Elementi di supporto

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In questa scheda apprenderai:

che cosa sono i cuscinetti volventi e i cuscinetti radenti;

come funzionano e in quali applicazioni vengono impiegati;

quali tipologie esistono;

quali vantaggi e svantaggi presentano.

Elementi di supporto - Nozioni di base sui cuscinetti volventi e sui cuscinetti radenti

Gli elementi di supporto sono componenti centrali dei sistemi tecnici. Consentono la guida di componenti mobili, assorbono i carichi e riducono l'attrito tra componenti in movimento relativo. A seconda delle esigenze, vengono impiegati diversi tipi di cuscinetti, in particolare cuscinetti volventi o cuscinetti radenti.

Lagerungselemente

I cuscinetti svolgono tre compiti fondamentali:

guida di componenti mobili

assorbimento dei carichi tra componenti in movimento relativo

riduzione delle forze di attrito

Cuscinetti volventi - Principio di funzionamento

Icuscinetti volventi consentono un movimento prevalentemente di rotolamento con una quota minima di scorrimento. Tra l'anello interno e quello esterno sono disposti i corpi volventi (ad es. sfere o rulli) che trasmettono il moto relativo. Questo principio riduce notevolmente l'attrito rispetto ai movimenti di puro scorrimento.

Esempio di applicazione dei cuscinetti volventi

Walzläger bei einem Rad eines Fahrrads

I cuscinetti volventi possono eseguire un movimento di rotolamento con una quota minima di scorrimento. Un esempio semplice è l'utilizzo nella ruota di una bicicletta

Wälzlager

In questa immagine si può vedere come il cuscinetto volvente esegue il movimento di rotolamento

Da quali elementi è composto un cuscinetto volvente?

Corpi volventi: rappresentano l'elemento centrale del cuscinetto. Sono alloggiati in una gabbia. Nel loro insieme, costituiscono la corona di corpi volventi.
Anello esterno: guida la corona dei corpi volventi nella pista di rotolamento.
Anello interno: delimita internamente la corona dei corpi volventi. Come l'anello esterno del cuscinetto, svolge una funzione di guida.
Gabbia dei corpi volventi: mantiene separati gli elementi volventi, evitando fenomeni di attrito dovuti ai movimenti relativi reciproci.

Wälzlager Aufbau

Diverse tipologie di cuscinetti volventi

Kugellager Nadellager Kegelrollenlager Tonnenlager

Esistono diversi tipi di cuscinetti volventi. Il più noto è probabilmente il cuscinetto a sfere. Tra le esecuzioni standard si distinguono, inoltre, il cuscinetto a rulli cilindrici, il cuscinetto ad aghi, il cuscinetto a rulli conici e il cuscinetto orientabile a rulli.

I cuscinetti volventi sono classificati in base a:

tipo di elementi volventi

disposizione degli anelli interno ed esterno

campo di utilizzo

angolo di contatto (α)

Un ulteriore criterio di distinzione tra i diversi cuscinetti volventi è l'angolo di contatto. In base al valore dell'angolo di contatto α è possibile distinguere tra cuscinetti radiali e cuscinetti assiali.

Radiallage Axiallager

(Cuscinetto radiale) angolo di contatto α: 0 - 45° (Cuscinetto assiale) Angolo di contatto α: 45 - 90°

Druckwinkel

Codice identificativo specifico del cuscinetto composto da lettere e numeri

Una norma aiuta a identificare correttamente il cuscinetto volvente: la DIN 623, che specifica l'uso di codici per designare i cuscinetti. Questi codici sono costituiti da prefisso, sigla base e suffisso.

Codice identificativo specifico per cuscinetti a rulli conici:

Prefisso: quali parti singole di cuscinetti completi sono state utilizzate (anelli, gabbie)?

Sigla base: a quale serie di cuscinetti e qual è il relativo codice alesaggio ?

Suffisso: quali ulteriori informazioni sono note (tenuta, esecuzione della gabbia, tolleranze, ecc.)?

Il prefisso fornisce informazioni sui singoli componenti e sui materiali impiegati. Nei cuscinetti a rulli conici, la sigla HR indica un'esecuzione rinforzata con maggiore capacità di carico.

La sigla base 313 08 indica che si tratta di un cuscinetto a rulli conici con serie di larghezza 1, serie di diametro 3 e codice dell'alesaggio 08.

In questo esempio, il suffisso indica che il cuscinetto a rulli conici ha un angolo di contatto e un diametro della pista di rotolamento conformi alla norma DIN ISO 355.

Vantaggi e svantaggi dei cuscinetti volventi

I cuscinetti volventi sono componenti standard ampiamente utilizzati. Sono quindi economici, facilmente reperibili e semplici da montare e sostituire. Nonostante il basso fabbisogno di lubrificante e la semplice lubrificazione, hanno una lunga durata. Inoltre, non richiedono velocità minime e consentono di sopportare carichi combinati.

Sebbene i cuscinetti volventi non richiedano una velocità minima di rotazione, la velocità massima è limitata per evitare il surriscaldamento. Occorre prestare attenzione al fatto che i cuscinetti volventi possono provocare vibrazioni nel sistema. Inoltre, sono molto sensibili agli urti e sono difficili da realizzare in dimensioni molto grandi o molto piccole.

Cuscinetti radenti - principio di funzionamento e applicazioni

Anche i cuscinetti radenti assorbono carichi e guidano il movimento dei componenti mobili. Il movimento è di tipo radente, in cui l'elemento supportato ruota all'interno del cuscinetto.

Gleitlager bei einem 3D-Drucker

Qui è mostrato un esempio di utilizzo di cuscinetti radenti in una stampante 3D. I cuscinetti radenti sono utilizzati anche in altre guide e articolazioni e vengono spesso impiegati nei motori a combustione interna, sugli alberi a gomiti o a camme.

Ulteriori applicazioni:

guide e articolazioni

Motori a combustione interna (alberi a gomiti e a camme)

pompe e generatori

laminatoi e presse

turbine a gas

Per consentire il corretto scorrimento del corpo, viene inserito un mezzo di scorrimento tra il cuscinetto e l'albero supportato. Sapete quali mezzi possono essere utilizzato?

Il gas viene utilizzato come mezzo intermedio per separare le superfici di scorrimento a temperature estremamente basse (applicazioni a bassa temperatura).
Se i cuscinetti radenti idrodinamici devono rilasciare olio durante la rotazione per consentire la lubrificazione, vengono impregnati di olio.
I lubrificanti solidi vengono impiegati quando, ad esempio, il vuoto, le alte temperature o le forze centrifughe rendono impossibile l'uso della lubrificazione a olio. Spesso si utilizzano grafite, disolfuro di molibdeno oppure PFTE (Teflon).
Un campo magnetico viene utilizzato dove non devono verificarsi usura e sporcizia (ad esempio, nelle camere bianche).

Forme costruttive e materiali dei cuscinetti radenti

Per quanto riguarda la struttura dei cuscinetti radenti, si distingue tra cuscinetti divisi e monoblocco. Possono anche essere a parete spessa o a parete sottile.

Cuscinetto diviso: viene utilizzata una sola boccola a strisciamento

Cuscinetto monoblocco: vengono utilizzati due o più gusci di cuscinetto

A parete spessa: i cuscinetti radenti a parete spessa mantengono la propria forma e garantiscono la funzionalità anche senza interferenza, oppure con interferenza ridotta

A parete sottile: i cuscinetti radenti a parete sottile richiedono una pressione sufficiente tra alloggiamento e cuscinetto

Nota: come per i cuscinetti volventi, distinguiamo anche tra cuscinetti radiali e cuscinetti assiali

Cuscinetti a secco

I cuscinetti a secco possono essere realizzati con un'ampia varietà di materiali. Se sono costituiti da un solo materiale, si parla di cuscinetti massicci; se sono costituiti da due o più materiali, si tratta di cuscinetti compositi. Oltre che in plastica, leghe di alluminio o bronzo, possono essere realizzati ad esempio anche in metallo bianco, ceramica o carbone artificiale. Nella scelta del materiale occorre tenere conto di una serie di requisiti.

Materiali per cuscinetti radenti

Plastica

Leghe di alluminio

Bronzo

Metalli bianchi

Ceramica

Carbone artificiale

Naturalmente, il materiale deve avere buone proprietà di scorrimento e caratteristiche di rodaggio favorevoli. Inoltre, deve avere un'elevata resistenza meccanica e una buona resistenza all'usura.

Trockenlager

Cuscinetti radenti idrodinamici e idrostatici

Esistono anche cuscinetti radenti idrodinamici e idrostatici. In questi tipi di cuscinetto viene inserito un film lubrificante viscoso che separa completamente l'albero supportato dal cuscinetto radente. Questa soluzione è consigliata in presenza di avviamenti frequenti, in quanto la lubrificazione impedisce l'attrito.

hydrostatische Gleitlager

Nota: nei cuscinetti radenti idrostatici, il film di lubrificazione non viene generato dalla rotazione dell'albero, ma viene creato separatamente da una pompa esterna.

Vantaggi e svantaggi dei cuscinetti radenti

Come i cuscinetti volventi, anche i cuscinetti radenti presentano una struttura e un montaggio molto semplici. Occupano pochissimo spazio e sono poco sensibili agli urti

Vantaggi:

struttura semplice
ingombro ridotto
scarsa sensibilità agli urti
bassa rumorosità
adatti per dimensioni costruttive molto grandi

Svantaggi:

maggiore attrito con lubrificazione insufficiente
Possibile usura all'avvio
requisiti talvolta più elevati in termini di lubrificazione e manutenzione

Riepilogo

I cuscinetti volventi e i cuscinetti radenti vengono utilizzati per guidare componenti mobili. Il tipo di movimento dipende dalla loro struttura. I cuscinetti volventi consentono movimenti di rotolamento; nei cuscinetti radenti, l'albero supportato scorre intorno al proprio asse.

Per dimensionare correttamente i cuscinetti, è necessario conoscere il carico durante il funzionamento e garantire una lubrificazione e una pulizia sufficienti. I cuscinetti volventi e i cuscinetti radenti presentano vantaggi e svantaggi diversi. In comune hanno il costo contenuto e la struttura semplice, che ne facilita il montaggio.

Hai appreso:

i cuscinetti volventi e i cuscinetti radenti vengono utilizzati per guidare componenti mobili;

i cuscinetti volventi consentono movimenti di rotolamento; nei cuscinetti radenti, l'albero supportato scorre intorno al proprio asse;

Per dimensionare correttamente i cuscinetti, è necessario conoscere il carico durante il funzionamento e garantire una lubrificazione e una pulizia sufficienti;

i cuscinetti volventi e i cuscinetti radenti sono economici e di semplice progettazione. Questo li rende facili da montare.