Come scegliere un cuscinetto?

I cuscinetti, così come le bronzine, riducono l’attrito in un meccanismo in rotazione tra due parti. A seconda della direzione, assiale o radiale, della forza che subiscono, i cuscinetti apparterranno a categorie diverse. I cuscinetti sono composti da elementi rotativi, nella maggior parte dei casi da sfere, da rullini o da rulli, che a loro volta possono essere conici, o cilindrici.

Cuscinetti: consultare i prodotti

Che cos'è un cuscinetto?

Cuscinetti della marca TIMKEN
Cuscinetti della marca TIMKEN

I cuscinetti sono congegni meccanici di alta precisione che hanno la funzione di guidare un insieme di componenti in rotazione; più precisamente, consentono la rotazione di un elemento rispetto ad un altro nonché a due organi meccanici di muoversi a più velocità e di sopportare efficacemente carichi notevoli. Questi dispositivi devono garantire notevole precisione, avere una durata di vita elevata ed essere in grado di funzionare a grande velocità pur riducendo al minimo rumore e vibrazioni.

I cuscinetti trovano impiego in tutte le applicazioni, come ad esempio l’industria automotive, il settore aerospaziale, le macchine da cantiere, le macchine-utensili, ecc.

Esistono numerosi tipi di cuscinetti, tra i quali però si distinguono quattro categorie principali: i cuscinetti a sfere, che sono i più diffusi, i cuscinetti a rulli cilindrici, i cuscinetti a rulli conici e i cuscinetti a rullini. Ognuno di questi meccanismi presenta vantaggi e inconvenienti. È per questa ragione, più precisamente per determinare quale tipo di cuscinetto sia il più adatto alle vostre esigenze, che vi consigliamo di compararli tra loro.

Tipi di cuscinetti

  • cuscinetti a sfere
  • cuscinetti a rulli cilindrici
  • cuscinetti a rulli conici
  • cuscinetti a rullini

Quale cuscinetto scegliere?

Per scegliere un cuscinetto dovete prendere in considerazione diversi fattori. Il primo fattore di cui tenere conto è il carico che il cuscinetto è in grado di sopportare. Esistono due tipi di carichi: assiali , ossia paralleli all’asse di rotazione, e radiali , ossia perpendicolari all’asse. Ogni tipo di cuscinetto è progettato per sopportare un certo tipo di carico, assiale o radiale. Alcuni cuscinetti, però, sono in grado di sopportare sia carichi assiali sia radiali: si parla in tal caso di cuscinetti combinati. Qualora abbiate bisogno di un cuscinetto che sopporti entrambi i carichi, vi consigliamo di optare per un cuscinetto a rulli conici. Se invece state cercando un cuscinetto che sia in grado si sopportare un carico radiale elevato, vi suggeriamo di orientarvi verso i cuscinetti a rulli cilindrici. Un cuscinetto a sfere, invece, più economico, sarà sufficiente qualora i carichi in gioco siano più leggeri.

La velocità di rotazione è un altra specifica tecnica di cui è necessario tener conto. Alcuni cuscinetti possono sopportare velocità elevate. Nei cuscinetti a rulli cilindrici e nei cuscinetti a rullini, per esempio, la presenza di una gabbia consente di raggiungere velocità più elevate rispetto a quelle raggiunte dai cuscinetti che ne sono sprovvisti. Tuttavia, è opportuno ricordare che la capacità di raggiungere velocità elevate talvolta va a scapito della capacità di carico.

Un altro fattore da tenere nella dovuta considerazione sono gli eventuali errori di allineamento. In presenza di errori di questo tipo, infatti, il ricorso ad alcuni tipi di cuscinetti, come i cuscinetti a due corone di sfere, è da escludersi. Alla luce di quanto sopra, sarà opportuno che prestiate attenzione alla configurazione, o costruzione, del cuscinetto che vi apprestate ad acquistare. Gli inserti cuscinetto e i cuscinetti orientabili, ad esempio, sono autoallineanti e di conseguenza sopportano facilmente questi errori. I modelli autoallineanti, infatti, permettono di correggere automaticamente questi difetti provocati da una flessione dell’albero o da errori di installazione.

Le condizioni di utilizzo sono anch’esse di importanza capitale nella scelta del cuscinetto più adatto alle vostre esigenze. Di conseguenza, sarà necessario analizzare il tipo di ambiente in cui tale cuscinetto verrà montato. I cuscinetti, infatti, possono subire diversi tipi di interferenze. Più precisamente, a seconda delle applicazioni, questi meccanismi possono produrre rumori fastidiosi o subire urti e/o vibrazioni. In questi casi il cuscinetto dovrà essere in grado di sopportare questi urti senza peraltro ostacolare il buon funzionamento del dispositivo di cui fa parte.

Per finire, la durata di vita del cuscinetto è anch’essa un criterio di scelta importante. La durata di vita di un cuscinetto può dipendere da diversi fattori, come la velocità e la frequenza d’uso. La loro tenuta stagna, inoltre, è  primordiale al fine di garantire il buon funzionamento e la durata di vita degli stessi. Dovrete quindi assicurarvi che il cuscinetto sia sempre protetto efficacemente contro eventuali impurità e agenti esterni, come polvere, acqua, fluidi corrosivi o i lubrificanti usati. La scelta del tipo di protezione, tuttavia, dipenderà dal tipo di lubrificante impiegato, dalle condizioni ambientali di utilizzo (e quindi dal tipo di rischio in termini di contaminazione), dalla pressione del fluido nonché dalla velocità di rotazione. Di tutti questi fattori che incideranno sulla vostra scelta, quello da cui vi consigliamo di cominciare è la pressione del fluido. Se la pressione è elevata, ossia se raggiunge, per fare un esempio, 2-3 bar, una tenuta meccanica sarà l’organo meccanico che fa al caso vostro. Altrimenti, la vostra scelta dipenderà direttamente dal tipo di lubrificazione, che può essere a grasso o a olio. Per esempio, per una lubrificazione a grasso, le soluzioni più comuni implicano il ricorso a deflettori, ralle o a trafilature con o senza scanalature; qualora la lubrificazione sia ad olio, invece, l’elemento di tenuta stagna sarà spesso dotato di una gola per il recupero dell’olio.

Le condizioni di utilizzo possono influenzare la vostra scelta anche e soprattutto per quanto concerne il montaggio del cuscinetto. La rigidità e la precisione dei cuscinetti variano in funzione delle applicazioni a cui questi sono destinati e dovranno essere tenute in dovuta considerazione. In certi casi, potrete applicare un precarico in fase di montaggio al fine di aumentare la rigidità del vostro cuscinetto. Tale precarico, inoltre, inciderà positivamente sulla sua durata di vita e sul livello di rumore del sistema in cui è integrato. Attenzione! Per scegliere il precarico, che potrà essere radiale o assiale, è necessario che calcoliate, in via sperimentale o grazie ad appositi software, la rigidità di tutti i componenti del sistema.

Per finire, anche il materiale in cui il cuscinetto è realizzato è un criterio di scelta da non sottovalutare. I cuscinetti, infatti, possono essere in metallo, in plastica o in ceramica. La scelta del materiale  dipenderà dall’applicazione a cui è destinato. Vi consigliamo di scegliere i cuscinetti più resistenti alla compressione. È opportuno ricordare, tuttavia, che il materiale in cui il cuscinetto è realizzato incide sul suo prezzo.

Criteri di scelta di un cuscinetto

  • carico
  • tenuta stagna
  • velocità di rotazione
  • durata di vita
  • rigidità
  • precisione
  • vibrazioni e urti

Quando scegliere un cuscinetto a sfere?

Cuscinetto a sfere della marca NTN SNR
Cuscinetto a sfere della marca NTN SNR

I cuscinetti a sfere sono generalmente ottimizzati per un contatto radiale; ciò significa che sono particolarmente utili qualora la forza che desiderate fare entrare in contatto con il cuscinetto sia perpendicolare al suo asse di rotazione. È opportuno precisare, però, che i modelli a due corone di sfere sono progettati in primo luogo per sopportare un contatto obliquo. Inoltre, se desiderate utilizzare un cuscinetto a sfere per un carico assiale, non dimenticate che questo tipo di dispositivo sopporta esclusivamente carichi radiali moderati. A questo difetto, tuttavia, è possibile ovviare grazie ad una configurazione a due corone di sfere.

Poco costosi, i cuscinetti a sfere sono anche i più compatti, e sono di conseguenza quelli maggiormente usati. Infine, per bronzine di piccole dimensioni che funzionano a grande velocità, vi consigliamo vivamente di utilizzare dei cuscinetti a sfere.

Quando scegliere un cuscinetto a rulli cilindrici?

Cuscinetto a rulli cilindrici della marca NTN SNR
Cuscinetto a rulli cilindrici della marca NTN SNR

I cuscinetti a rulli cilindrici consentono di sopportare carichi radiali elevati e molto elevati. Esistono diversi tipi di cuscinetti a rulli cilindrici e le loro differenze riguardano il numero di corone di rulli, che possono essere una, due o quattro, e la presenza o no di una gabbia. La gabbia, più precisamente, consente al cuscinetto di sopportare sia carichi radiali che velocità elevate. I cuscinetti sprovvisti di tale gabbia, invece, pur sopportando carichi radiali ancora più elevati grazie al maggior numero di corone, presentano il difetto di non sopportare velocità altrettanto elevate.

I cuscinetti a rulli cilindrici si distinguono anche per la loro resistenza nonché per una grande durata di vita. Ricordiamo inoltre che alcuni di questi modelli possono sopportare anche un carico assiale, a condizione di non possedere uno spallamento sugli anelli esterni ed interni.

Quando scegliere un cuscinetto a rulli conici?

Cuscinetto a rulli conici della marca TIMKEN
Cuscinetto a rulli conici della marca TIMKEN

I cuscinetti a rulli conici sono in grado di sopportare carichi radiali, assiali e combinati, ossia radiali ed assiali allo stesso tempo.

Questi cuscinetti, essendo molto rigidi, riescono a sopportare anche carichi molto elevati. Se esitate tra un cuscinetto a sfere e un cuscinetto a rulli conici, sappiate che, a parità di dimensioni, un cuscinetto a rulli conici è in grado di sopportare carichi più elevati. Vi consigliamo quindi di optare per questo tipo di cuscinetti qualora dobbiate integrarli al mandrino di una macchina, ai sistemi di trasmissione di veicoli di vario genere (dalle autovetture alle barche, passando per gli elicotteri) oppure ai perni delle ruote di macchine e camion.

Quando scegliere un cuscinetto a rullini?

Cuscinetto a rullini della marca SCHAEFFLER
Cuscinetto a rullini della marca SCHAEFFLER

Così come per i cuscinetti a rulli cilindrici, i modelli a rullini possono essere dotati o sprovvisti di gabbia. La presenza di una gabbia consente al cuscinetto di sopportare una velocità molto elevata, mentre i cuscinetti a rullini senza gabbia sono in grado di sopportare carichi radiali o assiali molto elevati.

È opportuno notare che questi congengi meccanici sono di piccole dimensioni e quindi di ingombro moderato. I cuscinetti a rullini trovano frequentemente impiego, per esempio, nelle scatole del cambio.

Che tipo di montaggio scegliere?

I cuscinetti possono essere rigidi, orientabili oppure ad inserto. I cuscinetti rigidi sono i più diffusi. Gli inserti cuscinetto, invece, sono cuscinetti rigidi che consentono, così come i cuscinetti orientabili, di rimediare efficacemente agli errori di allineamento. Si distinguono dai cuscinetti orientabili a sfere e a cilindri perché tollerano un angolo di disallineamento meno elevato rispetto a questi ultimi. Maggiore è questo angolo di orientazione, maggiore sarà la resistenza del cuscinetto agli errori di allineamento. Un altro fattore da prendere in considerazione è il seguente: a seconda delle applicazioni, avrete bisogno di un albero girevole (per esempio nel caso di un cuscinetto destinato alle ruote motrici di un’automobile) o di un mozzo girevole (come nel caso dei cuscinetti destinati alle lavatrici). In seguito, sarà opportuno prestare attenzione alla disposizione dei cuscinetti. Se due cuscinetti sono troppo vicini tra loro, dovrete optare per una disposizione ad O, in maniera che i cuscinetti in questione non siano d’intralcio l’uno all’altro. Altrimenti, la disposizione ad X farà al caso vostro. Infine, è bene ricordare che ogni cuscinetto ha dimensioni specifiche Queste dimensioni, espresse in mm, sono definite da norme internazionali. A questo proposito, vi consigliamo di prestare attenzione all’alesaggio del cuscinetto che vi apprestate a comprare, ossia al diametro interno (indicato dalla lettera “d”), al diametro esterno (indicato dalla lettera “D”) e alla larghezza (indicata dalla lettera “B”).

Tipo di configurazione e dimensioni di un cuscinetto

  • cuscinetto rigido
  • cuscinetto orientabile
  • inserto cuscinetto
  • disposizione ad X
  • disposizione ad O
  • diametro interno di (mm)
  • diametro esterno D (mm)
  • larghezza B (mm)

Come lubrificare un cuscinetto?

Esempio di cuscinetto lubrificato a grasso
Esempio di cuscinetto lubrificato a grasso

La scelta del lubrificante è un fattore essenziale per garantirne il buon funzionamento e una lunga durata di vita dei vostri cuscinetti. Più precisamente, il lubrificante svolge le seguenti funzioni:

  • facilitare il movimento
  • evitare l’usura e la fatica premature
  • diminuire gli attriti interni
  • garantire la tenuta stagna, ossia la protezione dei cuscinetti contro corpi estranei
  • ridurre il rumore di funzionamento
  • proteggere il cuscinetto contro la corrosione

In fatto di lubrificanti, la scelta sarà tra grasso e olio. In linea generale la lubrificazione a grasso è la scelta più semplice ed efficace poiché garantisce tutte le funzioni sopra citate e, in più, riduce il bisogno di manutenzione.  Tuttavia, se il vostro cuscinetto è integrato ad una macchina lubrificata ad olio, vi consigliamo di utilizzare lo stesso tipo di lubrificazione. In ogni caso, la scelta del lubrificante dipenderà da tre fattori: il carico, il tipo di funzionamento (continuo o a intermittenza) e la velocità di rotazione. Se il cuscinetto è soggetto a carichi elevati, funziona in continuo e ad una velocità di rotazione elevata, la lubrificazione ad olio sarà la soluzione ideale per garantire il buon funzionamento del sistema. Per contro, se i carichi sono ridotti e la velocità limitata, la lubrificazione a grasso sarà ampiamente sufficiente.