Newsgroup: it.discussioni.auto
Titolo: [FAQ] I cuscinetti

Da qualche tempo ho visto apparire sul NG domande che direttamente o
indirettamente si riferivano ai cuscinetti. Data la loro importanza nel
mondo meccanico, in particolare automobilistico, ho pensato di buttar
giú due righe sull'argomento. Spero possa essere utile.
CUSCINETTI
==========
Le parti mobili che compongono un macchinario e che richiedono
lubrificazione sono numerosissime; in particolare molte devono essere
lubrificate con grasso: tra queste ricordiamo i cuscinetti, i giunti e
la maggior parte degli ingranaggi. Il grasso trova il suo miglior
impiego proprio nei cuscinetti, elementi di straordinaria importanza in
molti campi dell'industria ferriera, mineraria e dei trasporti, che
costituiscono spesso le maggiori fonti economiche di una nazione.
Un cuscinetto è la sede ed il supporto di una parte rotante (di solito
un albero) o di una traslante (di solito un piano oppure un perno che si
muove lungo il suo asse), talvolta può svolgere ruoli frenanti. Ne
esistono due categorie: ad elementi piani e ad elementi rotanti; i primi
sono basati sulla scorrevolezza di una parte mobile su di una fissa, i
secondi favoriscono la scorrevolezza della parte mobile grazie ad una
serie di elementi rotanti (sfere o rulli) ancorati alla parte fissa. In
ambo i casi un velo di lubrificante separa le due superfici: la sua
consistenza è *essenziale* per la vita ed il buon funzionamento del
cuscinetto.
I cuscinetti piani in grado di sopportare carichi perpendicolari
rispetto all'asse di rotazione sono detti "a perno", quelli ad elementi
rotanti sono detti "radiali"; infine quelli che sopportano carichi
paralleli agli assi di rotazione sono detti, in ambo i casi,
"reggispinta". Alcuni tipi possono essere autolubrificanti, altri
richiedono lubrificazione esterna con olio o grasso; di solito si
preferisce il grasso quando sul cuscinetto gravano pesanti carichi,
oppure quando le superfici in gioco devono aderire, o infine quando sono
richieste proprietà sigillanti.
Cuscinetti piani
================
È il tipo piú semplice: non contengono parti mobili. Sono spesso
costruiti con materiali o leghe piú morbidi rispetto al corpo che slitta
su di essi, si usurano quindi piú in fretta e ciò offre vantaggi
notevoli perché sostituire il cuscinetto è di solito piú facile e meno
costoso che cambiare la parte mobile sorretta.
Si possono descrivere a partire dalla configurazione e dal tipo di
carico, classificandoli cosí in tre categorie: a perno, a guida,
reggispinta.
- A perno
Il cuscinetto a perno, detto anche a manica, consiste in una sede
cilindrica che supporta un albero in rotazione (da cui il nome "a perno"
che si riferisce al segmento di albero imprigionato nel cuscinetto); se
è di forma completamente cilindrica prende il nome di "boccola".
Nel caso l'albero eserciti una forza solo unidirezionale potrà essere
supportato da cuscinetti di forma parzialmente cilindrica: esempi di
queste insolite soluzioni si hanno in campo ferroviario e nelle gru.
Spesso i cuscinetti a perno sono costituiti da due o piú elementi, per
facilitare lo smontaggio e la sostituzione. Un esempio è fornito delle
bronzine nei supporti di banco dei motori a scoppio, composte da due
valve semicilindriche in cui ruota l'albero a gomiti: se fossero
composti da un elemento unico sarebbe complesso smontarli e manutenerli,
sia per il peso dell'albero (difficile da sfilare) sia per gli altri
palesi motivi.
- A guida
Supportano elementi in moto alternativo (avanti-indietro) anziché
rotatorio; il carico è di solito inferiore rispetto a quello applicato
ai cuscinetti a perno; la superficie interna può essere scanalata per
favorire la distribuzione del lubrificante ed alleggerire la pressione.
Esempi di macchinari in cui trovano applicazione questi cuscinetti sono
i compressori ad aria ed i motori alternativi: in quelli a scoppio sono
soprattutto usati in qualità di guidavalvole, in quelli a vapore trovano
impiego negli stantuffi.
- Reggispinta
Favoriscono il movimento assiale di un albero e/o ne supportano il
carico assiale. Spesso sono abbinati ai cuscinetti a perno e lubrificati
con grasso espulso alle estremità delle sedi dei perni. Trovano impiego
in moltissimi macchinari.
Lubrificazione dei cusacinetti piani
------------------------------------
I cuscinetti piani vengono lubrificati con tecniche diverse a seconda
delle condizioni che determinano la trasportabilità del fluido e la
formazione del velo lubrificante fra la superficie del cuscinetto e
l'albero.
Si parla di lubrificazione a confine, o discontinua, quando il velo
viene prodotto solo in parte oppure per nulla e quindi le superfici non
sono del tutto separate e possono prodursi contatti metallo-metallo; di
lubrificazione idrodinamica, o a velo continuo, quando invece il velo ha
pressione sufficiente a mantenerle sempre separate.
- Lubrificazione a confine
Quando l'albero è fermo oppure ruota lentamente (es. all'avvio), o è
gravato da un pesante carico, le asperità della superficie del
cuscinetto sono in contatto con quelle dell'albero. In queste condizioni
la lubrificazione dipende dalla natura dei materiali a contatto, dalla
geometria delle superfici, dalla decomposizione del lubrificante e
dall'eventuale presenza in esso di additivi in grado di depositarsi
sulle superfici metalliche formando un sottilissimo velo, molto
delicato, atto a scongiurare l'adesione e ridurre gli attriti. Questo
sistema, sebbene inevitabile in alcune circostanze, non è mai quello
preferito a causa degli elevati attriti e calore prodotti dal moto, e
della conseguente precoce usura dei materiali.
L'albero passa dallo stato d'immobilità al regime di rotazione nominale,
lo strato di lubrificante introdotto inizia ad insinuarsi fra le
superfici ed a formare il velo di sospensione: si passa dalla
lubrificazione di confine a quella idrodinamica.
Quando l'albero acquista velocità si "arrampica" sulla superficie
cilindrica interna del cuscinetto, uno strato di grasso s'insinua fra
loro ed inizia a ruotare trascinato dall'albero sino ad avvolgerlo a
mano a mano in un sottile velo; a questo punto l'albero ruota sul velo
fin quando la portata di grasso nell'interstizio è sufficiente a
mantenerlo in sospensione. Uno strato aderisce all'albero e ruota con
esso, un altro aderisce al cuscinetto e resta stazionario; gli strati
compresi fra questi due ruotano con velocità variabile in funzione della
distanza dall'albero (cfr. teoria di Raynolds, pubblicata nel 1886).
- Lubrificazione idrodinamica
Quando la velocità di rotazione dell'albero supera una soglia, oppure
quando il carico scende al di sotto di un certo valore, l'azione del
lubrificante aumenta ed esso s'incunea in maggiore quantità fra il
cuscinetto e l'albero; la pressione all'interno del velo aumenta sino a
raggiungere una soglia oltre la quale l'albero inizia a ruotare in
completa sospensione sul velo: si raggiunge allora lo stato di
lubrificazione idrodinamica. Se viene aumentato il carico, oppure
ridotta la velocità, la sospensione idrodinamica può collassate e si
ritorna al caso precedente.
Il grasso dev'essere introdotto nel punto in cui la pressione del fluido
è minore e dove - quindi - il cuscinetto risulta piú libero; devono
essere previste scanalature sulla superficie interna del cuscinetto per
alleviare la pressione e per trattenere un po' di lubrificante che si
renderà utile al riavvio del meccanismo. Quando il carico è
monodirezionale le scanalature assiali si muovono in senso longitudinale
rispetto alla superficie del cuscinetto e sfogano in zone a bassa
pressione, senza turbare il velo, alleviandola dai punti critici; quando
invece la direzione del carico è variabile risulta variabile anche il
punto di massima pressione ed in queste condizioni sono preferibili
scanalature circolari spaziate da anelli, che riescono ad alleviare la
pressione senza rischi di rottura del velo; in questi casi le
scanalature assiali devono essere smussate affinché il grasso possa
circolare con maggior facilità.
- Scelta del lubrificante
La scelta fra olio e grasso dipende dalla viscosità che assumerà il
lubrificante in funzione della velocità di rotazione dell'albero, e dal
carico che il cuscinetto dovrà sopportare.
Per basse velocità servono lubrificanti ad elevata viscosità (grassi),
mentre per quelle alte servono lubrificanti piú fluidi (oli); ciò
discende dalle tolleranze meccaniche: cuscinetti progettati per velocità
di rotazione modeste hanno di solito grandi tolleranze di accoppiamento
tra l'albero e la sede, viceversa quelli pensati per alte velocità hanno
tolleranze minime. Il lubrificante dovrà infine garantire una viscosità
sufficiente a mantenere il velo sino al massimo carico applicato al
cuscinetto.
Cuscinetti ad elementi rotanti
==============================
Sono costituiti da sfere o rulli situati fra la sede fissa e l'albero; i
rulli possono essere cilindrici, sferici (a bótte), conici; quelli a
cilindri lunghi e sottili sono detti ad aghi. Questi cuscinetti sono
spesso chiamati "anti attrito", perché l'attrito iniziale (all'avvio)
risulta molto basso; una volta a regime, invece, il loro attrito
torcente è simile a quello assicurato da un cuscinetto piano a velo
d'olio.
Di solito gli elementi rotanti sono racchiusi in anelli chiamati piste:
quello esterno è fisso, quello interno è calettato sull'albero. A
differenza dei cuscinetti piani, sono costruiti in acciaio duro o in
leghe affinché gli elementi rotanti possano sopportare un'ampia varietà
di carichi e lo stress nei punti di contatto possa raggiungere valori
notevoli. La piú parte di questi meccanismi sono lubrificati con grasso.
- Cuscinetti a sfere
Sono i piú familiari, esistono in versione assiale e reggispinta e
trovano impiego in settori simili a quelli discussi a riguardo dei
cuscinetti piani a perno.
Sono costituiti da sfere, anelli di tenuta, piste, albero e sede. Le
sfere sono d'acciaio durissimo, perfettamente sferiche e finemente
levigate; vengono tenute in posizione dall'anello di tenuta, detto
spaziatore, anch'esso ben levigato. La cassa può essere di vario, tipo a
seconda delle applicazioni cui il cuscinetto è destinato, svolge ruolo
sia di supporto sia di contenitore del lubrificante e deve garantire
buone qualità sigillanti per evitare precoce usura, ruggine, corrosione,
sporcizia ed altre contaminazioni esterne.
- Cuscinetti a rulli
Sono costituiti da rulli, anelli di tenuta, piste, albero, sede e
guarnizioni. Sono in tutto simili ai cuscinetti a sfere, anche per la
precisione della lavorazione, ma usano elementi rotanti a rullo anziché
a sfera. Vengono classificati a seconda delle dimensioni e della forma
dei rulli.
A rulli cilindrici
È il piú diffuso tipo di cuscinetto a rulli, composto da rulli di forma
approssimativamente cilindrica alloggiati fra le piste. In realtà i
rulli hanno forma a bótte oppure a calotta per ridurre lo stress
meccanico prodotto alle loro estremità. Possono sopportare pesanti
carichi radiali e lavorare ad alte velocità di rotazione.
A rulli conici
Grazie alla loro geometria, questi rulli possono sopportare elevati
carichi sia radiali sia assiali; la loro versatilità li rende molto
diffusi in ambito automobilistico.
A rulli sferici
Sono in verità rulli convessi, a forma di bótte, che permettono elevati
carichi radiali e sopportano eventuali shock meccanici; hanno capacità
di autoallineamento. Sono adatti solo a velocità di rotazione
medio-basse.
Ad aghi
Sono costituiti da rulli cilindrici lunghi e sottili, detti aghi, e
sopportano carichi radiali elevatissimi anche sui singoli aghi; spesso
non hanno l'anello interno di tenuta e possono sopportare piccole
oscillazioni durante il moto. Il sistema ad aghi senza anello, o gabbia,
complementato da un cuscinetto a rulli assicura grande capacità di
resistenza ai carichi pesanti ma introduce limitazioni di velocità di
rotazione; viceversa quelli con anello di tenuta sopportano carichi
minori ma velocità maggiori.
Ciao!
--
  Marco Sala (CAV)
 
c...@adcserver1.biodip.unimi.it
  ICQ 18349872
  Delta Evoluzione & Fiat 500
  Le FAQ ufficiali di IDA sono a questo URL:
 
http://adcserver1.biodip.unimi.it/ida/faq/faq.htm

 giú due righe sull'argomento. Spero possa essere utile.
Complimenti, un post esaurientissimo. Da mettere asolutamente nelle FAQ, io
in ogni caso me lo salvo! :-)
--
CiaoO da Cierreics (made in VanMar)
Honda CRX "Arabian Prototype" driver & lover (CA, 20, 131)
"The Gods made Heavy Metal, and its never gonna die!!"
---> Togli l'ANTI JODY per rispondere in mail!! ;-)) <---

 giú due righe sull'argomento. Spero possa essere utile.
Grazie, da FAQ! Una sola cosa non capisco, quale tipo di cuscinetto è
utilizzato per le auto? Quello a sfere?
Ciao
Fabio®  (19, 110, Bs)
Megane Coach 1.6 16v Driver
Per rispondere in e-mail togliere no spam dall'indirizzo.
E-mail: 
fab...@inwind.it

utilizzato per le auto? Quello a sfere?
Si usa una gran varietà di cuscinetti, praticamente tutti tranne quelli
per carichi elevatissimi.
Ad esempio nei mozzi delle ruote vi sono cuscinetti reggispinta conici a
rulli, le bronzine (che sorreggono l'albero motore) sono cuscinetti a
perno, i piccoli cuscinetti sono di solito a sfere, e cosí via.


Ciao!
Buone feste!
Zerocento® (27,90+,SP-PR)
Tigrottatimbrorauco Pzeroequipped driver
"For speed, add lightness" - C. Chapman

giú due righe sull'argomento. Spero possa essere utile.
Interessantissssimo e già salvato. :-))
--
Saluti,
 GSi (22,109,PD)
Opel Corsa GSi 16V Driver
