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Cuscinetti a sfere lineari – Selezione, installazione e manutenzione
I cuscinetti a sfere lineari sono componenti importanti in molte applicazioni di ingegneria meccanica. La funzione dei cuscinetti a sfere lineari è consentire un movimento preciso e a basso attrito lungo un asse. Questo articolo fornisce indicazioni importanti sulla selezione, l’installazione e la manutenzione dei cuscinetti a sfere lineari, in modo da poter trovare il cuscinetto giusto per la propria applicazione e ottenere il massimo.
Cos’è un cuscinetto a sfere lineare e come viene costruito?
I cuscinetti a sfere lineari sono cuscinetti a rulli con una struttura speciale. Fungono altresì da elementi rotanti (sfere). In generale il termine cuscinetto a sfere è usato per fare riferimento a un componente che ha un anello interno ed esterno separato da sfere (elementi rotanti) che è progettato per supportare un elemento rotante. Tuttavia una guida lineare con un cuscinetto a sfere lineare è progettata per guidare un movimento lineare lungo un albero cilindrico con il minor attrito possibile. A questo scopo un cosiddetto meccanismo a ricircolo di sfere è installato in un cuscinetto a sfere lineare. Il meccanismo a ricircolo di sfere consente alle sfere di ruotare linearmente rispetto all’albero. Al termine della vie di corsa le sfere vengono restituite quindi da una pista di ricircolo non a contatto con l’albero. I cuscinetti a sfere lineari sono progettati per movimenti strettamente lineari ad alta precisione e non possono accogliere un movimento rotatorio.
- (1) Anello di tenuta laterale
- (2) Cilindro esterno
- (3) Gabbia a sfere
- (4) Sfere d’acciaio
- (MX) Unità di lubrificazione
I cuscinetti a sfere lineari vengono utilizzati insieme agli assi lineari. Il meccanismo di movimento lineare di solito utilizza sfere rotanti d’acciaio per un movimento lineare illimitato. Le sfere d’acciaio corrono continuamente all’interno del percorso specificato della gabbia a sfere, mentre rotolano sulla superficie dell’albero lineare. I cuscinetti a sfere lineari eseguono un movimento lineare con un attrito inferiore e una precisione elevata rispetto ai cuscinetti a strisciamento. I cuscinetti a sfere lineari sono utilizzati in molte applicazioni, come le apparecchiature per la movimentazione dei materiali e le linee di produzione dei semiconduttori.
Oltre ai cuscinetti a sfere lineari, esistono anche altre forme di cuscinetti volventi che consentono un movimento lineare. Ciò include, per esempio, guide per gabbie a sfere o guide per aghi. Nelle guide per gabbie a sfere le sfere si trovano in una gabbia che rotola e scorre sulle superfici interne ed esterne. Tuttavia la gabbia riduce anche al minimo il percorso, motivo per cui questa forma di cuscinetti volventi è adatta solo per movimenti lineari brevi. Le guide per aghi richiedono un albero guida con facce piane per far rotolare gli elementi rotanti. Sono progettate in modo simile alla guida per gabbie a sfere, ma sono in grado di assorbire forze più elevate grazie agli elementi rotanti a forma di ago. La forma ad ago impedisce anche la torsione. Tuttavia le guide per aghi sono adatte solo per movimenti lineari brevi. Nessuna delle due forme presenta un meccanismo di ricircolo.
I cuscinetti a sfere lineari generalmente non hanno una funzione antirotazione. Le alternative di trasferimento della coppia sono gli alberi scanalati a sfere, chiamati anche alberi di coppia e guide per aghi. Poiché gli alberi scanalati possono essere utilizzati anche come alberi guida, ma non sono alberi a rulli, non sono considerati in questa sede.
Considerazioni preliminari per la selezione dei cuscinetti a sfere lineari
Una domanda di base per la selezione dei cuscinetti a sfere lineari è: Qual è la forma dell’albero? I cuscinetti a sfera lineari sono progettati per l’uso con alberi rotondi ad alta precisione. Tipicamente due alberi lineari paralleli vengono utilizzati come approccio basato sulla progettazione per prevenire la possibile rotazione radiale dei cuscinetti a sfere lineari. In alternativa binari del profilo con carrelli possono essere utilizzati anche per carichi nominali più elevati o quando lo spazio è limitato.
La prossima domanda da porre è: Come è integrato il cuscinetto a sfere lineare? Ha un impatto sulla forma. I cuscinetti a sfere lineari con flangia possono essere fissati, ad esempio, direttamente sull’alloggiamento. La flangia fornisce un supporto stabile e una distribuzione uniforme della forza. I cuscinetti lineari con alloggiamenti offrono una maggiore protezione ambientale rispetto ai cuscinetti lineari senza alloggiamenti, ma sono meno flessibili. Gli alloggiamenti sono più facili da installare e di solito hanno un arresto fisso che facilita l’allineamento.
MISUMI offre tre opzioni di montaggio per i cuscinetti a sfere lineari:
- Senza flangia: montaggio salvaspazio, ideale per progettazioni compatte e spazio di installazione limitato
- con flangia: tonda / quadrata / compatta (offre flessibilità di posizionamento e fissaggio)
- con forma a blocco/alloggiamento (fornisce stabilità e quindi capacità di carico elevata)
La tabella seguente fornisce una panoramica delle progettazioni e delle forme disponibili, ad esempio flangiati o aperti:
| Forma | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Design | Con flangia (flangia rotonda, flangia compatta, flangia quadrata) |
Dritto | Unità lineari a sfere (boccola nell’alloggiamento) |
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| Da flangia a faccia (a filo) | Flangia con guida (da incasso) | Flangia centrata | Cilindrico continuo | Alloggiamento ampio | Blocchi alti | Blocco di cuscinetti | |
| Singolo |  |
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| Tipo doppio |  |
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| Tipo lungo |  |
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Le variabili influenti seguenti devono essere prese in considerazione nell’ultimo passaggio:
- Condizioni ambientali
- Carico nominale e velocità richiesta
- Precisione
- Resistenza chimica
- Numero di vie di corsa
- Tipo di carico
A seconda del tipo di carico,è possibile scegliere, ad esempio, tra cuscinetti a sfere lineari corti o semplici o cuscinetti a sfere lineari doppi. I primi sono più adatti per carichi leggeri, ma non quando viene esercitato un carico di momento elevato (carico disassato). In questo caso devono essere utilizzati cuscinetti a sfera lineari doppi/multiple. In generale i cuscinetti a sfere lineari non sono adatti per il movimento rotatorio. Per esempio, per i movimenti oscillanti deve essere utilizzata una guida per aghi. Per carichi d’urto o in ambienti con maggiore sporcizia anche i cuscinetti a strisciamento possono essere una possibile alternativa ai cuscinetti a sfere lineari. La scelta del materiale per gli elementi a rullo dipende anche dall’applicazione. Le sfere d’acciaio hanno elevata durezza, sono robuste e possono assorbire carichi elevati. Sebbene siano economicamente convenienti, sono anche suscettibili alla corrosione. I cuscinetti a sfere lineari con corpi dei rulli in acciaio inox sono quindi la scelta migliore in ambienti umidi. La capacità di carico e la resistenza alle influenze esterne sono di conseguenza la chiave per la selezione preliminare. La precisione è un altro fattore da considerare. In applicazioni ad alta precisione l’intervallo di tolleranza dei cuscinetti non deve essere troppo grande; si consiglia l’uso di cuscinetti a sfere lineari specializzati e più costosi. Le guide per gabbie a sfere possono anche essere un’alternativa se la guida lineare è destinata a coprire solo una breve distanza di corsa.
Nelle applicazioni a bassa precisione l’uso di un articolo economico può essere spesso una buona scelta. Si consiglia di valutare la precisione richiesta. I costi possono potenzialmente essere ridotti ulteriormente utilizzando elementi del valore C. Cuscinetti lineari economici, ad esempio, sono disponibili nel negozio MISUMI. Trova queste varianti inserendo il termine di ricerca "economico" nel campo di ricerca. Puoi trovare anche maggiori informazioni al riguardo nel nostro articolo Cuscinetti a strisciamento - Riduzione dei costi con prodotti economici.
Ad esempio, sono disponibili i cuscinetti lineari economici seguenti:
Istruzioni per l’installazione del cuscinetto a sfere lineare
L’installazione precisa dei cuscinetti a sfere lineari è essenziale per il pieno funzionamento. Anche l’allineamento esatto dei componenti del cuscinetto è importante per garantire un funzionamento uniforme. È importante evitare di inserire forzatamente l’asse inclinato nel cuscinetto, poiché potrebbe danneggiarsi la gabbia a sfere.
Di seguito sono riportate varie varianti di montaggio:
Montaggio con piastre di arresto e distanziatore
Il manicotto distanziatore è progettato per riempire con precisione lo spazio tra i due cuscinetti creati dalla profondità del componente. Gli arresti impediscono lo scivolamento.
Le piastre di arresto consentono progettazioni flessibili indipendentemente dalla lunghezza dell’involucro. I cuscinetti a sfera lineari e gli alberi possono essere installati anche vicino alle superfici terminali. Le piastre di arresto possono essere utilizzate anche per bloccare i cuscinetti a sfere lineari.
Montaggio con anelli di supporto
I cuscinetti a sfere lineari dritti sono dotati solitamente di una o due gole per anello. Se un anello di supporto viene inserito nella gola per anello, può essere utilizzato per fissare il cuscinetto inserito a pressione nell’alloggiamento. Se l’anello di supporto viene inserito in una gola anulare sull’alloggiamento, può fungere da arresto laterale e quindi posizionare saldamente il cuscinetto a sfere lineare. L’uso di anelli di supporto è adatto per vincoli di spazio e carichi medi.
Montaggio con stop
Gli stop vengono utilizzati anche per posizionare saldamente il cuscinetto. Il primo passo consiste nell’inserire il cuscinetto a sfere lineare nei fori di precisione corrispondenti sull’alloggiamento. Gli arresti e l’alloggiamento vengono quindi avvitati insieme, il che fa sì che il cuscinetto a sfere lineare venga spostato dagli arresti fino a quando gli arresti non si fermano contro la parete esterna dell’alloggiamento. Se è necessaria un’ulteriore compensazione della lunghezza, è possibile utilizzare anche altri elementi di compensazione e distanziali.
Montaggio con flangia
Il montaggio di cuscinetti a sfere lineari con flangia è un’opzione semplice, ma stabile. La piastra flangiata integrata garantisce alta rigidità e fissaggio affidabile. Durante l’installazione è importante prestare attenzione alla direzione (foro passante o foro filettato) e alle superfici di accoppiamento. Esiste sempre una superficie di accoppiamento per l’allineamento radiale del cuscinetto a sfere lineare.
Per ottimizzare l’integrazione dei cuscinetti a sfere lineari, questi sono disponibili nella versione con flangia frontale, centrale e flangia con guida, nonché in varie versioni della flangia.
Suggerimento per i professionisti: Facile montaggio con anello di serraggio accoppiato e leve a camme
L’utilizzo di un anello di serraggio o di una leva a camme semplifica particolarmente il montaggio. Ciò può essere molto utile, specialmente quando si allinea, ad esempio, una tavola di posizionamento per materiali in installazioni manuali. L’anello di serraggio consente un posizionamento facile e sicuro della tavola del materiale bloccando manualmente i cuscinetti a sfere lineari sull’albero senza danneggiare l’albero lineare.
Manutenzione dei cuscinetti a sfere lineari
I cuscinetti a sfere lineari MISUMI sono trattati con olio anticorrosione. L’olio inibitore della corrosione non influisce sui grassi per cuscinetti. Inoltre è possibile utilizzare un’unità di lubrificazione MX per la lubrificazione continua durante il funzionamento. Quanto segue mostra l’efficacia delle unità di lubrificazione MX e fornisce ulteriori istruzioni di manutenzione.
Utilizzo delle unità di lubrificazione MX
Le unità di lubrificazione MX possono misurare la lubrificazione.
È stato eseguito un test a lungo termine sull’unità di lubrificazione MX senza manutenzione.
- LMU12: Nessun lubrificante/standard
- LMU-MX12: Unità di lubrificazione e grasso MX
- Distanza di viaggio specificata in km
Sono state utilizzate le condizioni di test seguenti: Come campione sono stati utilizzati un cuscinetto a sfera lineare LMU12 con olio anticorrosione e un cuscinetto a sfera lineare LMUX12 con unità di lubrificazione MX. Altri parametri:
- Carico effettivo: 206 N (50% del carico nominale dinamico di 412 N)
- Velocità media: 42 m/min (0,7 m/s)
- Lubrificante: grasso lubrificante, solo riempimento iniziale (solo LMU-MX12)
- Materiale albero: EN 1.3505 Equiv. 58HRC
- Funzionamento: funzionamento continuo 24 ore su 24
Il risultato del test di resistenza: Con un carico di prova efficace del 50% della capacità di carico la progettazione con l’unità di lubrificazione MX ha raggiunto un’uscita continua di 2,5 volte più lunga rispetto all’unità di lubrificazione MX. Questi sono valori di riferimento che non sono considerati una garanzia del produttore.
Errore di montaggio - Fori flangiati e svasati o foro passante
La figura seguente mostra la manipolazione corretta e non corretta dei cuscinetti a sfere lineari con flangia e unità di lubrificazione:
Le unità di lubrificazione MX non devono mai essere utilizzate come guida, come mostrato nella Figura (2). Ciò può danneggiare l’alloggiamento. Utilizzare invece un cuscinetto a sfere lineare con flangia e guida come mostrato qui come esempio di montaggio nella Figura (3) o passare a una progettazione con una flangia terminale, che è mostrata come esempio di montaggio nella Figura (1). Lo smontaggio dell’unità di lubrificazione MX e dei cuscinetti a sfere lineari causerà errori e deve essere evitato.
Istruzioni generali per la lubrificazione
Le file di sfere all’interno dei cuscinetti a sfere lineari devono essere lubrificate prima e durante l’uso. Ciò riduce l’attrito e l’usura. Il grasso crea uno strato tra le sfere e le superfici di rotolamento, che impedisce simultaneamente il grippaggio. Sono disponibili le versioni di grasso L, G e H per requisiti specifici. Questi sono adattati a diverse condizioni operative e carichi.
Un rivestimento LTBC prolunga anche la durata dei cuscinetti a sfere lineari e dell’albero lineare. Il rivestimento in cromo nero (LTBC) a bassa temperatura protegge dalla corrosione e riduce al minimo la riflessione. Scopri di più sulle superfici a bassa riflessione, LTBC e altre opzioni in questo blog.
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