DEFINIZIONE DI CUSCINETTO

Prende il nome di cuscinetto l’elemento destinato a ricevere e sopportare un albero rotante.

Possiamo distinguere due categorie di cuscinetti: ad attrito radente, detti comunemente Bronzine, nei quali si ha un contatto di strisciamento fra la superficie del cuscinetto e quella dell’albero (contatto che può essere diretto oppure mediato dalla interposizione di un velo lubrificante), e quelli ad attrito volvente, detti di rotolamento, nei quali fra albero e sede vengono interposti dei corpi volventi (sfere, rulli e rullini) in modo da diminuire l’attrito trasformandolo da radente in volvente.

A seconda della direzione del carico, si possono ancora distinguere in cuscinetti portanti o radiali (direzione del carico perpendicolare all’asse di rotazione dell’albero), cuscinetti di spinta o assiali (direzione del carico diretta lungo l’asse di rotazione dell’albero) e misti o obliqui (direzione del carico inclinata rispetto all’asse di rotazione dell’albero).


BRONZINE

Il cuscinetto radente (Bronzina) è costituito da un elemento cilindrico cavo serrato entro il foro di un elemento detto Sopporto (Supporto), nel quale va ad inserirsi l’albero rotante.

Il diametro del foro della Bronzina è leggermente maggiore (decimi di millimetro e anche meno) del diametro dell’albero per permettere l’introduzione e il mantenimento di un certo velo di lubrificante, destinato a sopportare il carico applicato impedendo il contatto diretto tra albero e cuscinetto e quindi un veloce deterioramento di quest’ultimo.

Il lubrificante viene inserito nei cuscinetti tramite oliatori o ingrassatori nel caso di lubrificazione naturale oppure inviato in pressione nel suddetto meato tra albero e cuscinetto nel caso di lubrificazione forzata.


Materiali per bronzine

I materiali usati per la realizzazione delle Bronzine devono avere certe caratteristiche. Le più importanti sono:

1. basso coefficiente di attrito, in modo da ridurre al minimo la potenza dissipata e quindi il calore generato dall’accoppiamento;
2. elevata resistenza meccanica e resistenza a fatica, per poter sopportare le elevate sollecitazioni;
3. buona durezza superficiale, la quale però deve essere inferiore a quella dell’albero affinché l’usura dell’accoppiamento sia concentrata sulla bronzina, di facile ed economica sostituzione;
4. costanza delle caratteristiche meccaniche con il variare della temperatura;
5. resistenza alla corrosione in ambiente acido (come quello dovuto alla presenza di lubrificante);
6. elevata conducibilità termica per poter smaltire al meglio il calore generato;

Fra i materiali più usati abbiamo la Ghisa Perlitica (contenente carbonio sotto forma di grafite fine), i Bronzi allo Stagno, allo Zinco e al Piombo (da cui il nome bronzine) e le leghe antifrizione, costituite dai metalli bianchi che possono essere a base di stagno e piombo o a base di stagno e zinco.

Esistono anche dei cuscinetti autolubrificanti in materiale sinterizzato con base di polveri metalliche (generalmente rame e ferro) nei quali gli spazi fra un grano e l’altro sono riempiti di grasso che si scioglie sotto effetto del calor sviluppato durante il funzionamento provvedendo a lubrificare il tutto; quando velocità e calore diminuiscono, parte del grasso viene riassorbito grazie alla capillarità dai pori del cuscinetto. Si ha così una specie di regolazione automatica della lubrificazione.


Caratteristiche costruttive delle bronzine

Le Bronzine possono essere costruite in un sol pezzo successivamente forzato nella sede del supporto oppure in due metà, due gusci, in modo da rendere possibile il loro montaggio anche in parti non accessibili con bronzine in un sol pezzo, come ad esempio le Bronzine di biella degli alberi a gomito.

Le Bronzine possono essere costituite unicamente da uno dei materiali citati oppure, più frequentemente, una bussola di un altro materiale (tipo di acciaio) rivestita di metallo antifrizione fuso e colato nel cuscinetto. Per favorire l’aderenza di questo rivestimento, la bussola è dotata di scanalature con forma a coda di rondine.

Per trattenere nel cuscinetto il lubrificante e consentirne una distribuzione quanto più possibile uniforme in tutti i punti, le Bronzine sono spesso dotate di scanalature di varia forma (ad esempio a zampa di ragno). Di solito si tratta di scanalature che tendono a distribuire il lubrificante in tutta la lunghezza dell’accoppiamento e a convogliare verso il centro quello che fluirebbe all’esterno.
E’ necessario che queste scanalature siano studiate in modo particolare perché altrimenti il loro effetto potrebbe diventare dannoso: è necessario in particolare che la metà della bronzina che viene caricata non abbia scanalature che portino di fatto ad una diminuzione della capacità di carico.


CUSCINETTI DI ROTOLAMENTO

I cuscinetti di rotolamento sono nati allo scopo di diminuire l’attrito fra albero (oppure perno) e supporto trasformandolo in attrito volvente, assai inferiore a quello radente con corretta lubrificazione mediamente di circa 10 volte.

Un cuscinetto di rotolamento è costituito in generale dalle seguenti parti:

• un anello interno che viene montato sull’albero
• un anello esterno che viene montato nel supporto (uno o entrambi questi componenti possono talvolta mancare, come a esempio nelle gabbie a rullini)
• una serie di corpi volventi, che possono essere sfere, rulli e rullini, rotolanti in apposite piste ricavate negli anelli (cementate e rettificate per ridurre attriti e aumentare la resistenza all’usura) e tenuti assieme ad opportuna distanza da una gabbia distanziatrice.

I vantaggi principali che i cuscinetti volventi garantiscono rispetto alle bronzine sono:

1. minore coefficiente di attrito (dovuto alla nota trasformazione dell’attrito);
2. facilità di avviamento anche in condizioni di scarsa lubrificazione dovuta al fatto che il coefficiente di attrito si mantiene costante al variare dl regime;
3. economia di lubrificante, i quanto nei cuscinetti volventi ha i solo scopo di ridurre i piccoli attriti tra corpi volventi e gabbia distanziatrice e l’attrito dovuto alla deformabilità dei corpi volventi e degli anelli nei punti di contatto;
4. spese di manutenzione minori;
5. minori temperature nei supporti dovute al minore attrito;
6. unificazione delle dimensioni di ingombro e quindi perfetta intercambiabilità o quasi dei cuscinetti su pezzi provenienti da reparti diversi.

Per contro, i principali svantaggi, sempre rispetto alle bronzine, sono:

1. ingombri maggiori;
2. impossibilità di una esecuzione in 2 metà e quindi mancato uso con alberi di forma particolare quali gli alberi a gomito in un sol pezzo.

Breve classificazione dei cuscinetti di rotolamento

In base alla forma dei corpi volventi si hanno cuscinetti a sfere, a rulli cilindrici, a rulli conici, a rulli a botte e a rullini.
A seconda del numero di corone di corpi volventi si hanno cuscinetti ad una o a due corone di sfere o rulli.
A seconda della direzione del carico che devono supportare, come abbiamo già visto si distinguono i cuscinetti radiali, assiali e misti.
Si hanno infine cuscinetti rigidi se gli assi degli anelli sono coincidenti, orientabili se i due assi possono orientarsi tra loro in posizioni diverse mantenendo fisso un punto comune che chiamato centro del cuscinetto.


Cenni sul montaggio dei cuscinetti a rotolamento

I cuscinetti di rotolamento vengono costruiti con superfici accuratamente rettificate.

I radiali vengono costruiti con un certo gioco interno per lasciare ai corpi volventi un certa libertà fra gli anelli in modo da compensare automaticamente lievi dilatazioni o contrazioni degli anelli stessi per forzamento in fase di montaggio.

Nelle applicazioni di questi cuscinetti debbono essere tenute presenti alcune norme di montaggio, la cui inosservanza può causare la rottura del cuscinetto stesso molto rapidamente.

Una prima regola da seguire è quella di non montare mai cuscinetti radiali rigidi quando non si ha la certezza della perfetta coassialità dei supporti, né tantomeno cuscinetti assiali rigidi quando la sede di appoggio non è perfettamente (o quasi) perpendicolare all’asse dell’albero. In caso contrario si possono verificare situazioni nelle quali il cuscinetto funziona in modo cinematicamente scorretto generando quindi forti attriti per lo strisciamento (e non il corretto rotolamento) dei corpi volventi sulle piste e con sovraccarichi sugli stessi dovuti alla distribuzione non uniforme del carico.
Nella maggior parte di questi casi si può facilmente risolvere il problema con l’impiego dei corrispondenti cuscinetti orientabili.

Un’altra norma da tenere presente nel montaggio dei radiali (sia rigidi che orientabili) è quella che impone che il bloccaggio assiale dell’albero rispetto al supporto sia affidato ad un solo cuscinetto, mentre l’altro o gli altri debbono potersi spostare assialmente in modo da permettere eventuali dilatazioni o contrazioni del sistema ed evitare forzamenti in fase di montaggio.

L’anello al quale è affidato il compito di scorrere assialmente deve essere montato libero nella sua sede, è opportuno pertanto che quest’ultima sia progettata in modo da non presentare discontinuità.

Quando il cuscinetto è alloggiato in un supporto in due metà è opportuno che non resti gioco fra le due parti nel serraggio, in quanto un serraggio eccessivo potrebbe causare l’ovalizzazione dell’anello esterno con conseguente sovraccarico e rapida usura dei corpi volventi: la “scatola” quindi dovrà essere alesata solo dopo aver serrato le due parti.



Ps: nell’articolo è stata tralasciata la descrizione delle categorie dei cuscinetti volventi a causa della sua vastità e particolarità, che meriterebbe uno studio molto più accurato.