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Cuscinetti radenti e volventi: vantaggi, svantaggi e principali differenze in sintesi
Ti piacerebbe utilizzare un cuscinetto a strisciamento ma non sei sicuro che sia davvero la scelta migliore rispetto ad un cuscinetto volvente? Qual è il cuscinetto che si adatta maggiormente alla tua applicazione?
Partiamo quindi cercando di identificare la differenza che intercorre tra un cuscinetto volvente (a sfere/rulli) e un cuscinetto radente (a strisciamento). Come? Analizzando la differenza tra questi due cuscinetti che, essenzialmente, risiede nel tipo di movimento.
Cuscinetti radenti (o a strisciamento)
La tecnologia dei cuscinetti a strisciamento in breve
Tutti i cuscinetti radenti si basano sullo strisciamento tra due superfici ed è proprio questo il principio di funzionamento: il movimento relativo tra i cuscinetti stessi e le parti della macchina.
Diversamente dai cuscinetti a rulli, ad aghi o a sfere, i cuscinetti a strisciamento non sono costituiti da diverse parti mobili. Essi sono componenti monoblocco e, al massimo, sono costituiti da diversi materiali saldamente legati tra loro, che hanno lo scopo di conferire ai cuscinetti caratteristiche differenti.
Le boccole generalmente possono essere in: bronzo, acciaio, nylon, teflon alluminio e polimeri.
Cuscinetti volventi (o a sfere)
La tecnologia dei cuscinetti a sfere in breve
A differenza dei loro cugini radenti, i cuscinetti volventi sono composti da diversi elementi (nel caso dei cuscinetti a sfera sono piccole sfere o rulli che si trovano tra due anelli, uno fisso e uno mobile), tra questi troviamo le parti mobili, e sono proprio loro a indurre il movimento al cuscinetto stesso. Il loro principale scopo è quello di ridurre l’attrito tra le superfici in movimento. I cuscinetti volventi si muovono quindi su superfici molto lisce e hanno spesso bisogno di lubrificanti, il che riduce notevolmente l’energia dissipata sotto forma di calore.
Le piste dei cuscinetti volventi generalmente possono essere in: acciaio, ceramica e polimero
Una questione di attrito
La differenza sostanziale tra l’attrito dei cuscinetti radenti e l’attrito dei cuscinetti volventi risiede nella modalità con cui questi due tipi di cuscinetti gestiscono il contatto tra le superfici in movimento.
Nei cuscinetti a strisciamento (radenti) la superficie scorre contro l’asse o l’alloggiamento dell’apparecchio generando un attrito per scivolamento grazie ad un contatto diretto tra le due superfici. Adatto ad applicazioni gravose e/o lente anche in presenza di carichi elevati
Invece, i cuscinetti a rulli/sfere (volventi), rotolando sulle loro parti mobili generano un attrito di tipo rotativo. Adatti ad per applicazioni ad alta velocità e carichi moderati.
L’attrito radente si comporta quindi in modo fondamentalmente diverso dall’attrito volvente e pone requisiti diversi alle superfici e alle proprietà dei materiali. Questo diverso comportamento influisce sull’applicazione nel suo complesso. Le coppie motrici da applicare sono talvolta più elevate rispetto ai cuscinetti a sfera.
Le doti del cuscinetto a strisciamento
La struttura a strati o il design monolitico offrono grandi vantaggi. Il design consente di risparmiare spazio, peso e costi di installazione rispetto ai più complessi cuscinetti a rulli, ad aghi o a sfere. Inoltre, i cuscinetti a strisciamento sono generalmente meno sensibili agli agenti contaminanti, come polvere e sporcizia. A differenza della maggior parte dei cuscinetti a rulli, ad aghi e a sfere, i cuscinetti a strisciamento non necessitano di lubrificazione permanente.
La sfida del cuscinetto a strisciamento
La principale sfida è la dissipazione del calore. I cuscinetti a strisciamento generano più calore per attrito a velocità e carichi elevati. Questo calore deve essere evitato o dissipato mediante lubrificazione o materiali dissipativi adeguati. I valori limite esatti dipendono dal rispettivo cuscinetto a strisciamento e sono specificati dal produttore.
Le doti del cuscinetto a sfere
La composizione dei cuscinetti a sfera, invece, porta grandi vantaggi dal punto di vista della riduzione dell’attrito, generando un basso attrito rotazionale quando le sfere interne ruotano tra gli anelli esterni ed interni del cuscinetto. Ciò si traduce in una maggiore efficienza meccanica, fondamentale soprattutto nelle applicazione dove il trasferimento di potenza è essenziale. Inoltre, potendo gestire rapide rotazioni, risultano adatti alla velocità, limitando il problema del surriscaldamento e conseguente usura dello stesso.
La sfida del cuscinetto a sfere
Anche loro però vanno incontro a dei limiti e delle sfide, i cuscinetti a sfere necessitano comunque di lubrificazione per funzionare correttamente. In caso di mancata lubrificazione si andrebbe incontro ad aumento dell’attrito e un aumento significativo dell’usura. Ciò si traduce in una diminuzione della vita utile ed dell’efficienza del componente, aumentando i rischi di fermo macchina imprevisti. Inoltre i cuscinetti a sfere possono essere più costosi rispetto ad altre soluzioni e incontrano dei limiti quando ci sono applicazioni con carichi molto elevati o condizioni estreme/speciali.
Due problemi, una soluzione
Come abbiamo potuto constatare entrambi i cuscinetti hanno un punto debole in comune: la necessità di lubrificazione, che permette di ovviare ai problemi di tipo meccanico che possono sorgere durante l’utilizzo.
Tuttavia, questa lubrificazione può incidere significativamente in termini di costi, tempo e risorse e può causare problemi di contaminazione ambientale.
Per questo igus, ha sviluppato cuscinetti radenti e volventi in iglidur (il materiale autolubrificante composto da tribo polimeri). Una soluzione che permette di azzerare costi e tempi per manutenzione e lubrificazione, riducendo notevolmente i fermi macchina. iglidur, inoltre, ha fatto da apripista per lo studio di moltissime altre varianti dedicate a differenti settori con esigenze specifiche (dai materiali per il contatto con gli alimenti ai materiali resistenti a temperature fino a 250°)
Quindi, mettiamo a confronto le due tipologie di cuscinetto:
Cuscinetti radienti
VANTAGGI
✅Ingombro o spazio di installazione molto ridotto
✅Struttura semplice
✅Efficienza dei costi grazie a una produzione meno complessa
✅Leggerezza, grazie alla struttura più semplice
✅Facilità di montaggio e smontaggio
✅Smorzamento delle vibrazioni (a seconda del materiale)
✅Adatto a sopportare carichi elevati anche a lungo termine
✅Funzionamento silenzioso grazie all'assenza di parti in movimento
SVANTAGGI
❌Le combinazioni di velocità e carico elevate generano molto calore
❌In alcuni casi sono necessarie coppie di azionamento più elevate
❌Gioco del cuscinetto obbligatorio
❌Sono necessari ulteriori sistemi di raffreddamento e di dissipazione del calore
Cuscinetti volventi
VANTAGGI
✅Ideale in una vasta gamma di applicazioni senza ulteriori sistemi di raffreddamento
✅Adatti per applicazioni ad alta velocità
✅Ampia gamma di dimensioni e tipologie di cuscinetti volventi disponibili sul mercato
✅Riduzione dell'attrito grazie agli elementi volventi
✅Minore generazione di calore a velocità elevate (rispetto ai cuscinetti a strisciamento)
✅Possibilità di utilizzare coppie di azionamento più basse in alcune applicazioni
SVANTAGGI
❌Necessaria lubrificazione e manutenzione periodica
❌Possibile rumore e vibrazioni a causa del movimento degli elementi volventi
❌Limiti per applicazioni in ambienti estremamente caldi/corrosivi, a meno che siano utilizzati materiali speciali
❌Possibile aumento della resistenza all'attrito (rispetto ai cuscinetti a strisciamento)
❌Maggiore complessità strutturale e costi di produzione maggiori
❌Maggiore peso a causa della presenza di elementi volventi
