I cuscinetti…Visti da vicino

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Quante volte abbiamo sentito parlare di Cuscinetti nei nostri mulinelli?


– Ma cosa sono realmente i cuscinetti?
– A cosa servono?
– Sono tutti uguali oppure ne esistono di diverse tipologie?

Per rispondere a queste e tante altre curiosità, serviva un articolo ed eccolo qua.


La prima grande divisione dei Cuscinetti e quella delle due grandi famiglie: 

CUSCINETTI VOLVENTI e CUSCINETTI RADENTI.

In questo articolo tratteremo i volventi e, nello specifico, quelli ad una corona di sfere.

I cuscinetti volventi supportano e guidano, con minimo attrito, elementi rotanti od oscillanti  ( alberi, assi o ruote )  e trasferiscono i carichi tra i vari componenti. Offrono un’alta precisione e basso attrito, consentono elevate velocità di rotazione, riducendo allo stesso tempo rumorosità, calore, consumo di energia e usura.

I volventi, a loro volta, si distinguono per i due tipi base degli elementi volventi:

  • sfere → cuscinetto a sfere
  • rulli → cuscinetto a rulli

Sfere e rulli si differenziano per il tipo di contatto con le piste. Le sfere hanno un contatto per punti con le piste dell’anello

cuscinetto a sfere

Con l’aumentare del carico sul cuscinetto, il punto si trasforma in un’area di forma ellittica. La piccola area consente un basso attrito di rotolamento, che permette ai cuscinetti a sfere di sopportare velocità elevate, ma ne limita la capacità di carico.

I rulli hanno un contatto lineare con le piste dell’anello.

cuscinetto a rulli

Con l’aumentare del carico, la linea si trasforma in un’area rettangolare. Essendo più ampia, e quindi con attrito maggiore, i cuscinetti a rulli possono sopportare carichi più pesanti, ma velocità più basse rispetto alle sfere.

I cuscinetti volventi, a loro volta, sono classificati in due gruppi in base alla direzione in cui agisce il carico che prevalentemente sopportano: 

  • Cuscinetti radiali 
  • Cuscinetti assiali 

I radiali sopportano carichi che agiscono in prevalenza in direzione verticale rispetto all’albero e, in alcuni casi, in entrambe le direzioni .

 

Gli assiali sopportano carichi che agiscono prevalentemente lungo l’asse dell’albero ma, in base alla loro configurazione, possono sopportare carichi in una o ambo le direzioni

TIPOLOGIA ASSIALE

mentre alcuni possono sopportare anche carichi radiali (carichi combinati) .

TIPOLOGIA RADIALE

L’angolo di contatto determina il gruppo di appartenenza del cuscinetto. I cuscinetti con angolo di contatto ≤ 45° sono radiali, mentre gli altri sono assiali.

angolo di contatto

Di seguito sono spiegati alcuni termini di uso frequente nei cuscinetti. Una raccolta esaustiva di termini e definizioni specifici, se vorrete approfondirle, è contenuta nella norma ISO 5593 “Cuscinetti volventi”.

La maggior parte dei simboli adottati sono conformi alle norme ISO, ed i simboli più comuni sono.

dDiametro foro
DDiametro esterno
BLarghezza cuscinetto
HAltezza del cuscinetto
rDimensioni del raccordo
αAngolo di contatto

(

  1. Anello interno Anello esterno
  2. Corpo volvente: sfera, rullo cilindrico, rullino, rullo conico, rullo sferico, rullo toroidale
  3. Gabbia
  4. Dispositivo di protezione
    Tenuta (realizzata in elastomero)
    Schermo (realizzato in lamierino d’acciaio)
  5. Superficie esterna dell’anello esterno
  6. Foro dell’anello interno
  7. Superficie spallamento dell’anello interno
  8. Superficie spallamento dell’anello esterno
  9. Scanalatura per anello di ancoraggio
  10. Anello di ancoraggio
  11. Facciata laterale dell’anello esterno
  12. Rientranza per dispositivo di protezione
  13. Pista dell’anello esterno
  14. Pista dell’anello interno
  15. Rientranza per dispositivo di protezione
  16. Facciata laterale dell’anello interno
  17. Raccordo
  18. Diametro del cerchio primitivo del cuscinetto

Un cuscinetto volvente “tipico” è formato dai seguenti componenti:

  • – un anello interno
  • – un anello esterno
  • – sfere o rulli, come elementi volventi
  • – una gabbia

Anelli del cuscinetto

La pressione sulle aree di contatto di rotolamento e il rotolamento ciclico determina l’usura degli anelli del cuscinetto, quando questo è in funzione. Per arginare in parte il problema dell’usura, gli anelli in acciaio devono essere temprati.

Corpi volventi

Gli elementi volventi (sfere o rulli) trasferiscono il carico tra gli anelli interno ed esterno. Normalmente, per gli elementi volventi si utilizza lo stesso acciaio degli anelli interni e delle ralle. Se richiesto, gli elementi volventi possono essere realizzati in materiale ceramico. I cuscinetti con elementi volventi in ceramica sono considerati cuscinetti ibridi  e sono sempre più diffusi. I cuscinetti ibridi sono dotati di anelli in acciaio o elastomero ed elementi volventi in nitruro di silicio (Si3N4). Gli elementi in nitruro di silicio, consentire di prolungare la durata di esercizio o vita del cuscinetto, offrendo prestazioni ottimizzate anche in condizioni di esercizio gravose, come l’assenza di lubrificazione.

Gabbie

Una gabbia ottempera principalmente i seguenti compiti:

  • – separa gli elementi volventi, per ridurre il calore da attrito generato nel cuscinetto
  • – mantiene gli elementi volventi ad una distanza uniforme per ottimizzare la distribuzione del carico
  • – guida gli elementi volventi nella zona scarica del cuscinetto
  • – trattiene in posizione gli elementi volventi nel caso si debba smontare o montare un cuscinetto con anelli separabilli.

I tipi principali di gabbia sono due:

  • Gabbie stampate in metallo
  • Le gabbie in metallo (lamiera d’acciaio o talvolta lamiera di ottone) sono leggere e possono sopportare temperature elevate,accelerazioni e livelli di vibrazione elevati.
Gabbie stampate in metallo


Gabbie in polimero 
Le gabbie in polimero sono realizzate spesso in poliammide, oppure,altri materiai polimerici. Le buone proprietà di scorrimento delle gabbie in polimero consentono basso attrito e, di conseguenza, velocità elevate. In condizioni di lubrificazione insufficiente, queste gabbie permettono di ridurre il rischio di grippaggio, poiché possono operare con lubrificazione limitata per un certo periodo di tempo.

Gabbie in polimero 

Sistema di tenuta ZZ, RS e OS

I sistemi di tenuta integrati prolungano notevolmente la durata di esercizio realizzando la ritenzione del lubrificante e l’esclusione degli agenti contaminanti.

  • Schermi ZZ
    Tra anello interno e schermo è presente una piccola luce. I cuscinetti con schermi si utilizzano in condizioni di esercizio relativamente pulite, oppure se è importante mantenere basso l’attrito per motivi di velocità o temperature di esercizio.
Schermi ZZ

Tenute RS e OS
I cuscinetti con tenute sono preferibili per le applicazioni moderatamente contaminate. Se non è possibile escludere la presenza di acqua o umidità, tipicamente, si utilizzano tenute striscianti RS, queste tenute realizzano un contatto vantaggioso con la superficie di scorrimento su uno degli anelli del cuscinetto. 

Le tenute a basso attrito e le tenute non striscianti OS consentono il funzionamento alle stesse velocità dei cuscinetti con schermi, ma sono più efficienti in termini di tenuta.


Esempio di designazione di un cuscinetto

694-2Z (modello 694,sfere in acciaio, Schermatura in lamiera stampata su i 2 lati)

694C-2RS (modello 694, sfere in ceramica, tenute in gomma NBR rinforzate in lamiera sui 

      due lati)

694C-2OS (modello 694, sfere in ceramica, tenute in gomma a basso attrito sui due lati )

694C-2OS – ISOP5 (modello 694, sfere in ceramica, tenute in gomma a basso attrito sui due 

                     lati,classe ISO P5)

Le misure

vengono espresse in mm o in pollici (inches), a partire da:

Diametro Foro Diametro Esterno Larghezza Cuscinetto ( x D B ) .

Ad esempio, il modello 694 ha le seguenti misure: 4 x 11 x 4 mm

la tolleranza o classe ABEC

La scala ABEC è un sistema che si utilizza per la classificazione della tolleranza nella costruzione dei cuscinetti. 

I cuscinetti classificati con il sistema ABEC vengono spesso chiamati “cuscinetti di precisione”, e sono contrassegnati con un numero dispari che va da 1 a 11, dove il numero più alto è assegnato a quelli con il miglior standard di precisione (numero più alto = tolleranza minore = cuscinetti più costosi). La designazione L’ABEC è solo uno dei sistemi che viene usato per la tolleranza, ad esempio l’ ISO ( internazionale),il DIN ( Tedesco) e il JIS ( Giapponese)  usano scale simili. In queste un numero minore indica una tolleranza più ristretta e un numero maggiore una tolleranza più ampia, esattamente l’opposto della scala ABEC. Di seguito una tabella riassuntiva dove potete confrontare le tre scale.

ABMA/ANSI ISO DIN JIS 
ABEC 1normalP0classe 0
classe 6X
ABEC 3classe 6P6classe 6
ABEC 5classe 5P5classe 5
ABEC 7classe 4P4classe 4
ABEC 9classe 2P2classe 2
ABEC 11classe 1P1classe 1

Questo articolo è stato scritto da:

Luca De Angelis
Luca De Angelis
Classe 1974,Perito Meccanico, Master al M.I.T. ,pesca dalla spiaggia dal 1987, come mentore ha Alberto Belfiori.
La passione che ha per il Surf Casting, come filosofia di vita, lo portano allo studio e alla sua divulgazione.

Appassionato delle canne a Ripartizione di Potenza e dei mulinelli a tamburo rotante.Considerato “Old Style”, per la sua attrezzatura e per l’approccio mentale, fanno di lui un riferimento storico.

Nei primi anni 90, si avvicina anche al mondo del Long Casting con buoni risultati, il suo record personale ottenuto con la DAIWA WKT 12’ e lancio pendolare è stato di 216m.

Pesca nell’oceano Pacifico in California; nell’ Atlantico alle Canarie, Costa d’Avorio, Ghana, Namibia, Sud Africa ed in Mauritania dove, partecipa alla Coppa Internazionale Mitchell Air Afrique a Nouadhibou.
E’ stato detentore di un record mondiale IGFA, classe 6Lb. Ha collaborato con la Rivista Surf Casting Magazine.

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