Nozioni di base sui cuscinetti a strisciamento

Di Mike Santora | 5 settembre 2017

I cuscinetti radenti sono manicotti cilindrici che sopportano carichi radiali da leggeri a moderati. Scorrono radialmente o assialmente sugli alberi per consentire il movimento rotatorio o lineare (o talvolta entrambi) di questi carichi. I cuscinetti radenti di tutti i tipi sono compatti e leggeri con un elevato rapporto resistenza/peso. I cuscinetti radenti non hanno nessuna delle parti mobili dei cuscinetti a elementi volventi, quindi riducono al minimo i punti di guasto; sono anche convenienti anche per applicazioni abbastanza robuste. Variazioni comuni sono i cuscinetti a manicotto metallico (che spesso sopportano carichi su un film idrodinamico o di lubrificazione completo) e i cuscinetti in plastica autolubrificanti in una serie di geometrie per boccole, cuscinetti reggispinta e applicazioni a scorrimento integrale.

Le superfici dell'albero per l'accoppiamento con cuscinetti a strisciamento non devono essere troppo lisce o ruvide.

Le valutazioni dei cuscinetti a strisciamento si basano in parte sui risultati dei test e sul modulo di elasticità del materiale, resistenza alla flessione, durezza Shore-D, pressione superficiale massima e velocità di funzionamento, rotazione e capacità di carico massima, con quest'ultima correlata alla compressione del materiale del cuscinetto a strisciamento limite. (Qui, ricordiamo che il limite di compressione è il punto in cui si verifica una deformazione permanente dello 0,2%.)

Inoltre, un valore pressione-velocità (PV) esprime la capacità di carico del cuscinetto, solitamente in psi il numero di giri dell'albero. Tuttavia, si noti che i valori PV sono solo uno dei fattori che aiutano a determinare la capacità di carico complessiva di un cuscinetto, soprattutto laddove le espressioni PV potrebbero indurre in errore gli ingegneri a pensare che un cuscinetto possa sopportare carichi eccessivamente elevati se la velocità è molto bassa. In altre parole, l’uso dei valori PV richiede la considerazione simultanea della velocità reale e dei limiti di carico.

Come accennato in precedenza, i cuscinetti a scorrimento sono costituiti da grafite, bronzo e materie plastiche che includono PTFE, nylon e poliacetale. I miglioramenti dei materiali hanno reso i cuscinetti in plastica sempre più comuni, anche nelle applicazioni di movimento più impegnative.

Materiale dell'albero e usura dei cuscinetti

Gli alberi su cui scorrono i cuscinetti hanno un impatto significativo sulle prestazioni e sulla durata dei cuscinetti. Un'opzione comune è l'acciaio al carbonio laminato a freddo. Questo materiale dell'albero costituisce una superficie di accoppiamento adatta per cuscinetti a scorrimento in polimeri. Le superfici degli alberi in ceramica inducono una maggiore usura, anche se talvolta vengono scelte per la loro capacità di resistere a condizioni ambientali difficili. Sebbene gli alberi in alluminio siano leggeri e facili da lavorare, comportano anche un'usura accelerata dei cuscinetti. L'albero in alluminio anodizzato migliora leggermente le prestazioni di assemblaggio.

Le scariche statiche incontrollate possono influenzare negativamente i componenti elettronici, ostacolare i processi produttivi o addirittura contribuire al rischio di incendio. Ora, i cuscinetti autolubrificanti F2 EDS di igus offrono proprietà di scarica elettrostatica (ESD) per tali applicazioni. La sua bassa resistenza superficiale (103 e 109 Ω sulla geometria del componente) riduce il livello di tensione di carica e aiuta la ricarica.

Infatti, le superfici dell'albero per l'accoppiamento con i cuscinetti a strisciamento non dovrebbero essere troppo lisce o ruvide. Superfici eccessivamente lisce causeranno variazioni di adesione stick-slip, causando a loro volta una maggiore resistenza all'attrito al movimento del cuscinetto. Una maggiore disparità tra attrito dinamico e statico comporterà un’usura più rapida dei cuscinetti e un movimento a scatti. Al contrario, le superfici degli alberi eccessivamente ruvide abradono rapidamente i cuscinetti a strisciamento. Infatti, i tassi di usura indotti dalle interfacce albero-cuscinetto possono variare di centinaia di volte. Alcuni produttori consigliano finiture della superficie dell'albero fino a 64 valori quadratici medi (rms) per applicazioni di precisione che richiedono un basso attrito; un albero più liscio con rugosità di circa 20 rms è più adatto laddove un obiettivo di progettazione è una lunga durata dei cuscinetti.

Ricordiamo che l'espressione efficace della rugosità superficiale deriva dalle misurazioni dei picchi e degli avvallamenti microscopici di una superficie. Ra è una misura alternativa utilizzata da alcuni nel settore per quantificare la rugosità, in questo caso come rugosità media dei picchi e degli avvallamenti di una superficie. Quindi le due misure esprimono la stessa qualità, solo in formati diversi. Si noti che picchi o difetti ampi e periferici sulla superficie di un albero influenzeranno il valore RMS più del suo valore Ra equivalente.