Tipi di Cuscinetti
Esistono due principali categorie di cuscinetti: lisci e anti-attrito (a rotolamento). I cuscinetti lisci operano sul principio del movimento di scorrimento, mentre i cuscinetti a rotolamento funzionano sul principio del movimento di rotolamento.
Cuscinetti Lisci (Cuscinetti a Frizione di Scorrimento)
I cuscinetti lisci operano sul principio della frizione di scorrimento e non utilizzano elementi di rotolamento; sono generalmente più silenziosi dei cuscinetti anti-attrito poiché non hanno parti mobili. I cuscinetti lisci possono essere impiegati in applicazioni rotazionali o lineari. Ad esempio, un albero che ruota in un foro rappresenta un cuscinetto liscio utilizzato per limitare il movimento rotazionale; un cassetto scorrevole rappresenta un'applicazione lineare. I cuscinetti lisci sono generalmente scelti per applicazioni ad alto carico e bassa velocità.
I cuscinetti lisci sono anche noti come cuscinetti a scorrimento, cuscinetti a film sottile, cuscinetti a film, cuscinetti a strisciamento, cuscinetti in metallo bianco, cuscinetti in metallo Babbitt, cuscinetti idrodinamici e cuscinetti idrostatici. Tuttavia, questi termini non sono sempre utilizzati correttamente, causando confusione. Ad esempio, i cuscinetti in metallo Babbitt sono realizzati in metallo Babbitt (una lega metallica morbida), ma spesso tutti i cuscinetti lisci vengono erroneamente chiamati 'cuscinetti Babbitt'.
I cuscinetti in metallo liscio sono utilizzati in molti macchinari di grandi dimensioni, inclusi turbine a vapore e grandi motori navali a due tempi, ma sono anche impiegati in quasi tutti i motori a combustione interna (IC), poiché permettono di installare il cuscinetto in due o più pezzi separati.
Lubrificazione dei Cuscinetti Lisci
Far scorrere un materiale su un altro genera attrito, calore e usura. A meno che non siano utilizzati per applicazioni a carico molto basso, i cuscinetti lisci impiegano sempre una qualche forma di lubrificante per ridurre l'attrito. È teoricamente possibile utilizzare molti liquidi e gas come lubrificanti, anche se il più comune è l'olio minerale. Altri lubrificanti testati includono acqua, refrigerante liquido, cherosene, benzina, vari acidi e persino metallo fuso. Consulta il nostro articolo sulla lubrificazione dei cuscinetti per ulteriori dettagli.
I lubrificanti per cuscinetti lisci separano completamente la superficie del cuscinetto dalla superficie di carico, quindi teoricamente non c'è contatto tra le due superfici di scorrimento. Sebbene teoricamente non ci sia contatto tra le superfici, in pratica è molto difficile separare completamente le due superfici in ogni momento.
Lubrificazione dei Cuscinetti Lisci
La maggior parte dei cuscinetti lisci utilizza lubrificante liquido. Ad esempio, quasi tutte le automobili utilizzano un sistema di lubrificazione a olio. L'olio viene pompato nello spazio tra il cuscinetto e le superfici di carico (lubrificazione idrostatica), creando un film sottile di olio che separa completamente -teoricamente- le due superfici di scorrimento. Una volta che il motore è in funzione (quattro tempi o due tempi), è possibile lubrificare il motore grazie al movimento dell'albero (lubrificazione idrodinamica).
I cuscinetti lisci non dovrebbero mai essere messi in servizio senza una qualche forma di lubrificazione, poiché l'usura all'avvio è solitamente maggiore rispetto a quella durante l'intero periodo di funzionamento del motore.
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Cuscinetti Fluidi (Idrostatici e Idrodinamici)
I cuscinetti fluidi utilizzano un sottile strato di olio o gas per separare completamente le superfici del cuscinetto dal carico. Questo tipo di cuscinetto è impiegato per applicazioni ad alto carico e alta velocità. I cuscinetti fluidi sono classificati come idrostatici e/o idrodinamici.
I cuscinetti idrostatici sono lubrificati utilizzando una pompa esterna per mantenere una pressione statica. Ad esempio, un sistema di lubrificazione può consistere in una coppa dell'olio, una pompa e cuscinetti. Il sistema è idrostatico perché la pompa dell'olio fornisce la pressione statica necessaria per la lubrificazione.
I cuscinetti idrodinamici sono lubrificati dal movimento dell'albero stesso. L'albero in movimento ruota e crea un cuneo d'olio tra le superfici di contatto del cuscinetto.
È possibile che un cuscinetto sia sia idrodinamico che idrostatico lubrificato. Ad esempio, una pompa dell'olio può lubrificare i cuscinetti prima che il motore venga avviato (lubrificazione idrostatica), ma la pompa si spegnerà una volta che il motore è in funzione (lubrificazione idrodinamica).
Materiali Sacrificali
Il materiale dei cuscinetti lisci è scelto per essere sacrificale rispetto al journal (area sull'albero dove si trova il cuscinetto) su cui è montato. Se due materiali vengono strofinati insieme, il materiale sacrificale è quello che inizia a usurarsi per primo. I cuscinetti lisci sono sacrificali perché altrimenti si usurerebbe il journal anziché il cuscinetto. Questo è indesiderabile perché il journal (parte di un albero) è solitamente più costoso e più difficile da sostituire rispetto al cuscinetto.
Cos'è un cuscinetto a strisciamento?
L'area su un albero che si accoppia con un cuscinetto è conosciuta come journal. Un cuscinetto a strisciamento è un cuscinetto montato su un journal, ma potrebbe anche essere chiamato cuscinetto liscio, o cuscinetto in metallo Babbitt ecc. (se fabbricato in metallo Babbitt), il che sarebbe corretto anche. Poiché molti nomi sono corretti, ma a volte applicati in modo errato, c'è spesso confusione riguardo alla nomenclatura dei cuscinetti lisci. I cuscinetti a strisciamento possono essere fabbricati da un pezzo unico (solido), o più pezzi (diviso o multi-parte), e possono essere lubrificati o non lubrificati.
Solido, Diviso o Multi-Parte
I cuscinetti lisci possono essere solidi, divisi o multi-parte. Un cuscinetto liscio solido è la forma più semplice di cuscinetto, consiste in un cilindro con un foro praticato attraverso l'asse centrale. I cuscinetti divisi sono simili ai cuscinetti solidi, ma il cuscinetto consiste di due pezzi. I cuscinetti multi-parte consistono di più di due pezzi. Esempi di cuscinetti lisci solidi includono boccole e manicotti.
Esempi di cuscinetti lisci divisi includono cuscinetti a strisciamento dell'albero motore.
360 o 180 Gradi di Contatto
Un cuscinetto liscio che ha un contatto a 360 gradi con il suo journal accoppiato, è chiamato 'cuscinetto a contatto completo', o, 'cuscinetto completo'. Un cuscinetto liscio che ha un contatto a 180 gradi -o meno- con il suo journal accoppiato, è chiamato 'cuscinetto a contatto parziale'. Se il diametro dell'albero è maggiore di quello del diametro interno del cuscinetto, il cuscinetto è classificato come 'cuscinetto a journal adattato'.
I cuscinetti a contatto completo sono utilizzati quando il carico varia e può agire in diverse direzioni; un albero motore utilizza cuscinetti a contatto completo. I cuscinetti parziali sono utilizzati quando il carico è costante e applicato in una sola direzione.
Cuscinetto Cilindrico Liscio
I cuscinetti cilindrici lisci sono il design più semplice di cuscinetto liscio. Questo tipo di cuscinetto consiste in un cilindro con un foro praticato attraverso l'asse centrale, non ha canali di lubrificazione. I cuscinetti cilindrici non lubrificati sono adatti solo per applicazioni a basso carico. Molti cuscinetti lubrificati a gas sono cuscinetti cilindrici lisci, inclusi quelli utilizzati per i dischi rigidi dei computer (il vecchio tipo che utilizzava un disco magnetico rotante).
Le applicazioni dei cuscinetti cilindrici lisci sono limitate a meno che il design non venga modificato. Aggiungere un qualche mezzo per introdurre il lubrificante alle superfici del cuscinetto consente di utilizzare il cuscinetto a carichi e velocità più elevati. Fori per l'olio e scanalature per l'olio sono utilizzati per distribuire il lubrificante alle superfici portanti del cuscinetto. I tipi più comuni di cuscinetti cilindrici lubrificati sono il cuscinetto a quattro scanalature assiali e il cuscinetto a scanalature ellittiche.
Cuscinetti Lisci, Divisi e Multi-Parte
I cuscinetti lisci divisi sono utilizzati per diversi motivi:
- I cuscinetti divisi possono essere montati su alberi che non sono continuamente diritti.
- I cuscinetti divisi possono essere montati senza rimuovere l'albero.
Cuscinetti a Manicotto
I cuscinetti a manicotto sono cuscinetti cilindrici lisci che sono stati fabbricati da due materiali separati. Questo tipo di cuscinetto ha un rivestimento sottile sulla superficie del cuscinetto che si accoppia con il journal. La superficie del cuscinetto che fronteggia il journal è solitamente rivestita in un materiale sacrificale, ad esempio un metallo morbido, mentre il corpo principale del cuscinetto (non a contatto con il journal) è realizzato in un materiale diverso, ad esempio acciaio.
Cuscinetti a Boccola
I cuscinetti a boccola sono cuscinetti cilindrici lisci fabbricati da un unico pezzo di materiale. C'è solo una differenza tra un cuscinetto a manicotto e un cuscinetto a boccola; i cuscinetti a manicotto utilizzano un sottile rivestimento di materiale del cuscinetto che si accoppia con un albero, mentre i cuscinetti a boccola sono fabbricati interamente da un unico materiale. Le boccole sono solitamente più sottili dei manicotti e sono strutturalmente più deboli.
Sferico
I cuscinetti lisci sferici sono utilizzati quando disallineamenti possono rendere difficile l'uso di altri design di cuscinetti. L'anello interno del cuscinetto è libero di ruotare all'interno di un anello esterno sferico, il che consente al cuscinetto di ruotare/pivottare per adattarsi all'orientamento dell'albero. Altri tipi di cuscinetti sferici includono il cuscinetto a rulli sferici.
Cuscinetto Liscio Sferico
I cuscinetti lisci sferici sono classificati come 'richiedenti manutenzione' o 'senza manutenzione'.
I cuscinetti lisci sferici senza manutenzione utilizzano un materiale PTFE per separare gli anelli interno ed esterno; questo tipo di cuscinetto è talvolta chiamato 'PTFE su metallo'. Il PTFE si auto-lubrifica e il cuscinetto non richiede manutenzione (non deve essere aggiunto lubrificante).
I cuscinetti lisci sferici richiedenti manutenzione devono essere lubrificati periodicamente; questo tipo di cuscinetto è talvolta chiamato 'metallo su metallo'.
Nota
Nessun componente o macchina è mai 'senza manutenzione'. La frase è spesso usata per scopi di marketing, ma è inaccurata. Se un ingegnere esegue qualsiasi manutenzione basata sulle condizioni del cuscinetto (ispezione visiva, test ultrasonici, analisi delle vibrazioni, termografia), il cuscinetto viene mantenuto. Se il cuscinetto viene ispezionato e/o sostituito periodicamente, fa parte di un programma di manutenzione e quindi viene mantenuto. L'unica occasione in cui un elemento è 'senza manutenzione' è quando viene installato e utilizzato fino alla distruzione, senza che si verifichino controlli o manutenzioni tra l'installazione e il guasto.
Componenti del Modello 3D
Questo modello 3D mostra tutti i principali componenti associati a un tipico cuscinetto in metallo liscio, inclusi:
- Guscio Superiore del Cuscinetto
- Scanalature per l'Olio
- Fori per l'Olio Lubrificante
- Guscio Inferiore del Cuscinetto
- Flangia
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Risorse Aggiuntive
https://en.wikipedia.org/wiki/Plain_bearing
https://clr.es/blog/en/plain-bearings
https://www.ggbearings.com/en/tribou/internet-bearings/bearings
https://www.maschinenmarkt.international/the-plain-bearing--function-types-and-applications-a-832022