Per inviarci segnalazioni, foto e video potete contattarci su info@moto.it

Le elevate sollecitazioni a cui sono sottoposti gli elementi che compongono queste parti meccaniche (basti pensare alle impressionanti pressioni che si raggiungono nelle zone di contatto delle sfere e dei rulli con le piste) rendono necessario l'utilizzo di materiali con adeguate caratteristiche meccaniche. Fondamentale è una durezza molto elevata, che si ottiene grazie a trattamenti termici eseguiti con un controllo estremamente accurato dei parametri in gioco (es. temperatura e tempo, ovvero velocità di riscaldamento e raffreddamento). Il materiale deve inoltre avere una grande resistenza alla fatica ed elevate caratteristiche meccaniche.

Gli anelli ed i corpi volventi sono realizzati in acciaio, salvo alcune esecuzioni speciali, molto costose e utilizzate solo in casi eccezionali, in cui le sfere oi rulli sono in ceramica. Il materiale standard, utilizzato nella stragrande maggioranza dei casi, è acciaio 100 Cr6, contenente l'1% di carbonio e l'1,4% di cromo, più quantità minori di manganese e silicio. Il trattamento termico consiste tipicamente in un indurimento, effettuato portando i pezzi a circa 850°C e, dopo un'adeguata permanenza a questa temperatura, un brusco raffreddamento in olio, seguito dal rinvenimento. In questo modo al materiale viene impartita una durezza dell'ordine di 60-64 punti Rockwell. È estremamente importante che l'acciaio sia molto puro e che sia opportunamente degasato durante la fase di produzione (l'operazione viene eseguita sotto vuoto); eventuali inclusioni non metalliche, tra cui spiccano gli ossidi, sono deleterie soprattutto per la resistenza alla fatica. In alcuni casi, per realizzazioni destinate ad usi particolari (come ad esempio l'utilizzo nei motori da competizione), viene utilizzata la rifusione sottovuoto.

L'adozione di sfere o rulli in ceramica offre vantaggi in termini di rigidità e leggerezza e riduce la necessità di lubrificazione. La soluzione appare quindi adatta in particolare quando le velocità di rotazione sono molto elevate. Sembra che sulle ultime Honda 500 a due tempi siano stati utilizzati cuscinetti con corpi volventi in ceramica. Oggi sfere di questo materiale vengono utilizzate in campo automobilistico per i cuscinetti di alcuni turbocompressori, in cui la loro ridotta inerzia aiuta a migliorare la "risposta". In questi casi viene generalmente utilizzato il nitruro di silicio (Si3 N4).

Ben diversa è la situazione per quanto riguarda le gabbie, per le quali vengono utilizzati materiali molto diversi. Ci sono differenze significative anche a livello di design, con una suddivisione fondamentale tra quelli in due parti e quelli monolitici (cioè ricavati dal pieno), e di processi di lavorazione. Le gabbie devono unire un peso contenuto ad una notevole robustezza ed essere in grado di sopportare senza problemi vibrazioni e carichi impulsivi. Il materiale deve avere una buona resistenza all'usura, possibilmente avere un basso coefficiente di attrito (e/o una notevole capacità di ritenzione dell'olio) e garantire un'elevata stabilità dimensionale.

La soluzione classica per cuscinetti a una corona di sfere prevede l'utilizzo di una gabbia in acciaio, costituita da due parti opportunamente sagomate che vengono unite mediante chiodatura in fase di montaggio. Vengono spesso utilizzate tele bachelite o gabbie in resina fenolica, ma da tempo, tra i materiali plastici utilizzati per questi componenti, spicca la poliammide rinforzata con fibre di vetro. Tra i metalli, oltre all'acciaio, il bronzo trova largo impiego per la fabbricazione di gabbie, in particolare se destinate ad alloggiare e guidare rulli cilindrici. I cuscinetti a rullini di biella sono una categoria a sé stante, in cui solitamente vengono utilizzate gabbie in acciaio, ricavate dal pieno e con una geometria particolare, che spesso hanno un sottile rivestimento superficiale di rame o rame più un "velo" di argento solo qualche micron di spessore.

I cuscinetti volventi sono parti meccaniche ad alto contenuto tecnologico, che vengono prodotte da aziende specializzate in questo particolare settore, dotate di macchine utensili molto sofisticate e in possesso di uno straordinario know-how specifico. Per avere un'idea della precisione dimensionale necessaria per realizzare questi componenti, basti pensare che i rulli sono suddivisi in classi dimensionali che variano da due micron a due micron, e questo per la normale produzione in serie. La precisione geometrica non è certo da meno. Oggi si realizzano cuscinetti in cui il profilo dei rulli è espresso matematicamente da una funzione logaritmica... La finitura superficiale delle piste dei corpi volventi è molto elevata (può arrivare anche a circa 0,05 micron Ra) ed è ottenuta mediante lappatura e/o lucidatura.

Grazie a potenti programmi è possibile visualizzare sul computer con grande precisione cosa succede dopo che il cuscinetto è stato montato, cioè le deformazioni che subisce, e anche cosa succede durante il funzionamento. L'installazione con interferenza nell'alloggiamento provoca una leggera ma non trascurabile diminuzione del diametro dell'anello esterno. Ciò provoca una riduzione del gioco e talvolta anche la deformazione della pista di rotolamento. Di notevole importanza è la distribuzione del materiale intorno alle abitazioni; Nervature disposte in modo non razionale possono causare deviazioni dalla perfetta circolarità dell'anello esterno, e non bisogna dimenticare che anche qui contano i micron, soprattutto se i cuscinetti sono destinati a motori ad altissime prestazioni! I cuscinetti possono essere montati anche con una forza notevole sull'albero, ma nel nostro settore generalmente prevale la soluzione che comporta una notevole interferenza nell'alloggiamento e un accoppiamento solo leggermente forzato sull'albero.

L'interferenza di montaggio deve essere calcolata con molta attenzione. Non deve essere eccessivo o insufficiente; in questo secondo caso, quando si tratta dell'anello esterno, c'è il rischio che durante il funzionamento possa iniziare a muoversi, con conseguenze che possono essere deleterie per l'alloggiamento in breve tempo. Naturalmente non va trascurato che se il cuscinetto è installato in un involucro di alluminio, l'espansione che l'alloggiamento subisce a caldo è notevolmente superiore a quella dell'anello esterno, il che porta ad una diminuzione dell'interferenza.

Al termine del processo produttivo e dei controlli finali, un cuscinetto destinato ai carichi radiali (l'esempio più classico è costituito da uno di questi componenti con un solo anello di sfere), nella normale esecuzione, presenta un gioco diametrale molto contenuto . In altre parole, tenendo fermo l'anello esterno, quello interno ha una piccola possibilità di movimento radiale. Dopo il montaggio, l'interferenza provoca una leggera diminuzione di tale gioco (i fattori in gioco sono lo spessore dell'anello forzato, il valore dell'interferenza ed i materiali utilizzati). Ma non è tutto, perché durante il funzionamento l'anello esterno lavora generalmente a una temperatura leggermente inferiore a quella dell'anello interno, il che provoca un'ulteriore leggera riduzione del gioco del diametro. Sono poi da considerare anche le deformazioni elastiche che si verificano in seguito a sollecitazioni meccaniche. Tutto questo deve essere preso in considerazione in fase di progettazione. Per questo motivo vengono prodotti anche cuscinetti con gioco maggiorato. Infine, è importante notare che alcuni cuscinetti devono essere sottoposti a un certo precarico durante il montaggio.    

Moto.it Quotidiano d'informazione motociclistica Reg. Tribù. Di Milano Num. 680 del 26.11.2003 © 1997-2021 CRM Srl PIva 11921100159