Come sta cambiando la tecnologia dei cuscinetti?

Negli ultimi decenni, la progettazione dei cuscinetti ha fatto notevoli progressi apportando nuovi utilizzi di materiali, tecniche di lubrificazione avanzate e sofisticate analisi computerizzate..

I cuscinetti sono utilizzati praticamente in tutti i tipi di macchine rotanti. Dalle attrezzature per la difesa e aerospaziali alle linee di produzione di alimenti e bevande, la domanda di questi componenti è in aumento. Fondamentalmente, gli ingegneri progettisti richiedono sempre più soluzioni più piccole, leggere e durevoli per soddisfare anche le condizioni ambientali più difficili.

 

Scienza dei materiali

La riduzione dell’attrito è un’area chiave di ricerca per i produttori. Molti fattori influenzano l’attrito come tolleranze dimensionali, finitura superficiale, temperatura, carico operativo e velocità. Nel corso degli anni sono stati compiuti progressi significativi nel settore dell’acciaio per cuscinetti. Gli acciai per cuscinetti moderni e ultrapuliti contengono un numero sempre minore di particelle non metalliche, conferendo ai cuscinetti a sfere una maggiore resistenza alla fatica da contatto.

 

Le moderne tecniche di produzione dell'acciaio e di degasaggio producono acciaio con livelli inferiori di ossidi, solfuri e altri gas disciolti, mentre migliori tecniche di tempra producono acciai più duri e resistenti all'usura. I progressi nei macchinari di produzione consentono ai produttori di cuscinetti di precisione di mantenere tolleranze più strette nei componenti dei cuscinetti e di produrre superfici di contatto più lucide, il che riduce l'attrito e migliora la durata.

 

Sono stati sviluppati nuovi acciai inossidabili di grado 400 (X65Cr13) per migliorare i livelli di rumorosità dei cuscinetti, nonché acciai ad alto contenuto di azoto per una maggiore resistenza alla corrosione. Per ambienti altamente corrosivi o temperature estreme, i clienti possono ora scegliere tra una gamma di cuscinetti in acciaio inossidabile 316, cuscinetti interamente in ceramica o cuscinetti in plastica realizzati in resina acetalica, PEEK, PVDF o PTFE. Man mano che la stampa 3D diventa sempre più diffusa, e quindi più conveniente, vediamo crescenti possibilità per la produzione di fermi per cuscinetti non standard in piccole quantità, qualcosa che sarà utile per i requisiti di bassi volumi di cuscinetti specialistici.

 

Lubrificazione

 

La lubrificazione potrebbe aver attirato la massima attenzione. Poiché il 13% dei cedimenti dei cuscinetti è attribuito a fattori di lubrificazione, la lubrificazione dei cuscinetti è un'area di ricerca in rapida evoluzione, supportata sia dal mondo accademico che dall'industria. Oggi esistono molti più lubrificanti specialistici grazie a una serie di fattori: una gamma più ampia di oli sintetici di alta qualità, una scelta più ampia di addensanti utilizzati nella produzione dei grassi e una maggiore varietà di additivi per lubrificanti per fornire, ad esempio, capacità di carico più elevate o maggiore resistenza alla corrosione. I clienti possono specificare grassi a bassa rumorosità altamente filtrati, grassi per alte velocità, lubrificanti per temperature estreme, lubrificanti impermeabili e resistenti agli agenti chimici, lubrificanti per alto vuoto e lubrificanti per camere bianche.

 

Analisi computerizzata

 

Un altro settore in cui l’industria dei cuscinetti ha fatto grandi passi avanti è l’uso di software di simulazione dei cuscinetti. Ora, le prestazioni, la durata e l'affidabilità dei cuscinetti possono essere estese oltre quanto ottenuto dieci anni fa, senza intraprendere costosi test di laboratorio o sul campo. L'analisi avanzata e integrata dei cuscinetti volventi può fornire informazioni impareggiabili sulle prestazioni dei cuscinetti, consentire una selezione ottimale dei cuscinetti ed evitare guasti prematuri dei cuscinetti.

 

I metodi avanzati di durata a fatica possono consentire la previsione accurata delle sollecitazioni sugli elementi e sulle piste, sul contatto delle nervature, sulle sollecitazioni dei bordi e sul troncamento del contatto. Consentono inoltre la deflessione dell'intero sistema, l'analisi del carico e l'analisi del disallineamento dei cuscinetti. Ciò fornirà agli ingegneri le informazioni per modificare il design del cuscinetto per adattarsi meglio alle sollecitazioni derivanti dall'applicazione specifica.

 

Un altro chiaro vantaggio è che il software di simulazione può ridurre la quantità di tempo e risorse spese nella fase di test. Ciò non solo accelera il processo di sviluppo ma riduce anche le spese del processo.

 

È chiaro che i nuovi sviluppi della scienza dei materiali insieme agli strumenti avanzati di simulazione dei cuscinetti forniranno agli ingegneri le conoscenze necessarie per progettare e selezionare cuscinetti per prestazioni e durata ottimali, come parte di un modello di sistema completo. La continua ricerca e sviluppo in questi campi sarà fondamentale per garantire che i cuscinetti continuino a superare i limiti negli anni a venire.