L'albero del cambio viene spinto lateralmente dai denti degli ingranaggi elicoidali ed è anche spinto lungo la propria linea centrale dalla forza di reazione prodotta dall'ingranamento degli ingranaggi elicoidali. La girante della pompa spinge il suo albero all'indietro contro l'estremità del motore ogni volta che la macchina si avvia. Una pala della ventola crea una spinta aerodinamica costante che carica il cuscinetto sul lato opposto alla trasmissione. In ognuno di questi sistemi, un cuscinetto assiale è ciò che impedisce all'albero di muoversi lungo il proprio asse.
I cuscinetti assiali, detti anche cuscinetti reggispinta, sono componenti progettati per accettare forze che agiscono parallelamente all'albero. L'errore di specifica più comune è considerare il carico assiale come una considerazione secondaria. Quando non viene fornito un cuscinetto assiale dedicato, il carico viene assorbito da guarnizioni, spallamenti e coperchi terminali, che si usurano rapidamente e si guastano in modo imprevedibile.
In conclusione
Assegnare a ogni carico assiale una superficie di appoggio dedicata, verificare che il materiale possa sopportare la pressione di contatto e la velocità di scorrimento e confermare che la lubrificazione, sia esterna che incorporata nel composto del cuscinetto, durerà per l'intero intervallo di manutenzione.
Cosa fa realmente un cuscinetto assiale
Un cuscinetto assiale supporta un carico che agisce parallelamente alla linea centrale dell'albero, mentre un cuscinetto radiale supporta un carico che agisce perpendicolarmente a tale linea centrale. La maggior parte delle macchine crea entrambi i tipi di carico contemporaneamente, quindi la disposizione dei cuscinetti solitamente comprende un cuscinetto radiale e un cuscinetto assiale, oppure un cuscinetto combinato che gestisce entrambe le direzioni.
Le forze assiali non sono rare. Appaiono ovunque gli ingranaggi elicoidali trasmettono coppia, dove le giranti delle pompe sviluppano pressione idraulica, dove i ventilatori muovono l'aria, dove i trasportatori a coclea comprimono il materiale e dove gli attuatori lineari spingono contro gli alberi rotanti. Ignorare una qualsiasi di queste cause produce un guasto chiamato problema dei cuscinetti, ma in realtà è un problema di progettazione.
L'industria dei cuscinetti raggruppa i cuscinetti assiali in due famiglie. I cuscinetti reggispinta a rotolamento trasferiscono il carico attraverso sfere o rulli e sono adatti a velocità più elevate con carichi moderati. I cuscinetti reggispinta scorrevoli trasferiscono il carico attraverso un sottile film di lubrificante o attraverso i lubrificanti solidi incorporati nel materiale e sono adatti a spazi compatti, carichi d'urto e servizio esente da manutenzione.
Tre famiglie comuni di cuscinetti assiali
I cuscinetti reggispinta a sfere sopportano carichi assiali da leggeri a moderati e funzionano a velocità elevate. La loro piccola area di contatto mantiene basso l'attrito, ma non sono adatti a vibrazioni, urti o spinte pesanti continue.
I cuscinetti a rulli reggispinta prendono il sopravvento dove crescono i carichi. I cuscinetti assiali a rulli cilindrici utilizzano il contatto lineare per un'elevata rigidità. I cuscinetti assiali orientabili a rulli aggiungono l'autoallineamento, che diventa necessario quando non è possibile evitare la deflessione dell'albero o il disallineamento dell'alloggiamento.
Le rondelle reggispinta sono la forma di cuscinetto assiale più utilizzata nei macchinari compatti. Una rondella reggispinta è un anello piatto che si trova tra la spalla di un albero rotante e una faccia stazionaria, fornendo un'interfaccia di scorrimento controllato con un livello di attrito prevedibile. Quando è realizzata con un composto resistente all'usura con lubrificanti solidi incorporati, una singola rondella reggispinta può sostituire un gruppo di elementi volventi molto più grande a un costo inferiore. Il rondella reggispinta resistente all'usura utilizzato nei sistemi di sterzo e nelle pompe è un tipico esempio di questa costruzione.
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Panoramica delle opzioni dei cuscinetti assiali
Prima di scegliere una famiglia, confronta le prestazioni di ciascuna opzione in base a cinque criteri di base: capacità di carico, capacità di velocità, attrito, lubrificazione e spazio di installazione.
La tabella mostra perché le rondelle reggispinta scorrevoli sono presenti in così tanti prodotti: sono compatte, molti gradi sono autolubrificanti e la selezione dei materiali può spingerle in un territorio con carichi pesanti.
La scelta del materiale imposta il limite di carico reale
Per i cuscinetti assiali scorrevoli, il materiale della ralla o della piastra determina l'effettivo inviluppo delle prestazioni. La geometria è importante, ma la pressione di contatto e il valore pressione-velocità (PV) che il materiale può sopportare sono ciò che determina la durata.
Il rame bimetallico con grafite e il bronzo allo stagno si collocano nella fascia alta, mentre i gradi a base di acciaio con riempitivi inorganici seguono da vicino. Il rame sinterizzato poroso e i tecnopolimeri coprono cicli di lavoro più leggeri. Una distinzione importante è se il cuscinetto è autolubrificante o lubrificato perimetrale. I gradi autolubrificanti trasportano lubrificanti solidi all'interno del materiale e non necessitano di alimentazione esterna di olio; i gradi con lubrificazione limite si basano su un sottile strato di olio rifornito a intervalli definiti. Questa differenza modifica in modo significativo il programma di manutenzione. Il rondella reggispinta nera con riempitivo di piombo POM è progettato per l'estremità lubrificata dai confini di questo spettro. L'articolo su design autolubrificanti e lubrificati perimetrali spiega entrambi gli approcci in dettaglio pratico.
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I cuscinetti a scorrimento assiale sono presenti in quasi tutti i settori meccanici, ma alcuni settori li consumano in modo più consistente di altri.
Le applicazioni automobilistiche occupano la quota maggiore poiché le rondelle reggispinta sono standard nei piantoni dello sterzo, nelle trasmissioni, nelle pompe dell'olio e nei meccanismi di regolazione. Seguono i cambi industriali e gli azionamenti dei gruppi propulsori, con pompe, compressori e valvole non molto indietro, perché lì la spinta idraulica è una condizione operativa quotidiana. Movimentazione materiali, edilizia, agricoltura e macchine marine completano il quadro con volumi più piccoli ma stabili.
Selezione del cuscinetto assiale passo dopo passo
Il percorso più veloce per ottenere specifiche affidabili sui cuscinetti assiali è un flusso di lavoro in sei fasi.
1. Definire il carico assiale
Calcolare sia la spinta stazionaria che eventuali picchi transitori. Un cuscinetto selezionato solo per il carico stazionario cederà al primo evento di urto.
2. Stabilire la velocità di scorrimento
Moltiplicare la pressione di contatto per la velocità di scorrimento per ottenere il valore PV ed eliminare i materiali che non sono in grado di gestirlo.
3. Decidere la strategia di lubrificazione
Per il servizio a secco o con lubrificazione unica, scegliere un grado autolubrificante. Per i sistemi alimentati ad olio diventa disponibile una gamma più ampia ed economica di materiali.
4. Controllare l'ambiente
Alto temperatures require graphite or inorganic fillers. Aggressive media demand stainless steel or engineering plastic bases.
5. Verificare i dettagli di montaggio
La spalla dell'albero deve essere quadrata, il foro dell'alloggiamento deve avere la profondità corretta e la durezza della controfaccia deve resistere alle rigature.
6. Pianificare la durata dell'usura
L'usura dei cuscinetti assiali scorrevoli è approssimativamente proporzionale al valore PV, quindi stimare le ore di funzionamento cumulative e impostare un intervallo di ispezione.
Ciascuno di questi passaggi richiede circa mezza giornata di lavoro ingegneristico. Saltarne uno può mettere fuori servizio l'intera macchina per una settimana.
Manutenzione e controlli di conformità
Una volta che un cuscinetto assiale è in servizio, la manutenzione deve corrispondere alla famiglia del cuscinetto e al materiale. Controllare il gioco assiale con un comparatore ad ogni ispezione importante. Per le rondelle reggispinta compatte è tipico un limite di usura compreso tra 0,2 e 0,5 mm, a seconda del gioco originale e del livello di carico.
Per le rondelle reggispinta autolubrificanti, non aggiungere grasso a meno che il design non preveda canali per il grasso. Il grasso extra intrappola la polvere e si trasforma in una pasta abrasiva. Per i modelli alimentati a olio, seguire l'esatto intervallo di rifornimento. Il rondella reggispinta del foro dell'olio viene prodotto con un percorso di lubrificazione definito in modo che una dose di olio programmata raggiunga in modo efficiente l'interfaccia di scorrimento.
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