Cos'è un cuscinetto ad aria?
CuscinettoCredo che tutti conoscano il cuscinetto volvente, un componente fondamentale dei macchinari e delle attrezzature moderne. Ma cos'è esattamente un cuscinetto ad aria?
Cuscinetto a gasCuscinetto liscio che utilizza un gas come lubrificante. Il gas lubrificante più comunemente usato è l'aria, ma a seconda delle necessità si possono utilizzare anche azoto, argon, idrogeno, elio o anidride carbonica.
Nei compressori, negli espansori e nei circolatori di gas, il fluido di lavoro viene spesso utilizzato come lubrificante.
Il cuscinetto ad aria si riferisce al cuscinetto che supporta il carico grazie al film d'aria pressurizzato che si forma tra le superfici della coppia di scorrimento del cuscinetto, e le superfici della coppia di scorrimento sono completamente separate dal film d'aria durante il funzionamento.
I cuscinetti ad aria appartengono alla categoria dei cuscinetti a strisciamento fluidi, che vengono lubrificati da un fluido durante il funzionamento, e il loro mezzo lubrificante è l'aria.
Classificazione dei cuscinetti ad aria
In base al meccanismo di formazione del film d'aria sotto pressione, i cuscinetti ad aria si dividono principalmente in due categorie: cuscinetti aerodinamici e cuscinetti aerostatici.
Il film d'aria pressurizzato del cuscinetto aerodinamico si forma grazie all'immissione di aria nella zona di convergenza tra le superfici delle coppie di scorrimento, dovuta al movimento reciproco di queste ultime, e ha una forma approssimativamente a cuneo. Poiché i cuscinetti aerodinamici non necessitano di una fonte d'aria esterna, sono anche chiamati "cuscinetti autoazionanti".
Il film d'aria pressurizzato del cuscinetto aerostatico si forma grazie all'aria compressa esterna introdotta attraverso la valvola di strozzamento tra le superfici della coppia di scorrimento. I cuscinetti aerostatici richiedono un'alimentazione di aria esterna pulita.
Caratteristiche dei cuscinetti ad aria
(1) Resistenza all'attrito estremamente bassa
Poiché la viscosità del gas è molto inferiore a quella del liquido, la viscosità dell'aria a temperatura ambiente è solo 1/5000 di quella dell'olio meccanico n. 10, e la resistenza all'attrito del cuscinetto è direttamente proporzionale alla viscosità, quindi l'attrito dei cuscinetti a gas è inferiore a quello dei cuscinetti lubrificati a liquido.
(2) Ampia gamma di velocità applicabili
La resistenza all'attrito del cuscinetto a gas è bassa, l'aumento di temperatura è contenuto e non supera i 20-30 °C anche a velocità elevate come 50.000 giri/min e persino a velocità di 1,3 milioni di giri/min. I cuscinetti idrostatici possono essere utilizzati anche a velocità molto basse, persino a velocità zero.
(3) Ampia gamma di temperature applicabili
Il gas rimane allo stato gassoso in un ampio intervallo di temperature e la sua viscosità è minimamente influenzata dalla temperatura (la viscosità aumenta leggermente con l'aumentare della temperatura, ad esempio da 20 °C a 100 °C, la viscosità dell'aria aumenta del 23%), quindi i cuscinetti a gas possono essere utilizzati in un intervallo di temperatura compreso tra -265 °C e 1650 °C.
(4) Bassa capacità portante
La capacità portante del cuscinetto idrodinamico è direttamente proporzionale alla viscosità, mentre quella del cuscinetto pneumatico è solo di pochi millesimi rispetto a quella del cuscinetto idrodinamico di pari dimensioni. A causa della comprimibilità del gas, esiste un limite alla capacità di carico del cuscinetto gasdinamico, e il carico per unità di area proiettata può essere aumentato solo fino a 0,36 MPa.
(5) Requisiti di elevata precisione di elaborazione
Al fine di migliorare la capacità di carico e la rigidità del film d'aria dei cuscinetti a gas, si utilizza solitamente un gioco del cuscinetto (inferiore a 0,015 mm) simile a quello dei cuscinetti lubrificati a liquido, e di conseguenza è necessario migliorare la precisione dei componenti.
Applicazione dei cuscinetti ad aria
Il cuscinetto ad aria è un nuovo tipo di cuscinetto che sfrutta l'energia potenziale elastica dell'aria per svolgere una funzione di supporto.
L'unico lubrificante utilizzato è l'aria; la tecnologia dei cuscinetti ad aria è quindi ideale per pezzi che devono essere privi di contaminazione o per ambienti di lavoro.
Nei cuscinetti ad aria, le sfere vengono sostituite da cuscinetti d'aria. Una delle applicazioni più note dei cuscinetti ad aria è probabilmente quella degli hovercraft.
Un'enorme ventola soffia aria sotto l'hovercraft, bloccando la fuoriuscita dell'aria attraverso una "gonna" di gomma elastica. L'elevata pressione dell'aria generata sotto l'hovercraft sostiene il peso dello scafo e lo fa così galleggiare sul cuscino d'aria.
L'applicazione dei cuscinetti a gas si sta diffondendo sempre di più ed è stata oggetto di studi approfonditi e intensivi. Attualmente, i cuscinetti a gas trovano impiego in macchinari tessili, macchine per la lavorazione dei cavi, macchine utensili, giroscopi, separatori centrifughi ad alta velocità, trapani odontoiatrici, frigoriferi che operano a basse temperature, espansori di idrogeno e circolatori di gas che operano ad alte temperature.
Data di pubblicazione: 28 marzo 2025
