Guida alla selezione e alla manutenzione dei cuscinetti per le massime prestazioni

I cuscinetti, i componenti indispensabili nell'ingegneria meccanica, fungono da pietra angolare per supportare gli elementi rotanti o alternativi della macchina riducendo al minimo l'attrito durante il funzionamento. Queste parti critiche sono onnipresenti nei macchinari, dai motori in miniatura alle apparecchiature industriali pesanti. Le prestazioni dei cuscinetti influiscono direttamente sull'efficienza operativa, sulla precisione, sulla durata e sull'affidabilità complessiva dei sistemi meccanici. Una conoscenza approfondita dei tipi di cuscinetti, delle strutture, dei criteri di selezione e dei metodi di manutenzione è quindi essenziale per gli ingegneri meccanici e i professionisti tecnici.

I cuscinetti sono componenti meccanici che svolgono quattro funzioni principali:

1. Supporta parti rotanti o alternative:Attraverso elementi volventi interni o superfici scorrevoli, i cuscinetti consentono un movimento fluido di alberi, mozzi o altri componenti mobili.
2. Ridurre l'attrito:Il loro design specializzato riduce al minimo l'attrito tra le parti in movimento, migliorando l'efficienza meccanica e riducendo al contempo la perdita di energia e l'usura.
3. Trasmissione del carico:I cuscinetti trasferiscono i carichi dalle parti in movimento alle strutture di supporto, gestendo carichi radiali, assiali o combinati.
4. Posizionamento di precisione:Mantengono il posizionamento accurato dei componenti in movimento all'interno di percorsi e orientamenti designati.

I cuscinetti sono classificati in base ai principi operativi e alle caratteristiche strutturali:

• Cuscinetti volventi:Utilizzare elementi volventi (sfere, rulli o rulli conici) tra gli anelli interni ed esterni per supportare carichi con attrito ridotto. Ideale per applicazioni ad alta velocità e alta precisione che richiedono una lunga durata.
• Cuscinetti lisci:Impiegare pellicole lubrificanti tra le superfici scorrevoli, adatte per applicazioni a bassa velocità e carichi pesanti con carichi d'urto.

• Cuscinetti a sfere:Presentano elementi volventi sferici per prestazioni a basso attrito in applicazioni ad alta velocità e con carico leggero. Le varianti comuni includono cuscinetti a gola profonda, a contatto angolare, autoallineanti e reggispinta a sfere.
• Cuscinetti a rulli:Incorporano rulli cilindrici, conici, sferici o ad aghi per una capacità di carico superiore in applicazioni pesanti.

• Cuscinetti radiali:Sopporta principalmente carichi perpendicolari.
• Cuscinetti assiali:Gestire carichi paralleli.
• Cuscinetti combinati:Supporta sia carichi radiali che assiali.

• Cuscinetti rigidi:Richiedono un'installazione precisa senza tolleranza di disallineamento.
• Cuscinetti autoallineanti:Compensare la deflessione dell'albero o gli errori di montaggio.

Il tipo di cuscinetto volvente più diffuso presenta una struttura semplice con anelli interni/esterni, sfere in acciaio e gabbia. Con un basso attrito e capacità di alta velocità, gestiscono principalmente carichi radiali mentre sopportano alcuni carichi assiali. Le applicazioni includono motori, riduttori, pompe e ventilatori.

Progettati con piste angolate per gestire contemporaneamente carichi radiali e assiali, questi cuscinetti offrono elevata capacità di carico e rigidità per mandrini di macchine utensili, strumenti di precisione e motori ad alta velocità.

Dotati di piste sferiche dell'anello esterno, compensano il disallineamento dell'albero nelle macchine tessili, nelle attrezzature agricole e nelle macchine per la lavorazione del legno, sebbene con una capacità di carico relativamente inferiore.

Progettati esclusivamente per carichi assiali utilizzando anelli e sfere a forma di rondella, sono essenziali in gru, perforatrici e torni.

Con elementi volventi cilindrici, questi eccellono nelle applicazioni con carichi radiali pesanti per laminatoi, riduttori e macchinari pesanti.

La geometria conica consente la movimentazione combinata del carico radiale/assiale, in particolare nei mozzi delle ruote automobilistiche, nei mandrini delle macchine utensili e nei laminatoi.

I rulli a forma di botte e le piste sferiche forniscono la compensazione del disallineamento per attrezzature minerarie, macchine per la carta e applicazioni industriali pesanti.

I rulli sottili riducono al minimo i requisiti di spazio radiale nelle trasmissioni automobilistiche, nei motori motociclistici e nelle macchine tessili.

La scelta del cuscinetto richiede una valutazione completa di:

1. Caratteristiche del carico (tipo, entità, direzione)
2. Velocità operativa
3. Requisiti di precisione
4. Esigenze di rigidità
5. Aspettative di vita utile
6. Condizioni ambientali (temperatura, umidità, corrosione)
7. Vincoli di spazio di installazione
8. Considerazioni sul bilancio

L'identificazione del cuscinetto prevede la decodifica dei contrassegni che indicano tipo, dimensioni, classe di precisione e gioco:

I codici alfanumerici standardizzati (ISO, DIN, JIS) specificano le caratteristiche dei cuscinetti.

Espresso come diametro interno × diametro esterno × larghezza (ID × OD × W).

Classificato da P0 (normale) a P2 (ultraprecisione), che influisce sulla precisione dimensionale e sulle prestazioni di rotazione.

Il gioco standard (CN) o C3 (maggiore) influisce sulla distribuzione del carico e sulle caratteristiche operative.

Gli schermi (ZZ) o le guarnizioni striscianti (2RS) forniscono protezione dalla contaminazione.

1. Mantenere una pulizia scrupolosa
2. Applicare una lubrificazione adeguata
3. Utilizzare strumenti di installazione specializzati
4. Controllare le forze di montaggio
5. Garantire un perfetto allineamento

Una lubrificazione efficace riduce l'attrito, previene l'usura, dissipa il calore e inibisce la corrosione:

Ideale per applicazioni a bassa velocità e carichi pesanti con manutenzione semplificata.

Adatto per operazioni ad alta velocità e ad alta temperatura che richiedono dissipazione del calore.

I sistemi a nebbia d'olio e olio-aria forniscono una lubrificazione precisa per applicazioni di precisione ad alta velocità.

1. Monitoraggio regolare delle condizioni (rumore, vibrazioni, temperatura)
2. Rilubrificazione programmata
3. Sostituzione del lubrificante
4. Controllo della contaminazione
5. Sostituzione tempestiva delle unità danneggiate

Le modalità di guasto comuni includono:

Causato da lubrificazione inadeguata, contaminazione o sovraccarico.

Derivante da un carico ciclico eccessivo, velocità elevate o scarsa lubrificazione.

Si verifica in ambienti umidi o chimicamente aggressivi.

A causa di sovraccarico estremo, carichi d'urto o difetti del materiale.

1. Maggiore precisione per macchinari avanzati
2. Aumento delle velocità di rotazione
3. Durata di servizio estesa
4. Tecnologia dei sensori integrata per il monitoraggio delle condizioni
5. Materiali e processi ecosostenibili

• SKF (Svezia)
• FAG (Germania)
• NSK/NTN (Giappone)
• Timken (Stati Uniti)
• IKO (Giappone)

La selezione dovrebbe considerare i requisiti della domanda, i vincoli di budget e l'affidabilità del fornitore.