Cuscinetti a boccola
(2 514)Parte integrante di qualsiasi meccanismo e macchina rotante è il cuscinetto, che funge da supporto per il movimento rotazionale relativo dell'albero. Dalla sua efficienza dipende il corretto funzionamento della macchina, pertanto è importante che i cuscinetti siano realizzati con materiali sufficientemente durevoli, e che le superfici a contatto diretto generino la minor resistenza d'attrito possibile. La scelta di cuscinetti appropriati richiede la conoscenza della macchina stessa, ma anche di molti parametri dettagliati che saranno descritti in dettaglio più avanti.
Struttura del cuscinetto radente
Il cuscinetto è costituito da due anelli cilindrici: esterno ed interno (uno installato all'interno dell'altro). L'anello interno del cuscinetto è montato sull'albero della macchina e ruota all'interno dell'anello esterno. Questo invece è inserito in un alloggiamento, fissato ad una superficie immobile.
I cuscinetti radenti non dispongono di elementi mobili presenti tra gli anelli. Le superfici delle bronzine sono separate da un lubrificante addotto in modo permanente o periodicamente. Possiamo distinguere i seguenti tipi di cuscinetti radenti:
- cuscinetti a secco - non richiedono una lubrificazione continua (il grasso può essere addotto periodicamente o affatto).
- cuscinetti ad aria – sfruttano un cuscinetto d'aria creato nel circuito ad aria compressa, che separa la superficie dell'albero in movimento dalla superficie della bronzina.
- cuscinetti ad olio – un sottile film d'olio, creato nel corpo del cuscinetto, consente il sollevamento della parte rotante e la separazione dalla superficie cilindrica del cuscinetto. Nel caso dei cuscinetti ad olio, inoltre va notato che si distinguono due tipi di cuscinetti comunemente utilizzati:
- cuscinetti idrodinamici, ossia cuscinetti in cui il fenomeno idrodinamico causa la creazione autonoma di un film d'olio nella fessura;
- cuscinetti idrostatici, nei quali l'olio viene addotto in modo continuo sotto pressione.
Vantaggi della presenza di lubrificante nei cuscinetti radenti
La lubrificazione della superficie interna del cuscinetto presenta una serie di vantaggi. In primo luogo elimina le forze di attrito causate dal contato dell'elemento installato sul cuscinetto e la bronzina. In questo modo previene l'usura e consente il raggiungimento della velocità di rotazione desiderata.
Elevate velocità di rotazione di componenti di elevato peso a contatto con un'altra superficie, genererebbero temperature molto elevate, che porterebbero al cambiamento della struttura e alla deformazione del materiale. Anche in questo caso tramite l'impiego di un lubrificante possiamo assorbire il calore generato in corrispondenza del punto di contatto.
È impossibile ignorare il fatto che la lubrificazione influisca positivamente sulla vita utile del cuscinetto, estendendola significativamente.
I cuscinetti utilizzati in condizioni operative difficili spesso sono dotati di un sistema di lubrificazione centrale che aiuta l'adduzione e la distribuzione del lubrificante su tutta la superficie del cuscinetto.
Il cuscinetto tuttavia può funzionare senza lubrificazione
Tuttavia risulta che i cuscinetti radenti possono funzionare molto bene senza lubrificazione. Lo sviluppo della tecnologia dei materiali ha portato alla realizzazione di strutture relativamente precise e resistenti, con l'utilizzo di materiali artificiali come i polimeri. Inoltre i cuscinetti basati su questo tipo di materie plastiche per certi aspetti superano i parametri dei loro corrispondenti tradizionali in acciaio. I vantaggi più importanti includono:
- Assenza di manutenzione - grazie alla loro struttura non richiedono l'adduzione di lubrificante alla bronzina. Il coefficiente di attrito appositamente ridotto consente un contatto sicuro ed efficace tra l'albero e l'anello interno.
- Resistenza alla corrosione: le macchine e le apparecchiature responsabili dei processi tecnologici indissolubilmente legati all'acqua sono esposte a condizioni atmosferiche avverse o devono semplicemente essere lavate di volta in volta, richiedono l'utilizzo di componenti resistenti alla corrosione. La protezione o la copertura delle parti dei macchinari e l'utilizzo di materiali inossidabili non è sempre possibile ed implica costi non irrisori. In questo caso i polimeri risultano essere il materiale ideale. Delle materie plastiche appositamente scelte inoltre proteggeranno il cuscinetto dalla corrosione chimica.
- Peso - peso relativamente basso rispetto ai cuscinetti in acciaio.
- Resistenza ai contaminanti - possono essere utilizzati in ambiente con presenza di polveri.
Vantaggi dei cuscinetti radenti
La struttura del cuscinetto radente viene utilizzata soprattutto quando è richiesta la silenziosità del funzionamento,- tali cuscinetti generano vibrazioni meccaniche ad un livello molto basso, che consente il loro funzionamento silenzioso. I cuscinetti polimerici vengono ampiamente utilizzati nell'industria automobilistica o alimentare. Inoltre sono indispensabili nel caso delle macchine che richiedono un'elevata accuratezza e precisione di installazione, ad es. dispositivi di misurazione o apparecchiature di meccanica di precisione estremamente accurate, nonché in luoghi con spazio limitato. Grazie alla loro resistenza, consentono il trasferimento di carichi molto elevati. Vengono ampiamente utilizzati, a partire dagli elettrodomestici, fino ai motori elettrici presenti in macchinari pesanti e complessi dell'industria pesante (ad es. cuscinetti installati sull'albero del rotore di una turbina energetica). Un esempio comune di utilizzo di questo tipo di cuscinetti nel settore manifatturiero sono i rulli presenti nei trasportatori o nei carrelli elevatori. Anche le apparecchiature di automazione industriale attualmente prodotte sfruttano questo tipo di soluzioni. Anche i cuscinetti radenti svolgono un ruolo estremamente importante, ad es. come componenti di apparecchiature ospedaliere da cui spesso dipende la vita umana.
Boccole radenti
Una soluzione comune che consente sia il movimento rotazionale, che alternativo, sono le boccole radenti. I materiali innovativi utilizzati per la loro produzione sono caratterizzati da un'eccellente resistenza agli effetti aggressivi di agenti chimici e di basse e alte temperature. L'elevata resistenza all'usura consente un funzionamento efficiente della macchina. Il politettrafluoroetilene (PTFE), componente responsabile delle proprietà di scorrimento, riduce il coefficiente di attrito tra i componenti a contatto diretto, senza la necessità di predisporre una lubrificazione superficiale. Questa caratteristica è particolarmente desiderabile nel caso di macchine in cui l'adduzione del lubrificante è problematica o impossibile.
Un ulteriore vantaggio delle boccole radenti è il costo di produzione relativamente basso. In caso di carichi moderati, l'impiego di cuscinetti costosi e tradizionali può rivelarsi economicamente ingiustificato. Vale la pena utilizzare boccole radenti che in modo altrettanto efficace potranno supportare le parti della macchina. I cuscinetti che all'interno della loro struttura dispongono di boccole radenti vengono utilizzati in aree d'impiego quali:
- industria alimentare o farmaceutica, grazie al loro funzionamento pulito e senza lubrificazione;
- industria aerospaziale o automobilistica;
- industria agricola;
- ingegneria elettrica - per via dell'elevata precisione di esecuzione dell'elemento portante.
Per concludere, i cuscinetti radenti, grazie alle loro proprietà, in molte applicazioni non hanno pari. L'ulteriore sviluppo della tecnologia dei materiali sicuramente contribuirà a migliorare notevolmente le proprietà di resistenza ed amplierà la gamma di applicazioni in molte aree industriali o nel caso di oggetti destinati all'uso quotidiano. I dispositivi sempre più complessi con dimensioni piccole e compatte saranno un'altra ruota motrice per la creazione di strutture ancora più perfette.
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