Come scegliere un cuscinetto

Oggi sono disponibili molti tipi diversi di cuscinetti con pochissime informazioni sulle differenze tra loro.Forse ti sei chiesto "quale cuscinetto sarà il migliore per la tua applicazione?"Oppure “come scelgo un rilevamento?”Questo articolo ti aiuterà a rispondere a queste domande.
Innanzitutto devi sapere che la maggior parte dei cuscinetti con elemento volvente rientrano in due grandi gruppi:

Cuscinetti a sfera
Cuscinetti a rulli
All'interno di questi gruppi esistono sottocategorie di cuscinetti che presentano caratteristiche uniche o design ottimizzati per migliorare le prestazioni.
In questo articolo tratteremo le quattro cose che devi sapere sulla tua applicazione per scegliere il giusto tipo di cuscinetto.

Trova il carico del cuscinetto e la capacità di carico
I carichi sui cuscinetti sono generalmente definiti come la forza di reazione che un componente esercita su un cuscinetto quando è in uso.
Quando si sceglie il cuscinetto giusto per la propria applicazione, è necessario innanzitutto individuare la capacità di carico del cuscinetto.La capacità di carico è la quantità di carico che un cuscinetto può sopportare ed è uno dei fattori più importanti nella scelta di un cuscinetto.
I carichi sui cuscinetti possono essere assiali (di spinta), radiali o una combinazione di essi.
Un carico assiale (o reggispinta) si verifica quando la forza è parallela all'asse dell'albero.
Un carico sul cuscinetto radiale si verifica quando la forza è perpendicolare all'albero.Quindi si ha un carico combinato sul cuscinetto quando le forze parallele e perpendicolari producono una forza angolare rispetto all'albero.

Come i cuscinetti a sfera distribuiscono i carichi
I cuscinetti a sfera sono progettati con sfere sferiche e possono distribuire i carichi su una superficie di medie dimensioni.Tendono a funzionare meglio per carichi di piccole e medie dimensioni, distribuendo i carichi tramite un unico punto di contatto.
Di seguito è riportato un riferimento rapido per il tipo di carico del cuscinetto e il miglior cuscinetto a sfere per il lavoro:
Carichi radiali (perpendicolari all'albero) e leggeri: scegliere i cuscinetti a sfere radiali (noti anche come cuscinetti a sfere a gola profonda).I cuscinetti radiali sono alcuni dei tipi di cuscinetti più comuni sul mercato.
Carichi assiali (di spinta) (paralleli all'albero): scegliere i cuscinetti assiali a sfere
Carichi combinati, sia radiali che assiali: scegliere un cuscinetto a contatto angolare.Le sfere entrano in contatto con la pista con un angolo che supporta meglio i carichi combinati.
Cuscinetti a rulli e carico sui cuscinetti
I cuscinetti a rulli sono progettati con rulli cilindrici in grado di distribuire i carichi su una superficie maggiore rispetto ai cuscinetti a sfere.Tendono a funzionare meglio per applicazioni con carichi pesanti.

Di seguito è riportato un rapido riferimento per il tipo di carico del cuscinetto e il miglior cuscinetto a rulli per il lavoro:
Carichi radiali (perpendicolari all'albero): scegliere cuscinetti a rulli cilindrici standard
Carichi assiali (di spinta) (paralleli all'albero): scegliere cuscinetti reggispinta cilindrici
Carichi combinati, sia radiali che assiali: scegli un cuscinetto a rulli conici
Velocità di rotazione
La velocità di rotazione della vostra applicazione è il prossimo fattore da considerare quando si sceglie un cuscinetto.
Se la vostra applicazione funzionerà a velocità di rotazione elevate, i cuscinetti a sfere sono solitamente la scelta preferita.Funzionano meglio a velocità più elevate e offrono una gamma di velocità più elevata rispetto ai cuscinetti a rulli.
Uno dei motivi è che in un cuscinetto a sfere il contatto tra l'elemento volvente e le piste è un punto e non una linea di contatto, come nei cuscinetti a rulli.Poiché gli elementi volventi premono sulla pista mentre rotolano sulla superficie, la deformazione superficiale che si verifica nei carichi concentrati dei cuscinetti a sfere è molto inferiore.

Forza centrifuga e cuscinetti
Un altro motivo per cui un cuscinetto a sfere è migliore per le applicazioni ad alta velocità è a causa delle forze centrifughe.La forza centrifuga è definita come una forza che spinge verso l'esterno un corpo che si muove attorno a un centro e nasce dall'inerzia del corpo.
La forza centrifuga è il principale fattore limitante della velocità del cuscinetto perché si trasforma in carichi radiali e assiali su un cuscinetto.Poiché i cuscinetti a rulli hanno una massa maggiore di quelli a sfere, il cuscinetto a rulli produrrà una forza centrifuga maggiore rispetto a un cuscinetto a sfere della stessa dimensione.

Riduci la forza centrifuga con il materiale delle sfere in ceramica
A volte la velocità di un'applicazione è superiore alla velocità nominale di un cuscinetto a sfere.
Se ciò accade, una soluzione semplice e comune è cambiare il materiale del cuscinetto a sfere da acciaio a ceramica.Ciò mantiene le stesse dimensioni del cuscinetto ma offre una velocità nominale superiore di circa il 25%.Poiché il materiale ceramico è più leggero dell'acciaio, le sfere ceramiche producono meno forza centrifuga per qualsiasi velocità.

Le applicazioni ad alta velocità funzionano meglio con i cuscinetti a contatto angolare
I cuscinetti a contatto angolare sono la scelta migliore per le applicazioni ad alta velocità.Uno dei motivi è che le sfere sono più piccole e le sfere più piccole pesano meno e producono meno forza centrifuga durante la rotazione.I cuscinetti a contatto angolare hanno anche un precarico integrato sui cuscinetti che funziona con le forze centrifughe per far rotolare correttamente le sfere nel cuscinetto.
Se stai progettando un'applicazione ad alta velocità, allora avrai bisogno di un cuscinetto ad alta precisione, solitamente nella classe di precisione ABEC 7.
Un cuscinetto a precisione inferiore ha uno “spazio di manovra” dimensionale maggiore quando viene prodotto rispetto a un cuscinetto ad alta precisione.Pertanto, quando il cuscinetto viene utilizzato a velocità elevate, le sfere rotolano rapidamente sulla pista del cuscinetto con minore affidabilità, il che può portare al guasto del cuscinetto.
I cuscinetti ad alta precisione sono fabbricati secondo standard rigorosi e presentano pochissime deviazioni dalle specifiche al momento della produzione.I cuscinetti ad alta precisione sono affidabili per le applicazioni veloci perché garantiscono una buona interazione tra sfera e pista.

Eccentricità e rigidità dei cuscinetti
L'eccentricità del cuscinetto è la quantità di orbita di un albero dal suo centro geometrico mentre ruota.Alcune applicazioni, come i mandrini per utensili da taglio, consentono solo una piccola deviazione sui suoi componenti rotanti.
Se stai progettando un'applicazione come questa, scegli un cuscinetto ad alta precisione perché produrrà runout del sistema più piccoli a causa delle strette tolleranze con cui è stato prodotto il cuscinetto.
La rigidità del cuscinetto è la resistenza alla forza che provoca la deviazione dell'albero dal proprio asse e svolge un ruolo chiave nel ridurre al minimo l'eccentricità dell'albero.La rigidità del cuscinetto deriva dall'interazione dell'elemento volvente con la pista.Quanto più l'elemento volvente viene premuto sulla pista, provocando una deformazione elastica, tanto maggiore è la rigidità.

La rigidità del cuscinetto è solitamente classificata in base a:
Rigidità assiale
Rigidità radiale
Maggiore è la rigidità del cuscinetto, maggiore è la forza necessaria per spostare l'albero durante l'uso.
Diamo un'occhiata a come funziona con i cuscinetti a contatto angolare di precisione.Questi cuscinetti sono generalmente dotati di un offset prodotto tra la pista interna ed esterna.Quando vengono installati i cuscinetti a contatto angolare, viene eliminato lo sfalsamento che fa sì che le sfere premano nella pista senza alcuna forza di applicazione esterna.Questo è chiamato precarico e il processo aumenta la rigidità del cuscinetto anche prima che il cuscinetto subisca qualsiasi forza applicata.

Lubrificazione dei cuscinetti
Conoscere le esigenze di lubrificazione dei cuscinetti è importante per scegliere i cuscinetti giusti e deve essere considerato nelle prime fasi della progettazione dell'applicazione.Una lubrificazione impropria è una delle cause più comuni di guasto dei cuscinetti.
La lubrificazione crea una pellicola d'olio tra l'elemento volvente e la pista del cuscinetto che aiuta a prevenire l'attrito e il surriscaldamento.
Il tipo più comune di lubrificazione è il grasso, che consiste in un olio con un agente addensante.L'agente addensante mantiene l'olio in posizione, quindi non lascerà il cuscinetto.Quando la sfera (cuscinetto a sfere) o il rullo (cuscinetto a rulli) rotolano sul grasso, l'agente addensante si separa lasciando solo una pellicola d'olio tra l'elemento volvente e la pista del cuscinetto.Dopo il passaggio dell'elemento volvente, l'olio e l'addensante si riuniscono.
Per le applicazioni ad alta velocità, è importante conoscere la velocità alla quale l'olio e l'addensante possono separarsi e ricongiungersi.Questo è chiamato valore dell'applicazione o del cuscinetto n*dm.
Prima di selezionare un grasso, è necessario trovare il valore ndm della propria applicazione.Per fare ciò moltiplica i giri della tua applicazione per il diametro del centro delle sfere nel cuscinetto (dm).Confronta il tuo valore ndm con il valore di velocità massima del grasso, situato sulla scheda tecnica.
Se il valore n*dm è superiore al valore della velocità massima del grasso sulla scheda tecnica, il grasso non sarà in grado di fornire una lubrificazione sufficiente e si verificherà un guasto prematuro.
Un'altra opzione di lubrificazione per le applicazioni ad alta velocità sono i sistemi a nebbia d'olio che miscelano l'olio con l'aria compressa e quindi lo iniettano nella pista del cuscinetto a intervalli misurati.Questa opzione è più costosa della lubrificazione a grasso perché richiede un sistema di miscelazione e dosaggio esterno e aria compressa filtrata.Tuttavia, i sistemi a nebbia d'olio consentono ai cuscinetti di funzionare a velocità più elevate generando una quantità di calore inferiore rispetto ai cuscinetti ingrassati.
Per le applicazioni a velocità inferiori è comune un bagno d'olio.Un bagno d'olio avviene quando una parte del cuscinetto è immersa nell'olio.Per i cuscinetti che funzionano in ambienti estremi, è possibile utilizzare un lubrificante secco al posto di un lubrificante a base di petrolio, ma la durata del cuscinetto è generalmente ridotta a causa della natura della pellicola di lubrificante che si rompe nel tempo.Ci sono un paio di altri fattori che devono essere considerati quando si seleziona un lubrificante per la propria applicazione, consultare il nostro articolo approfondito "Tutto quello che c'è da sapere sulla lubrificazione dei cuscinetti.

Sommario: Come scegliere un cuscinetto
Come scegliere il cuscinetto giusto per la vostra applicazione:

Trova il carico del cuscinetto e la capacità di carico
Innanzitutto, conoscere il tipo e la quantità di carico che l'applicazione applicherà al cuscinetto.I carichi di piccole e medie dimensioni di solito funzionano meglio con i cuscinetti a sfera.Le applicazioni con carichi pesanti di solito funzionano meglio con i cuscinetti a rulli.

Conosci la velocità di rotazione della tua applicazione
Determina la velocità di rotazione della tua applicazione.Le alte velocità (RPM) di solito funzionano meglio con i cuscinetti a sfera, mentre le velocità inferiori di solito funzionano meglio con i cuscinetti a rulli.

Fattore di eccentricità e rigidità del cuscinetto
Vuoi anche determinare che tipo di runout consentirà la tua applicazione.Se l'applicazione consente solo piccole deviazioni, molto probabilmente la scelta migliore è un cuscinetto a sfere.

Trova la lubrificazione giusta per le tue esigenze di cuscinetti
Per le applicazioni ad alta velocità, calcola il valore n*dm e, se è superiore alla velocità massima del grasso, il grasso non sarà in grado di fornire una lubrificazione sufficiente.Ci sono altre opzioni come la nebulizzazione d'olio.Per le applicazioni a bassa velocità, un bagno d'olio è una buona scelta.
Domande?I nostri ingegneri in loco saranno lieti di confrontarti con te e aiutarti a scegliere il cuscinetto migliore per la tua applicazione.