{"id":23973,"date":"2025-05-20T04:37:41","date_gmt":"2025-05-20T02:37:41","guid":{"rendered":"https:\/\/test.cfdfeaservice.it\/index.php\/2025\/05\/20\/dimensionamento-dei-cuscinetti\/"},"modified":"2025-05-20T04:37:41","modified_gmt":"2025-05-20T02:37:41","slug":"dimensionamento-dei-cuscinetti","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/test.cfdfeaservice.it\/index.php\/2025\/05\/20\/dimensionamento-dei-cuscinetti\/","title":{"rendered":"Dimensionamento dei cuscinetti"},"content":{"rendered":"
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Il dimensionamento dei cuscinetti \u00e8 un processo cruciale nella progettazione meccanica, poich\u00e9 garantisce il corretto funzionamento e la durata nel tempo dei componenti rotanti. Un cuscinetto deve essere scelto in base a diversi fattori, tra cui il carico applicato, la velocit\u00e0 di rotazione, la lubrificazione e le condizioni ambientali. Questo articolo mira a dare una panoramica sui principi fondamentali del dimensionamento dei cuscinetti, le principali formule utilizzate e le considerazioni di progettazione.<\/strong><\/p>\n

di Franco Concli<\/em><\/p>\n

Tipologie di Cuscinetto<\/h2>\n

In primis \u00e8 fondamentale distinguere le tre macro-classi di cuscinetti esistenti. I cuscinetti volventi<\/strong> sono sicuramente la tipologia di cuscinetti pi\u00f9 diffusa. Il funzionamento si basa sulla presenza di corpi volventi, tra cui sfere, rulli, botti ecc. La seconda classe di \u00e8 quella dei cuscinetti a strisciamento<\/strong>. Questa soluzione non prevede, tra la parte rotante e quella statica, la presenza di corpi volventi. La portanza \u00e8 data semplicemente dalla presenza di un lubrificante che former\u00e0 un meato di supporto. Infine, vanno menzionati i cuscinetti magnetici<\/strong>, anche se la loro diffusione \u00e8 piuttosto limitata ad applicazioni ad altissima tecnologia.<\/p>\n

Tipologie di cuscinetto volvente<\/h3>\n

Con riferimento specifico ai cuscinetti volventi, \u00e8 possibile una ulteriore classificazione sulla base della loro configurazione geometrica. Tra le tipologie pi\u00f9 diffuse troviamo i cuscinetti radiali a sfere, quelli orientabili a sfere e quelli obliqui a sfere. Vi sono poi i cuscinetti a rulli cilindrici, a rulli cilindrici a pieno riempimento, quelli radiali a rullini, quelli orientabili a rulli, quelli a rulli conici. Si hanno poi i cuscinetti assiali, che possono essere a sfere, a rulli cilindrici, a rulli conici o a rullini.<\/p>\n

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Figura 1 Elementi costituenti di un cuscinetto volvente<\/figcaption><\/figure>\n

Cuscinetti a sfere<\/h3>\n

I cuscinetti radiali a sfere sono pensati per sopportare carichi radiali o leggermente obliqui. Le sfere sono guidate da una pista che presenza una scanalatura. In presenza di leggeri disassamenti dell\u2019albero, \u00e8 opportuno prevedere l\u2019utilizzo di cuscinetti orientabili a sfere che differiscono da quelli radiali per la presenza, sull\u2019anello esterno, di una curvatura che limita il movimento delle sfere e consente, quindi, un\u2019inclinazione dell\u2019albero. I cuscinetti obliqui a sfere sono pensati per sopportare carichi combinati assiali e radiali; le piste sono, infatti, asimmetriche (di fatto i corpi volventi sono in contatto con le piste, non radialmente ma lateralmente) in modo da riuscire a contrastare le spinte assiali.<\/p>\n

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Figura 2 Principali tipologie di cuscinetto a sfere: a) radiale; b) orientabile; obliquo.<\/figcaption><\/figure>\n

Cuscinetti a rulli<\/h3>\n

I cuscinetti a rulli si differenziano da quelli a sfere per la loro maggiore capacit\u00e0 di carico radiale ma bassissima capacit\u00e0 di carico assiale. Consentono un disallineamento assiale offrendo quindi un\u2019elevata rigidezza, un basso attrito ed una lunga durata<\/a>.<\/p>\n

Nei tipi schermati, i rulli sono protetti da agenti contaminanti, acqua e polvere e le tenute realizzano anche le funzioni di ritenzione del lubrificante ed esclusione degli agenti contaminanti. Ci\u00f2 consente di ridurre l\u2019attrito e prolungare la durata di esercizio.<\/p>\n

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Figura 3 Principali tipologie di cuscinetto a rulli: a) rulli cilindrici; b) rullini; c) rulli conici; d) a rulli orientabile<\/figcaption><\/figure>\n

Cuscinetti reggispinta (o assiali)<\/h3>\n

I cuscinetti assiali, detti anche cuscinetti reggispinta, sono adatti a assorbire elevate forze assiali. Questi cuscinetti non possono essere caricati in direzione radiale e, a causa della loro sezione trasversale, richiedono uno spazio di installazione radiale relativamente grande.<\/p>\n

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Figura 4 Principali tipologie di cuscinetto reggispinta: a) a rulli; b) a rullini; c) a sfere.<\/figcaption><\/figure>\n

Parametri di Progettazione<\/h2>\n

Il dimensionamento dei cuscinetti, indipendentemente dalla tipologia, richiede la valutazione di diversi parametri tra cui il carico radiale e assiale<\/strong> (i cuscinetti devono essere dimensionati in base alle forze che agiscono su di essi), la velocit\u00e0 di rotazione<\/strong> (che determina il tipo di lubrificazione necessaria e il coefficiente di attrito), la vita utile<\/strong> (calcolata in base alle sollecitazioni e al materiale del cuscinetto), la lubrificazione<\/strong> (essenziale per ridurre l\u2019usura e il surriscaldamento) e le condizioni ambientali<\/strong> (temperatura, umidit\u00e0 e presenza di contaminanti possono influenzare le prestazioni del cuscinetto).<\/p>\n

Dimensionamento dei cuscinetti volventi<\/h2>\n

I cuscinetti volventi possono arrivare a rottura per differenti tipologie di cedimento. Tra queste, la fatica da contatto<\/strong> \u00e8, solitamente, la prima causa di problemi. I corpi volventi, infatti, sono sottoposti a pressioni di contatto che portano alla formazione di cricche sub-superficiali nelle quali, una volta che raggiungono la superficie, penetra il lubrificante. Il passaggio dei corpi volventi sulle piste danneggiate porta a picchi di pressione all\u2019interno della cricca che ne promuovono la propagazione. Man mano che il fenomeno progredisce, si vanno a formare dei crateri superficiali con distacco del materiale a causa della coalescenza delle cricche superficiali. La presenza di questi pit, in concomitanza con la presenza di detriti da distacco possono poi innescare un\u2019altra modalit\u00e0 di cedimento, il grippaggio.<\/p>\n

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Figura 5 Progressione del pitting (fonte SKF<\/a>)<\/figcaption><\/figure>\n

La seconda modalit\u00e0 di cedimento dei cuscinetti \u00e8 legata ai sovraccarichi statici che porta a deformazioni (locali) permanenti che si traducono in aumenti di rumorosit\u00e0 e vibrazioni, nonch\u00e9 una riduzione dell\u2019efficienza.<\/p>\n

In presenza di un disallineamento (ad esempio per errori di montaggio) si pu\u00f2 anche arrivare alla condizione di cui il cuscinetto lavora in modo asimmetrico e, in condizioni critiche, pu\u00f2 arrivare a \u201csgabbiare\u201d. Altro fenomeno classificabile come cedimento \u00e8 legato ad un non corretto dimensionamento dell\u2019interferenza di montaggio che porta a moti relativi tra gli anelli del cuscinetto e le sedi, ed una progressiva usura degli anelli che, nel tempo, porta a disallineamenti e, quindi, favorendo altre tipologie di cedimento. Per dimensionare i cuscinetti volventi esistono modelli pi\u00f9 o meno accurati che tengono conto sia delle condizioni statiche che delle condizioni dinamiche. Il dimensionamento statico serve per garantire il corretto funzionamento del cuscinetto in presenza di velocit\u00e0 molto basse o funzionamento discontinuo. Il dimensionamento dinamico, invece, serve ad evitare cedimenti durante un funzionamento continuo.<\/p>\n

La formula di base per il dimensionamento \u00e8 la seguente:<\/p>\n

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In cui L10<\/sub> \u00e8 la durata di base (106<\/sup> cicli), C [N] \u00e8 il coefficiente di carico dinamico e P [N] \u00e8 il carico agente sul cuscinetto.<\/p>\n

Il carico P \u00e8 una combinazione dei carichi radiali Fr<\/sub> ed assiali Fa<\/sub> attraverso coefficienti (X e Y) che sono solitamente forniti dai produttori del cuscinetto.<\/p>\n

Nel caso di dimensionamento statico, C viene sostituito dal coefficiente di carico statico C0<\/sub> [N]. p \u00e8 un esponente che dipende dal tipo di cuscinetto (3 per cuscinetti a sfere, 10\/3 per cuscinetti a rulli). La vita in [h] L10h<\/sub> pu\u00f2 essere determinata sapendo la velocit\u00e0 di rotazione n [rpm].<\/p>\n

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A questo modello super-semplificato \u00e8 possibile aggiungere molteplici fattori correttivi per includere l\u2019effetto dei materiali (a2<\/sub>), delle condizioni specifiche di funzionamento (a3<\/sub>) e per valutare la durata ad affidabilit\u00e0 differenti da quella standard del 90% (a1<\/sub>).<\/p>\n

Montaggio<\/h2>\n

Una volta scelto il cuscinetto (radiale), serve anche definire lo schema di montaggio. Sono infatti possibili differenti soluzioni che si differenziano in termini di montabilit\u00e0, rigidezza, costo e ingombri.<\/p>\n

Solitamente, solo uno dei cuscinetti di ogni albero vincoler\u00e0 lo spostamento assiale: in questo modo, anche in presenza di dilatazioni dell\u2019albero a seguito di espansioni termiche, non si genereranno carichi aggiuntivi.<\/p>\n

Oltre a questo, i cuscinetti obliqui possono essere montati ad \u201cO\u201d o ad \u201cX\u201d. La configurazione ad \u201cO\u201d \u00e8 utile per sistemi operanti a basse velocit\u00e0; la dilatazione assiale porta ad una diminuzione del precarico. Questa configurazione \u00e8 quella che garantisce la maggiore rigidezza.<\/p>\n

Viceversa, il montaggio ad \u201cX\u201d serve in presenza di alte velocit\u00e0; la dilatazione assiale aumenter\u00e0 il precarico per cui il sistema risulta meno rigido.<\/p>\n

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Figura 6 Montaggio ad \u201cO\u201d (a) e ad \u201cX\u201d (b)<\/figcaption><\/figure>\n

Conclusione<\/h2>\n

Il dimensionamento dei cuscinetti \u00e8 un processo critico che richiede un\u2019attenta valutazione dei carichi, della durata prevista, della velocit\u00e0 e delle condizioni operative. Un\u2019adeguata selezione e manutenzione garantisce il corretto funzionamento e la massima affidabilit\u00e0 del sistema meccanico. I costruttori offrono modelli semplici per una progettazione di massima, ma anche modelli molto accurati per una progettazione di dettaglio.<\/p>\n<\/div>\n

L’articolo <strong>Dimensionamento dei cuscinetti<\/strong><\/a> sembra essere il primo su Il Progettista Industriale<\/a>.<\/p>\n<\/div>\n

Vai alla fonte.<\/a><\/p>\n

Autore: Roberta Falco<\/p>\n

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