Guida alla selezione dei materiali comuni per cuscinetti

La selezione dei materiali di cuscinetto ha un impatto diretto sull'affidabilità e sulla durata di vita dei sistemi meccanici, che richiedono un allineamento con le condizioni operative (carico, velocità, ambiente).I materiali di cuscinetto principali sono classificati in tre tipiIn seguito è riportata un'analisi tecnica delle loro caratteristiche e degli scenari di applicazione.

I. Materiali metallici: scelta fondamentale per il carico ad alta resistenza

1. Leghe di cuscinetti (leghe Babbitt/metalli bianchi)

• Composizione e struttura: leghe a matrice morbida a base di stagno o piombo, contenenti grani duri di antimonio-stagno (Sb-Sn) e rame-stagno (Cu-Sn).
• Principali vantaggi:
  • La matrice morbida fornisce un'elevata duttilità e conformabilità, mentre i grani duri migliorano la resistenza all'usura;
  • Esclusivi proprietà di incorporamento (permette l'incorporazione di particelle di impurità, evitando graffi nel giornale) e antiadesivo;
  • Buona conducibilità termica (riduce l'accumulo di calore da attrito) e adsorbimento dell'olio (migliora la lubrificazione).
• Limitazioni:
  ▪ Poca resistenza, che richiede un rivestimento sottile di 0,5 mm su gusci di bronzo, acciaio o ghisa;
  ▪ Costoso, adatto a carichi pesanti, applicazioni a media velocità con requisiti di lubrificazione rigorosi (ad esempio, turbine a vapore, alberi principali dei motori a combustione interna).

2. Leghe di rame

• Tipi tipici:
  ▶D'acciaio: eccellenti proprietà antirrizione, utilizzate in scenari di carico pesante a media velocità (ad esempio cuscinetti per l'albero dell'elica navale), ma con una conformità inferiore alle leghe dei cuscinetti;
  ▶Piombo, bronzo: elevata resistenza alle convulsioni, adatta a carichi pesanti ad alta velocità (ad esempio cuscinetti del motore di un aeromobile);
  ▶Aluminico Bronzo: Alta resistenza e durezza, debole anticonvulsivo, utilizzato in carichi pesanti a bassa velocità (ad esempio cuscinetti per macchine minerarie).
• Vantaggi comuni: maggiore durezza e capacità di carico rispetto alle leghe di cuscinetto, offrendo una migliore redditività.

3Leghe a base di alluminio

• Caratteristiche tecniche:
  • Bassa densità (circa 1/3 delle leghe di rame), forte resistenza alla corrosione e elevata resistenza alla stanchezza;
  • Possono essere fabbricati come componenti monometallici o strutture bimetaliche (rivestimento a base di alluminio + supporto in acciaio), sostituendo alcune leghe di cuscinetti e bronzi.
• Applicazioni: cuscinetti per motori per autoveicoli, cuscinetti per compressori in situazioni di carico medio ad alta velocità.

4. Fuoco (Fuoco grigio/Fuoco resistente all'usura)

• Meccanismo di rinforzo: i fiocchi di grafite (lamellari o nodulari) formano uno strato lubrificante solido, che assorbe i lubrificanti per migliorare la lubrificazione dei confini.
• Restrizioni:
  ▪ Fragile con scarsa conformabilità, adatto solo per applicazioni a bassa velocità con carichi leggeri (ad esempio, macchine agricole, cuscinetti per utensili manuali);
  ▪ Richiede lubrificazione, non adatta per ambienti con carico d'impatto.

II. Materiali non metallici: soluzioni per ambienti speciali

1. Materiali polimerici (plastiche)

• Tipi comuni:
  ▶ Resina fenolica: resistente alle alte temperature (150°C), ad alta resistenza, utilizzata nei cuscinetti della scatola dei marciapiedi;
  ▶ Nylon (PA): Buona autolubrificazione, assorbimento degli urti, adatto per ambienti polverosi;
  ▶ Politetrafluoroetilene (PTFE): Coefficiente di attrito estremamente basso (0,04), resistente alla corrosione, operabile senza lubrificazione.
• Limitazioni di applicazione:
  ▪ scarsa conduttività termica (1/200 di acciaio), che richiede il controllo della velocità di funzionamento (≤ 0,5 m/s) e della pressione (≤ 3 MPa);
  ▪ Un elevato coefficiente di espansione lineare (10 volte quello dell'acciaio), che richiede spazi di accoppiamento 2 – 3 volte più ampi dei cuscinetti metallici;
  ▪ Poca resistenza e propensi a strisciare, non adatti a cuscinetti di precisione.

2. Materiali di carbonio-grafite

• Vantaggi di prestazione:
  • L'autolubrificazione si basa su vapore acqueo adsorbito e lubrificanti impregnati (ad esempio metalli, PTFE, dissulfuro di molibdeno);
  • Resistenza alle alte temperature (oltre 600°C), resistenza alla corrosione, adatta al vuoto o a ambienti fortemente corrosivi (ad esempio cuscinetti per pompe chimiche).
• Proprietà materiale: un elevato contenuto di grafite porta a una minore durezza e a un minore coefficiente di attrito (fino a 0,08).

3Gomma e legno

• Fabbricazione a partire da materie plastiche: elevata elasticità, assorbimento delle impurità, utilizzato in ambienti lubrificati con acqua o inquinati (ad esempio cuscinetti per apparecchiature di trattamento delle acque reflue);
• Legno: struttura porosa per l'impregnazione con olio, adatta a ambienti polverosi (ad esempio, macchine tessili, cuscinetti per macchine agricole), che richiede un trattamento superficiale per una maggiore resistenza all'usura.

III. Materiali metallici porosi: ottimali per scenari di autolubrificazione

1Principio materiale

• Processo di produzione: Le polveri metalliche (principalmente ferro/bronzo) vengono pressate e sinterizzate in una struttura porosa (porosità 10%-35%), sature di olio prima di essere utilizzate per formare cuscinetti impregnati di olio.
• Meccanismo di lubrificazione:
  ▶ Durante il funzionamento: la rotazione del giornale e l'aumento della temperatura rilasciano olio dai pori alla superficie di attrito;
  ▶ Durante lo spegnimento: l'azione capillare richiama l'olio nel cuscinetto, consentendo un'autolubrificazione periodica.

2. Materiali tipici e applicazioni

• Ferro poroso: maggiore resistenza, utilizzata in scenari a bassa velocità con carico medio, come i rivestimenti per mulini, i cuscinetti dell'albero a camme del motore a combustione interna;
• Bronzo poroso: Buona resistenza all'usura, adatta a ventilatori elettrici, macchine tessili e cuscinetti per generatori automobilistici (carico ≤10MPa, velocità ≤2m/s).
• Raccomandazioni d'uso: rifornimento regolare dell'olio per prestazioni ottimali, non adatto a carichi d'urto o ad alte velocità (> 3 m/s).

Riferimento della decisione di selezione

Conclusioni

1. Carico pesante e velocità elevata: dare la priorità alle leghe di cuscinetti o al bronzo piombo con sistemi di lubrificazione forzata;
2. Ambienti corrosivi/senza olio: utilizzare materie plastiche in PTFE o materiali in carbonio-grafite, scambiando una certa capacità di carico per l'adattabilità ambientale;
3. Autolubrificazione a basso costo: i materiali metallici porosi sono ideali per scenari di carico leggero a bassa velocità.
   Valutando in modo completo parametri quali carico, velocità, temperatura e media ambientali, e combinando le proprietà fisico-meccaniche del materiale con il costo,la durata di vita dei cuscinetti e l'affidabilità operativa delle attrezzature possono essere notevolmente migliorate;.