Come sta cambiando la tecnologia dei cuscinetti?

Negli ultimi decenni, la progettazione dei cuscinetti ha compiuto progressi significativi, introducendo nuovi materiali, tecniche di lubrificazione avanzate e sofisticate analisi computerizzate..

I cuscinetti sono utilizzati praticamente in tutti i tipi di macchinari rotanti. Dalle apparecchiature per la difesa e l'industria aerospaziale alle linee di produzione di alimenti e bevande, la domanda di questi componenti è in costante aumento. In particolare, i progettisti richiedono sempre più soluzioni più piccole, leggere e resistenti, in grado di soddisfare anche le condizioni ambientali più estreme.

 

Scienza dei materiali

La riduzione dell'attrito è un'area di ricerca fondamentale per i produttori. Molti fattori influenzano l'attrito, come le tolleranze dimensionali, la finitura superficiale, la temperatura, il carico operativo e la velocità. Nel corso degli anni sono stati compiuti progressi significativi nell'acciaio per cuscinetti. Gli acciai per cuscinetti moderni, ultra-puri, contengono un numero inferiore di particelle non metalliche e di dimensioni ridotte, conferendo ai cuscinetti a sfera una maggiore resistenza alla fatica da contatto.

 

Le moderne tecniche di produzione e degassificazione dell'acciaio consentono di ottenere acciai 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 permettono ai fabbricanti di cuscinetti di precisione di mantenere tolleranze più strette nei componenti e di realizzare superfici di contatto più lucidate, riducendo così l'attrito e migliorando la durata.

 

Sono stati sviluppati nuovi acciai inossidabili di grado 400 (X65Cr13) per migliorare i livelli di rumorosità dei cuscinetti, così come 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 di grado 316, cuscinetti interamente in ceramica o cuscinetti in plastica realizzati in resina acetalica, PEEK, PVDF o PTFE. Con la crescente diffusione e quindi la maggiore convenienza della stampa 3D, si aprono sempre più possibilità per la produzione di gabbie per cuscinetti non standard in piccole quantità, una soluzione utile per le esigenze di volumi ridotti di cuscinetti speciali.

 

Lubrificazione

 

La lubrificazione è probabilmente l'aspetto che ha attirato maggiormente l'attenzione. Considerando che il 13% dei guasti ai cuscinetti è attribuibile a fattori di lubrificazione, questo settore è in rapida evoluzione e gode del supporto sia del mondo accademico che dell'industria. Grazie a diversi fattori, oggi sono disponibili molti più lubrificanti specializzati: una gamma più ampia di oli sintetici di alta qualità, una maggiore scelta di addensanti utilizzati nella produzione di grassi e una maggiore varietà di additivi per lubrificanti che offrono, ad esempio, maggiori capacità di carico o una maggiore resistenza alla corrosione. I clienti possono richiedere grassi altamente filtrati e silenziosi, 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 catalogata

 

Un altro ambito in cui l'industria dei cuscinetti ha compiuto grandi progressi è quello dei software di simulazione. Oggi, le prestazioni, la durata e l'affidabilità dei cuscinetti possono essere migliorate rispetto a un decennio fa, senza dover ricorrere a costosi e lunghi test di laboratorio o sul campo. Un'analisi avanzata e integrata dei cuscinetti volventi può fornire informazioni senza precedenti sulle loro prestazioni, consentire una selezione ottimale e prevenire guasti prematuri.

 

I metodi avanzati di analisi della durata a fatica consentono di prevedere con precisione le sollecitazioni sugli elementi e sulle piste di rotolamento, il contatto tra le nervature, le sollecitazioni sui bordi e la troncatura del contatto. Permettono inoltre di analizzare la deflessione dell'intero sistema, i carichi e il disallineamento dei cuscinetti. Questo fornisce agli ingegneri le informazioni necessarie per modificare la progettazione dei cuscinetti al fine di adattarli al meglio alle sollecitazioni derivanti dalla specifica applicazione.

 

Un altro chiaro vantaggio è che il software di simulazione può ridurre il tempo e le risorse impiegate nella fase di test. Ciò non solo accelera il processo di sviluppo, ma ne riduce anche i costi.

 

È chiaro che i nuovi sviluppi nella scienza dei materiali, unitamente agli strumenti avanzati di simulazione dei cuscinetti, forniranno agli ingegneri le conoscenze necessarie per progettare e selezionare cuscinetti che garantiscano prestazioni e durata ottimali, nell'ambito di un modello di sistema complessivo. La continua ricerca e sviluppo in questi settori sarà fondamentale per garantire che i cuscinetti continuino a superare i limiti negli anni a venire.