Cuscinetto (meccanica)
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Cuscinetto (meccanica)
Il cuscinetto € un dispositivo meccanico utilizzato per ridurre
l'attrito tra due oggetti in movimento rotatorio o lineare tra loro.
Storia ed evoluzione
Gi• Leonardo da Vinci (1452-1519) durante i suoi studi
riguardanti l'attrito intu‚ la possibilit• di creare un sorta di
primitivo cuscinetto (vedi figura). Ma il primo brevetto di
cuscinetto a sfera fu proposto da Philip Vaughan di Carmarthen in
Galles nel 1794. Un altro brevetto fu depositato il 3 agosto del
1869 da Jules Suriray, un meccanico di biciclette parigino, che
utilizzƒ questi cuscinetti sulla bicicletta che vinse la prima
edizione della corsa Parigi-Rouen nel novembre 1869. Lo sviluppo
Animazione di un cuscinetto
per come li conosciamo oggi si deve a Friedrich Fischer nel 1883.
L'evoluzione e la produzione industriale su vasta scala si deve a
Henry Timken, per quanto riguarda i cuscinetti a rulli, che fondƒ la Timken Company nel 1899 e a Sven Gustaf
Wingqvist uno dei fondatori della SKF nel 1907.
.
Disegno di Leonardo da Vinci (1452-1519) Studio
cuscinetto a sfere
Cuscinetto (meccanica)
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Introduzione
„ costituito da due anelli di diverso diametro, tra i quali sono
posizionati gli elementi principali ai quali € affidata la funzione di:
… Supportare l'elemento ruotante
… Ridurre l'attrito di rotazione
… Preservare la sede di rotazione
Esploso di un cuscinetto a sfere
Tipologia
I cuscinetti a seconda delle applicazioni possono essere di diversi
tipi, una prima suddivisione li distingue in base al tipo di
funzionamento in cuscinetti radenti e in cuscinetti volventi.
Cuscinetti radenti
I cuscinetti radenti, o bronzine devono il loro funzionamento alla
pellicola di lubrificante che sostiene il perno rotante.
Cuscinetti volventi
Nei cuscinetti volventi, o a rotolamento il movimento € facilitato
dall'interposizione tra parte fissa e perno di elementi volventi
(sfere o rulli). I cuscinetti volventi possono essere a loro volta:
Cuscinetto magnetico
… radiali ad una corona di sfere, nei tipi pi† comuni, generalmente da sette a dieci sfere, sono adatti alla maggior
parte delle applicazioni e possono sopportare sia carichi radiali che assiali.
… radiali a due corone di sfere, come i precedenti ma costituiti da due anelli con gole affiancate che alloggiano le
relative corone di sfere. Sono adatti a sopportare elevati carichi radiali.
… radiali orientabili a due corone di sfere, adatti ovunque vi sia la possibilit• di un disassamento. In questo tipo
l'anello interno ha due gole affiancate mentre l'anello esterno ha un'unica gola semisferica, sistema che consente il
funzionamento quando gli assi dei due anelli sono inclinati tra di loro. Non sono idonei a sopportare forti spinte
assiali.
… obliqui ad una o due corone di sfere, caratterizzati dalla posizione obliqua della retta passante per i punti di
contatto tra le sfere e gli anelli rispetto all'asse di rotazione. Rispetto ai cuscinetti radiali hanno il vantaggio di
contenere un maggior numero di sfere e di poter sopportare carichi radiali e spinte assiali pi† elevati. Quelli ad
una corona di sfere vanno sempre utilizzati in coppia.
… a rulli, come per quelli a sfere possono essere ad una o due corone di rulli ed essere rigidi od orientabili. I rulli
sono impiegati nei casi in cui occorra la massima precisione di lavoro e possono avere forma:
… cilindrica
Cuscinetto (meccanica)
… conica, impiegata quando sull'albero su cui € montato grava una forte spinta assiale. In questa variante i
cuscinetti sono generalmente utilizzati in coppia con la conicit• contrapposta.
… A botte, dove il rullino ha la forma di una botte
… ad aghi o rullini, variante dei cuscinetti a rulli cilindrici, composti da i due anelli sfilabili e rulli pi† piccoli di
diametro. Utilizzati quando lo spazio € limitato e idonei a reggere solo carichi radiali.
Altri tipi di cuscinetto
… I cuscinetti magnetici sono cuscinetti funzionanti a campo magnetico indotto, privi d'attrito volvente sono
pertanto efficienti anche in condizioni estreme di temperatura e non necessitano di lubrificazione.
I cuscinetti magnetici migliorano le prestazioni, l'affidabilit• e la compatibilit• ambientale delle macchine rotanti
aumentndo le loro efficienze.
Struttura
Il cuscinetto € composto da:
… Anello esterno elemento circolare pi† grande ed esterno
… Anello interno elemento circolare pi† piccolo ed interno
… Componente/i di rotolamento nel caso di cuscinetti meccanici sono i vari tipi di rulli e relative gabbie, mentre nel
caso dei cuscinetti magnetici € il campo magnetico generato dagli anelli
Costruzione
I cuscinetti possono essere costruiti in modo da essere:
… Monoelemento il cuscinetto non si puƒ alterare nella sua struttura senza che questo venga danneggiato, in quanto
non € creato per essere diviso nelle sue diverse parti
… Smontabili, classico esempio dei cuscinetti dei mozzi delle biciclette e dei motocicli, dove l'anello esterno viene
tenuto chiuso dalla forcella e il dado (elemento esterno)
… Scomponibili questo cuscinetti si dividono in due mezzelune, in modo da poter essere usati su punti pi† stretti di
alcuni alberi motore e che non permettono un inserimento normale
Descrizione e schermatura
Le sfere e rulli sono mantenuti equidistanti tra di loro mediante una struttura chiamata gabbia la quale puƒ essere in
acciaio, ceramica o materiale plastico, mentre nel caso di cuscinetti magnetici non si ha questa struttura.
Sono commercializzati nella versione:
… Aperta viene impiegata all'interno di cinematismi gi• sigillati, ermetici alla polvere, contenenti olio o grasso
lubrificante, ai quali € affidato il compito di lubrificare oltre al cinematismo anche il cuscinetto
… Chiusa viene impiegata in cinematismi esposti all'ambiente esterno, dove i maggiori nemici del cuscinetto sono
infatti la polvere e l'acqua, pertanto in presenza di questi elementi € indispensabile utilizzare il cuscinetto chiuso,
che possono essere di due tipi:
… Schermati questi cuscinetti sono protetti dalla polvere, in cui le sfere o i rulli sono protetti all'interno dei due
anelli da una coppia di sottili flange metalliche.
… Stagni questi cuscinetti sono protetti dalla polvere e dall'acqua, in cui le sfere o i rulli sono protetti all'interno
dei due anelli da una coppia di sottili flange di gomma, in questo caso il necessario lubrificante, sufficiente per
l'intera vita del cuscinetto, € inserito dal costruttore in fase di assemblaggio.
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Cuscinetto (meccanica)
Lubrificazione dei cuscinetti
La lubrificazione di un cuscinetto a sfere o rulli € fondamentale, in quanto € provato che in assenza di lubrificante
viene danneggiato irrimediabilmente in breve tempo.
La lubrificazione assolve determinate funzioni, ovvero:
… Agevola lo scorrimento delle sfere, o dei rulli, riducendo sensibilmente gli attriti e il consumo delle parti in
movimento.
… Protegge il cuscinetto dalla corrosione degli agenti esterni e dalle impurit•.
… Dissipa il calore che inevitabilmente si crea a causa dello scorrimento e degli attriti.
La lubrificazione puƒ essere sia a grasso che a olio. Solitamente viene utilizzata la lubrificazione a grasso, ma in
condizioni particolari € preferibile quella a olio, in particolare all'interno di meccanismi lubrificati ad olio dove €
difficile, se non impossibile, separare la lubrificazione dei cuscinetti da quella delle altre parti.
Lubrificazione a grasso
La lubrificazione a grasso € preferibile rispetto a quella ad olio ogni qualvolta sia possibile, perch‡ presenta diversi
vantaggi:
… Il grasso € facilmente trattenuto dalla sede.
… Sono sufficienti dispositivi di lubrificazione semplici ed economici.
… Il grasso protegge meglio il cuscinetto dalle impurit• e dalla corrosione.
Per contro, il grasso € utilizzabile solo a velocit• non elevate, non raggiunge supporti difficilmente accessibili e a
causa della sua densit• non si presta alla lubrificazione di piccoli cuscinetti, specialmente a rullini.
L'alloggiamento va riempito di grasso solo per il 30-50%, mentre viene completamente riempito quando la
protezione dalla corrosione € predominante e si hanno velocit• di rotazione molto basse.
Nei piccoli cuscinetti spesso la lubrificazione a grasso viene eseguita una volta per tutte in fase di montaggio, mentre
in quelli di medie e grandi dimensioni va eseguita regolarmente.
Se la rilubrificazione va eseguita a intervalli di tempo regolari, bisogna semplicemente prevedere un coperchio
rimovibile tramite il quale si estrae il vecchio grasso per inserire quello nuovo. Invece se deve essere eseguita pi†
frequentemente bisogna prevedere un ingrassatore che fa sfociare il grasso direttamente sui corpi volventi, e una
camera per quello vecchio.
Un'applicazione diffusissima di cuscinetti lubrificati a grasso € nei mozzi delle ruote dei veicoli.
Lubrificazione ad olio
Questo tipo di lubrificazione va invece preferito quando le condizioni d'impiego sconsigliano l'uso del grasso, ovvero
quando:
…
…
…
…
La velocit• di rotazione del cuscinetto € molto elevata e sconsiglia l'uso di grasso.
Bisogna asportare efficacemente il calore generato dal cuscinetto o proveniente dall'esterno.
I supporti sono difficilmente accessibili e bisogna controllare frequentemente la presenza di lubrificante.
I corpi volventi sono piccoli e difficilmente accessibili dai grassi, come i cuscinetti a rullini.
Naturalmente la lubrificazione ad olio presenta diversi svantaggi, infatti richiede organi di tenuta migliori e pi†
costosi.
Fondamentale € la perfetta tenuta ermetica dei supporti e la possibilit• di controllare la presenza di lubrificante.
Principalmente ci sono 4 diversi tipi di lubrificazione:
… Lubrificazione a bagno d'olio.
… Lubrificazione a circolazione.
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Cuscinetto (meccanica)
… Lubrificazione ad iniezione sotto pressione.
… Lubrificazione a nebbia.
Lubrificazione a bagno d'olio
„ una soluzione semplice ed economica particolarmente indicata quando la velocit• di rotazione € bassa. Durante la
rotazione i corpi volventi pescano l'olio e lo distribuiscono in tutto il cuscinetto.
I corpi volventi sono immersi nell'olio contenuto all'interno dell'alloggiamento. Il livello dell'olio, a cuscinetto fermo,
€ leggermente inferiore al centro del corpo volvente posto pi† in basso. Tale livello puƒ essere ulteriormente ridotto
quando la velocit• di rotazione € particolarmente elevata, al fine di limitare lo sbattimento, e quindi
l'invecchiamento, dell'olio. Proprio a causa di questo sbattimento l'olio in questo sistema deve essere sostituito con
una certa frequenza.
Lubrificazione a circolazione
„ un sistema efficace che consente di avere costantemente nel cuscinetto piccole quantit• d'olio. Il lubrificante puƒ
essere fatto circolare sia internamente che esternamente al cuscinetto.
Nella circolazione interna l'olio viene fatto affluire al cuscinetto tramite apposite bussole coniche che, ruotando ad
alta velocit•, lanciano l'olio sui corpi volventi.
In caso di velocit• particolarmente elevate € preferibile la circolazione esterna, che permette di avere sempre piccole
quantit• di olio nel cuscinetto, mentre il lubrificante viene raffreddato e filtrato, al fine di avere basse temperature
d'esercizio.
Anche gli oliatori a goccia possono essere classificati come a circolazione: in questi sistemi l'olio viene fatto
gocciolare sui corpi volventi e successivamente raccolto in una vaschetta sottostante, avente un foro di sfiato per
convogliare l'olio in eccesso.
Lubrificazione a iniezione
In questo sistema l'olio viene pompato a una pressione elevata tramite una pompa e viene fatto uscire ad elevata
velocit• sui corpi volventi da appositi ugelli. Tale velocit• deve essere elevata, circa 15ˆm/s, e almeno parte dell'olio
deve attraversare il vortice creato dai corpi volventi a elevata velocit•.
Lubrificazione a nebbia
In questo sistema l'olio viene nebulizzato finemente con un getto d'aria da un apposito ugello nebulizzatore.
Viene impiegata aria compressa, che va essiccata e filtrata, a una pressione leggermente superiore a quella
atmosferica. Con questo sistema si ottiene un ottimo raffreddamento del cuscinetto e si realizza un supporto avente
una pressione leggermente superiore a quella atmosferica, il che impedisce l'ingresso di sostanze estranee.
Gioco cuscinetti
I cuscinetti per poter funzionare devono avere un determinato gioco, in modo che andando in temperatura d'esercizio
la loro dilatazione termica non porti a un serraggio del cuscinetto, compromettendo sia la scorrevolezza che la durata
e la resistenza del cuscinetto.
Il gioco in questione € di due tipi:
… Radiale, Gioco che determina lo spostamento radiale (disassamento) dell'anello interno del cuscinetto,
caratterizzato dallo spazio vuoto che si ha tra le sfere/rulli e i due anelli, dove il gioco radiale standard non viene
nominato/trascritto sul cuscinetto, mentre giochi maggiori o minori sono impressi sullo stesso, le sigle che vanno
da C3 in su indicano giochi maggiori, mentre sigle che vanno da C2 in gi† indicano giochi minori;
Esistono anche esecuzioni speciali per questi giochi, dove la sigla del codice di gioco viene munita con il prefisso
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Cuscinetto (meccanica)
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[1]
"SP" e generalmente si ha un gioco intermedio tra due classi giuoco .
… Assiale, Gioco che determina lo spostamento assiale (lungo l'asse) dell'anello interno del cuscinetto[2] .
Bibliografia
… Luigi Caligaris, Stefano Fava, Carlo Tomasello, Manuale di meccanica, Milano, Ulrico Hoepli Editore S.p.A.,
2006. ISBN 88-203-2901-8
Note
[1] Giuoco interno radiale (http:/ / www. skf. com/ portal/ skf/ home/ products?lang=it& maincatalogue=1& newlink=1_4_7) e Tabella 1: Gioco
interno radiale (http:/ / www. skf. com/ skf/ productcatalogue/ jsp/ viewers/ tableViewer. jsp?tableName=1_4_t1. tab& maincatalogue=1&
lang=it)
[2] Gioco interno assiale (http:/ / www. skf. com/ portal/ skf/ home/ products?maincatalogue=1& lang=it& newlink=1_4_8)
Voci correlate
…
…
…
…
…
Attrito
Lubrificante
Bronzina
Boccola o Bussola
Contatto hertziano
Altri progetti
…
Wikimedia Commons contiene file multimediali: http://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Bearings
Collegamenti esterni
… Spiegazione del funzionamento di un cuscinetto (http://science.howstuffworks.com/bearing.htm) inglese
… Dizionario dei cuscinetti SKF (http://www.skf.com/skf/support/html/dictionary/dictionary.jsp?dictPage=u&
lang=it)
… Spiegazione tecnica dei cuscinetti magnetici da Magnetal - un fornitore di cuscinetti magnetici (http://www.
magnetal.se/Technology.html)
Fonti e autori delle voci
Fonti e autori delle voci
Cuscinetto (meccanica) ˆFonte:: http://it.wikipedia.org/w/index.php?oldid=45021717 ˆAutori:: .jhc., A7N8X, Avesan, Biopresto, Cavolo2, Christihan, Djdani, Elwood, Eumolpo, Fedcas,
Guidomac, Icaro, L'alchimista, Lamparo, OriginalP, Ricce, Snowdog, Tiesse, Zorzo Mirco, 40 Modifiche anonime
Fonti, licenze e autori delle immagini
File:BallBearing.gif ˆFonte:: http://it.wikipedia.org/w/index.php?title=File:BallBearing.gif ˆLicenza: Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 Unported ˆAutori:: PlusMinus
File:€•‚ƒ„…†…‡ˆƒ†‰ƒ„ƒ.jpg ˆFonte:: http://it.wikipedia.org/w/index.php?title=File:‰Š‹Œ•Ž•Ž•‘Œ•’Œ•Œ.jpg ˆLicenza: Public Domain ˆAutori:: OWK, Rilegator
File:Four-point-contact-bearing din628 type-qj 120-ex.png ˆFonte:: http://it.wikipedia.org/w/index.php?title=File:Four-point-contact-bearing_din628_type-qj_120-ex.png ˆLicenza: Creative
Commons Attribution 2.5 ˆAutori:: Silberwolf
File:Magneticbearings.jpg ˆFonte:: http://it.wikipedia.org/w/index.php?title=File:Magneticbearings.jpg ˆLicenza: Public Domain ˆAutori:: NASA
Immagine:Commons-logo.svg ˆFonte:: http://it.wikipedia.org/w/index.php?title=File:Commons-logo.svg ˆLicenza: logo ˆAutori:: SVG version was created by User:Grunt and cleaned up by
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