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?"O "come scelgo un cuscinetto?"Questo articolo ti aiuterà a rispondere a queste domande.
Prima di tutto, devi sapere che la maggior parte dei cuscinetti con elemento volvente si divide in due grandi gruppi:

Cuscinetti a sfera
Cuscinetti a rulli
All'interno di questi gruppi, ci sono sottocategorie di cuscinetti che hanno 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 durante l'uso.
Quando si sceglie il cuscinetto giusto per la propria applicazione, occorre prima 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 (spinta), radiali o una combinazione.
Un carico del cuscinetto assiale (o di spinta) è quando la forza è parallela all'asse dell'albero.
Un carico del cuscinetto radiale è quando la forza è perpendicolare all'albero.Quindi un carico di cuscinetto combinato è quando le forze parallele e perpendicolari producono una forza angolare rispetto all'albero.

Come i cuscinetti a sfera distribuiscono i carichi
I cuscinetti a sfere sono progettati con sfere sferiche e possono distribuire i carichi su una superficie di medie dimensioni.Tendono a funzionare meglio per carichi di dimensioni medio-piccole, 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 cuscinetti radiali a sfere (noti anche come cuscinetti radiali a sfere).I cuscinetti radiali sono alcuni dei tipi più comuni di cuscinetti sul mercato.
Carichi assiali (spinta) (paralleli all'albero): scegliere cuscinetti assiali a sfere
Carichi combinati, sia radiali che assiali: scegli un cuscinetto a contatto obliquo.Le sfere entrano in contatto con la pista con un angolo che supporta meglio i carichi combinati.
Cuscinetti a rulli e carico del cuscinetto
I cuscinetti a rulli sono progettati con rulli cilindrici in grado di distribuire i carichi su una superficie più ampia rispetto ai cuscinetti a sfera.Tendono a funzionare meglio per le applicazioni con carichi pesanti.

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

Forza centrifuga e cuscinetti
Un altro motivo per cui un cuscinetto a sfere è migliore per le applicazioni ad alta velocità è dovuto alle forze centrifughe.La forza centrifuga è definita come una forza che spinge verso l'esterno su un corpo che si muove attorno a un centro e nasce dall'inerzia del corpo.
La forza centrifuga è il principale fattore limitante per la velocità del cuscinetto perché si trasforma in carichi radiali e assiali su un cuscinetto.Poiché i cuscinetti a rulli hanno una massa maggiore rispetto a un cuscinetto 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 sfera dall'acciaio alla 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 in ceramica producono meno forza centrifuga per una data velocità.

Le applicazioni ad alta velocità funzionano meglio con i cuscinetti a contatto obliquo
I cuscinetti a contatto obliquo 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 obliquo 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 vorrai un cuscinetto ad alta precisione, solitamente all'interno della classe di precisione ABEC 7.
Un cuscinetto di precisione inferiore ha più "spazio di manovra" dimensionale quando viene prodotto rispetto a un cuscinetto di alta precisione.Pertanto, quando il cuscinetto viene utilizzato a velocità elevate, le sfere rotolano rapidamente sulla pista di rotolamento del cuscinetto con minore affidabilità, il che può portare a un cedimento del cuscinetto.
I cuscinetti ad alta precisione sono fabbricati con standard rigorosi e hanno una minima deviazione dalle specifiche quando vengono prodotti.I cuscinetti ad alta precisione sono affidabili per le applicazioni che vanno veloci perché assicurano una buona interazione tra sfera e pista.

Eccentricità e rigidità del cuscinetto
L'eccentricità del cuscinetto è la quantità che un albero orbita dal suo centro geometrico mentre ruota.Alcune applicazioni, come i mandrini degli utensili da taglio, consentiranno solo una piccola deviazione sui suoi componenti rotanti.
Se stai progettando un'applicazione come questa, scegli un cuscinetto ad alta precisione perché produrrà runout di 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 fa deviare l'albero dal suo asse e svolge un ruolo chiave nel ridurre al minimo l'oscillazione dell'albero.La rigidità del cuscinetto deriva dall'interazione dell'elemento volvente con la pista di rotolamento.Quanto più l'elemento volvente viene premuto nella pista di rotolamento, provocando una deformazione elastica, tanto maggiore è la rigidità.

La rigidità del cuscinetto è generalmente 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 obliquo di precisione.Questi cuscinetti sono generalmente dotati di un offset fabbricato tra la pista di rotolamento interna ed esterna.Quando i cuscinetti a contatto obliquo sono installati, l'offset viene rimosso, il che fa sì che le sfere premano nella pista di rotolamento senza alcuna forza di applicazione esterna.Questo si chiama precarico e il processo aumenta la rigidità del cuscinetto anche prima che il cuscinetto veda alcuna forza di applicazione.

Lubrificazione dei cuscinetti
Conoscere le proprie esigenze di lubrificazione dei cuscinetti è importante per la scelta dei cuscinetti giusti e deve essere preso in considerazione all'inizio della progettazione di un'applicazione.Una lubrificazione impropria è una delle cause più comuni di cedimento 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 il velo d'olio tra l'elemento volvente e la pista del cuscinetto.Dopo il passaggio dell'elemento volvente, l'olio e l'agente addensante si uniscono nuovamente.
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 applicazione o cuscinetto valore n*dm.
Prima di selezionare un grasso, è necessario trovare il valore ndm delle applicazioni.Per fare ciò, moltiplica gli RPM delle tue applicazioni per il diametro del centro delle sfere nel cuscinetto (dm).Confronta il tuo valore ndm con il valore della velocità massima del grasso, che si trova 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 applicazioni ad alta velocità sono i sistemi a nebbia d'olio che mescolano l'olio con l'aria compressa e poi 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 lubrificati.
Per applicazioni a bassa velocità è comune un bagno d'olio.Un bagno d'olio è quando una parte del cuscinetto è immersa nell'olio.Per i cuscinetti che operano in ambienti estremi, è possibile utilizzare un lubrificante a secco invece di un lubrificante a base di petrolio, ma la durata del cuscinetto è generalmente ridotta a causa della natura della pellicola del 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, vedere 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 tua applicazione:

Trova il carico del cuscinetto e la capacità di carico
In primo luogo, conoscere il tipo e la quantità di carico del cuscinetto che l'applicazione applicherà al cuscinetto.I carichi medio-piccoli 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 velocità elevate (RPM) di solito funzionano meglio con i cuscinetti a sfera e le velocità inferiori di solito funzionano meglio con i cuscinetti a rulli.

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

Trova la giusta lubrificazione per le tue esigenze di cuscinetti
Per applicazioni ad alta velocità, calcola il tuo 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 l'appannamento dell'olio.Per applicazioni a bassa velocità, un bagno d'olio è una buona scelta.
Domande?I nostri ingegneri in loco saranno lieti di confrontarsi con te e aiutarti a scegliere il cuscinetto migliore per la tua applicazione.