In questo articolo parleremo dei componenti meccanici chiamati “cuscinetti” (in inglese “bearings“).

La funzione principale dei cuscinetti è quella di ridurre l’attrito tra gli organi in movimento e quelli fissi e quindi, di conseguenza, di ridurre l’usura ed il calore generato che porterebbero ad una rottura precoce dei componenti meccanici in moto oppure a malfunzionamenti all’intero meccanismo.

In funzione del principio di funzionamento dei cuscinetti disponibili nel mercato, possiamo suddividerli in due grandi categorie:

• cuscinetti radenti
• cuscinetti volventi

Mentre se volessimo dividerli in funzione della tipologia di applicazione, possiamo distinguere:

• cuscinetti radiali
• cuscinetti assiali
• cuscinetti combinati

Cuscinetti Radenti:

I cuscinetti radenti non posseggono parti in moto relativo; infatti, l’organo in movimento striscia sul cuscinetto radente, ma, grazie al suo basso coefficiente d’attrito, l’usura tra i due componenti è molto bassa.

I materiali più comunemente utilizzati per la costruzione di cuscinetti radenti sono le leghe di bronzo (da cui si ottengono le cosiddette bronzine) e le leghe polimeriche (come il teflon).
I cuscinetti radenti necessitano di costante o periodica lubrificazione che può essere eseguita manualmente oppure ad opera di sistemi automatici.

Tuttavia, alcuni cuscinetti radenti vengono detti auto-lubrificanti, cioè non necessitano di aggiunta di sostanze lubrificanti esterne. La spiegazione di questa caratteristica si può attribuire all’aggiunta di micro-goccioline di materiale lubrificante all’interno della lega con cui è costruito il cuscinetto stesso.
In altri casi nella struttura del cuscinetto sono integrati o annegati altri materiali che fungono da elemento lubrificante. Un classico esempio sono le boccole autolubrificanti in bronzo-grafite, dove l’inserimenti della grafite funge da elemento lubrificante.
Inoltre, in alcuni cuscinetti radenti in teflon, l’aggiunta sostanze lubrificati può essere controproducente, cioè, se non altrimenti specificato dal produttore, le parti oleose contenute dal lubrificante potrebbero essere assorbite dal materiale polimerico con gravi conseguenze sull’integrità dell’intero cuscinetto. Questo potrebbe gonfiarsi, tendendo a ostacolare il corretto movimento dell’organo mobile e quindi vanificare l’effetto utile dello stesso.

Cuscinetti volventi:

I cuscinetti volventi, al contrario dei precedenti, posseggono delle parti in moto relativo.
In commercio ne esistono di diverse tipologie: si possono trovare cuscinetti a sfera, cuscinetti a rulli, cuscinetti a rulli conici, oppure senza l’anello interno ed esterno (ad esempio le gabbie a rulli), ecc.

Prendiamo come esempio un classico cuscinetto a sfera raffigurato in figura. E’ composto di:

• un anello interno
• un anello esterno
• una gabbia contenente le sfere

In alcuni modelli le sfere non sono in vista, ma sono protette da paraoli.

Nel loro funzionamento, ad esempio un albero che ruota sulla propria sede, l’anello interno sarà solidale all’albero (cioè si muoverà come se fosse vincolato all’albero stesso), l’anello esterno sarà solidale al carter in cui è alloggiato (quindi in questo caso è fisso), la gabbia contenete le sfere invece sarà in moto relativo rispetto ai due anelli.

Durante il moto, le sfere sono a contatto sia con l’anello esterno sia con con quello interno e sono libere di ruotare. In ipotesi di puro rotolamento le sfere risentono solo dell’attrito di rotolamento, il quale è molto inferiore rispetto al coefficiente di attrito radente.
L’area di contatto, in ipotesi di corpo rigido, è molto ridotta. Nel caso delle sfere è di tipo puntuale (in più punti), mentre per i rulli è del tipo lineare.

I cuscinetti volventi riducono notevolmente l’usura e il calore generato tra i componenti in movimento, garantendo un migliore funzionamento dell’intero meccanismo e una vita utile più prolungata.

Tipologie di cuscinetto: radiale, assiale e combinato

I cuscinetti radiali sono progettati per ridurre l’attrito e resistere a carichi radiali, come alberi in rotazione intorno al proprio asse e soggetti a carichi che agiscono perpendicolarmente all’asse di rotazione dell’albero.
Non sono pensati per resistere ai carichi assiali e l’eventuale l’applicazione di questi porta alla rapida rottura del cuscinetto.

I cuscinetti assiali, invece, oltre alla riduzione dell’attrito, agiscono in contrasto alle forze che si esercitano lungo l’asse di rotazione dell’albero. Per questo motivo sono detti anche cuscinetti reggispinta.
Le stesse considerazioni di prima si applicano anche ai cuscinetti assiali, ma a condizioni invertite. In questo caso non possono essere applicati carichi radiali, i quali distruggerebbero il cuscinetto.

Per ovviare alla necessità di resistere ad entrambi i tipi di sollecitazione radiale ed assiale, si possono usare due cuscinetti di diverso tipo (uno radiale e uno assiale) oppure utilizzare un cuscinetto combinato che, grazie alla sua particolare realizzazione, integra sia un cuscinetto radiale sia un cuscinetto assiale un un unico componente.

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Nei prossimi articoli sui cuscinetti tratteremo una per una le diverse tipologie esistenti.