetto volvente
Un tipico cuscinetto volvente ha quattro parti. Ognuna richiede un processo produttivo distinto e spesso un fornitore distinto: per questo i distretti cuscinettistici cinesi comprendono specialisti di sfere, gabbie e tenute, oltre ai produttori di cuscinetti completi.
| Parte | Funzione | Materiale abituale |
|---|---|---|
| Anello interno | Si monta sull'albero e nella maggior parte dei progetti ruota con esso | Acciaio al cromo ad alto tenore di carbonio, come GCr15 / 52100 |
| Anello esterno | Alloggia nella sede; porta la pista di rotolamento esterna | Stesso acciaio, temprato e rettificato |
| Corpi volventi | Sfere o rulli che trasmettono il carico tra gli anelli | Acciaio al cromo; ceramica nei cuscinetti ibridi |
| Gabbia | Mantiene i corpi volventi equidistanti | Acciaio stampato, ottone lavorato o nylon con fibra di vetro |
Molti cuscinetti aggiungono ai lati tenute o schermi per trattenere il grasso e tenere fuori lo sporco, oltre al grasso stesso. Un cuscinetto chiuso è spesso lubrificato a vita; un cuscinetto aperto dipende da olio o grasso forniti dalla macchina.
Perché il rotolamento batte lo strisciamento nella maggior parte degli alberi
Il contatto volvente richiede molta meno forza per mettersi in moto rispetto al contatto radente. Un cuscinetto volvente parte quindi con facilità, resta freddo alle alte velocità e mantiene un attrito quasi costante in un ampio campo di velocità. È anche prevedibile: la durata nominale si calcola da carico e velocità con il metodo della norma ISO 281, che permette ai progettisti di dimensionare un cuscinetto, ad esempio, per 20.000 ore di funzionamento. Il calcolo è trattato in durata del cuscinetto e L10.
I cuscinetti lisci restano preferibili in alcuni casi. Tollerano bene urti e contaminazione, occupano poco spazio radiale, sono silenziosi e possono costare meno nei perni semplici e lenti. Gli alberi motore, per esempio, girano su cuscinetti lisci a film d'olio perché un velo d'olio in pressione sopporta carichi molto elevati.
Carichi: radiale, assiale e combinato
La domanda più utile nella scelta di un cuscinetto è: in che direzione spinge il carico?
- Il carico radiale agisce ad angolo retto rispetto all'albero, come il peso di una puleggia o il tiro di una cinghia. I cuscinetti radiali rigidi a sfere e i cuscinetti a rulli cilindrici sono progettati per questo.
- Il carico assiale, detto anche spinta, agisce lungo l'albero, come la spinta di un'elica o di un ingranaggio elicoidale. I cuscinetti assiali a sfere e i cuscinetti assiali a rulli sopportano solo carico assiale.
- Il carico combinato è entrambi insieme. I cuscinetti obliqui a sfere e i cuscinetti a rulli conici sono progettati per questo, ed è per questo che li usano i mozzi ruota e gli alberi di uscita dei riduttori.
Le sfere toccano la pista in un punto, quindi i cuscinetti a sfere girano veloci con basso attrito ma sopportano meno carico. I rulli toccano lungo una linea, quindi i cuscinetti a rulli reggono carichi maggiori a velocità inferiori. Questo compromesso guida la maggior parte delle scelte ed è confrontato in cuscinetti a sfere e a rulli a confronto.
Le famiglie principali in sintesi
| Famiglia | Punto di forza | Impiego tipico |
|---|---|---|
| Radiale rigido a sfere | Versatile, silenzioso, veloce | Motori, ventilatori, pompe, elettrodomestici |
| Obliquo a sfere | Carico combinato, precisione | Pompe, mandrini di macchine utensili |
| A rulli cilindrici | Elevato carico radiale | Riduttori, grandi motori |
| A rulli conici | Carico combinato elevato | Mozzi ruota, assali, riduttori |
| Orientabile a rulli | Carichi elevati con disallineamento | Miniere, cartiere, vagli vibranti |
| A rullini | Sezione radiale ridotta | Pompe a ingranaggi, trasmissioni, bilancieri |
| Supporti con cuscinetto | Montaggio semplice su telai | Trasportatori, macchine agricole |
Il catalogo prodotti raggruppa le 31 linee trattate da questo servizio in cuscinetti a sfere, a rulli e speciali, componenti, e kit e accessori.
Tre equivoci frequenti
«Stessa sigla, stesso cuscinetto.» La sigla fissa la dimensione e il progetto di base, non la qualità. Pulizia dell'acciaio, trattamento termico, finitura delle piste e disegno della gabbia variano da uno stabilimento all'altro e determinano rumorosità e durata. Solo la prova su campione permette un confronto affidabile.
«Chiuso significa esente da manutenzione per sempre.» Un cuscinetto chiuso è lubrificato per la vita di servizio prevista in condizioni normali. Temperatura elevata, alta velocità o un ambiente umido e polveroso accorciano la vita del grasso e il cuscinetto si guasta presto anche se dall'esterno non si nota nulla.
«Un cuscinetto più stretto è un cuscinetto migliore.» Il gioco interno si sceglie in base all'accoppiamento e alla temperatura dell'applicazione. Un gioco troppo ridotto dopo il montaggio provoca calore e guasti precoci; per questo i cuscinetti dei motori si specificano spesso con C3 anziché con gioco normale.
Come si identifica un cuscinetto
I cuscinetti standard si identificano con una sigla come 6204-2RS C3. Le cifre indicano il tipo, la serie dimensionale e il foro; i suffissi riguardano tenute, gioco interno, gabbia, classe di tolleranza e grasso. Poiché le dimensioni di ingombro seguono la norma ISO 15, una sigla fissa foro, diametro esterno e larghezza. Due cuscinetti con la stessa sigla si adattano allo stesso albero e alla stessa sede, ma possono differire per qualità dell'acciaio, rumorosità e durata. La guida alle sigle spiega il sistema passo per passo.
Che cosa deve indicare l'acquirente nell'ordine
Una richiesta di offerta utile risponde alle domande che lo stabilimento porrebbe comunque:
- Sigla oppure, se ignota, foro, diametro esterno e larghezza.
- Tenuta o schermo, gioco interno e classe di tolleranza.
- Materiale della gabbia e tipo di grasso, se rilevanti per velocità, temperatura o rumorosità.
- Applicazione, carico, velocità e temperatura di esercizio in una o due frasi.
- Quantità per sigla, marcatura e imballaggio, e data di consegna richiesta.
Con queste informazioni il fornitore può proporre alternative coerenti e un MOQ di riferimento tipico, anziché un listino generico. Inviatele tramite il modulo di richiesta offerta.