Sigillatura dei cuscinetti a sfera – Guarnizioni, rondelle di tenuta e rondelle di copertura

I cuscinetti a sfere sono componenti critici in molte macchine e attrezzature e svolgono un ruolo centrale per il movimento a basso attrito delle parti. La protezione basata sulla progettazione dei cuscinetti volventi rispetto a sovraccarico e guasti dovuti a surriscaldamento, contaminazione e influenze esterne è quindi una delle attività fondamentali di un ingegnere di progettazione. I cuscinetti a sfere possono essere sigillati, ad esempio, oppure possono utilizzare cuscinetti a rulli già sigillati in fabbrica per ottenere la massima vita utile possibile. Per ridurre al minimo attrito e usura, è necessario assicurarsi che i cuscinetti siano lubrificati sufficientemente. Nel corso della manutenzione i cuscinetti a sfere devono quindi essere controllati e lubrificati secondo necessità. Tuttavia la tecnologia industriale moderna utilizza sempre più i cuscinetti volventi sigillati autolubrificanti o non riparabili, già dotati dal produttore di elementi di sigillatura e depositi di lubrificante corrispondenti.

Cosa sono le guarnizioni e le rondelle di copertura per i cuscinetti a sfere?

Le guarnizioni e le rondelle di copertura sono componenti progettati appositamente per proteggere l’interno del cuscinetto dai contaminanti esterni in generale, impedendo al contempo la fuoriuscita del lubrificante. Le rondelle di copertura sono guarnizioni non abrasive (senza contatto) per i cuscinetti volventi. Solitamente le rondelle di copertura vengono premute nell’anello esterno del cuscinetto a sfera. C’è uno spazio tra l’anello interno e l’anello esterno, motivo per cui non è possibile una sigillatura completa. Le rondelle di copertura non devono essere confuse con le rondelle di tenuta (comprese le rondelle di tenuta in gomma) e le piastre deflettrici. Le rondelle di tenuta sono disponibili in varie versioni. A seconda del materiale utilizzato e della forma della rondella di tenuta, queste possono essere progettate anche come tenute a contatto. Ciò di solito si traduce in una migliore tenuta del cuscinetto. Tuttavia una tenuta stretta causerà attrito, con conseguenti perdite di energia correlate all’attrito e temperature più elevate dei cuscinetti.

• 1 - Alesaggio
• 2 - Piastra deflettrice
• 3 - Albero

A differenza delle rondelle del coperchio generalmente le piastre deflettrici non sono integrate direttamente nel cuscinetto volvente, ma sono posizionate in modo stazionario accanto al cuscinetto. Mantengono il grasso vicino ai cuscinetti e riducono le perdite di grasso anche a velocità circonferenziali più elevate o quando la viscosità del lubrificante diminuisce negli intervalli di temperature elevate.

Perché le guarnizioni sono importanti?

I cuscinetti aperti non possono essere utilizzati in tutte le situazioni, ad es. in ambienti caratterizzati da una contaminazione elevata. In questi casi si consigliano i cuscinetti con guarnizioni in gomma. Per i cuscinetti a sfera le guarnizioni e le rondelle di copertura hanno la funzione principale di proteggere l’interno dall’ingresso di polvere, particelle estranee e umidità, il che riduce il blocco rotazionale dovuto a particelle estranee bloccate o arrugginite e ne migliora la durata. Le guarnizioni proteggono anche da perdite indesiderate di lubrificanti, mantenendo così l’effetto lubrificante nel cuscinetto a sfera.

Tipi di sigillatura

In generale le guarnizioni possono essere suddivise in due categorie: guarnizioni a contatto e guarnizioni senza contatto. I tipi di guarnizioni seguenti si distinguono anche a seconda di come le parti da sigillare si muovono l’una rispetto all’altra: Guarnizioni statiche (nessun movimento), guarnizioni traslazionali (movimento lineare) e guarnizioni rotazionali (movimento rotatorio). La tabella seguente fornisce una panoramica dei vantaggi e degli svantaggi delle guarnizioni a contatto e senza contatto, nonché alcuni esempi:

• 1 - Cuscinetto a sfera a gola profonda aperta
• 2 - Rondella del coperchio su un lato (ad es. Z)
• 3 - Rondella del coperchio su entrambi i lati (ad es. ZZ / 2Z)
• 4 - Guarnizione senza contatto (ad es. VV o 2RZ)
• 5 - Guarnizione a contatto (ad es. DDU o 2RS)

Per i cuscinetti a sfera è possibile utilizzare guarnizioni diverse. In questo contesto MISUMI offre un’ampia gamma di anelli di tenuta dell’albero e cuscinetti a sfera con diverse opzioni di tenuta. Sono disponibili tabelle speciali degli anelli di tenuta dell’albero per facilitarne la selezione.

Cuscinetti a sfera scanalati con varie guarnizioni

Le diverse combinazioni di lettere vengono utilizzate per fare riferimento ai cuscinetti a sfera scanalati in base al tipo di guarnizione. La panoramica seguente mostra i cuscinetti a sfera a gola profonda con vari tipi di guarnizione e i loro vantaggi e svantaggi:

Anelli di tenuta dell’albero

Oltre alle guarnizioni e alle rondelle di tenuta esistono altre soluzioni basate sulla progettazione, come gli anelli di tenuta dell’albero, chiamati anche anelli Simmer (in memoria del loro sviluppatore Walther Simmer). Gli anelli di tenuta dell’albero proteggono alberi e cuscinetti da polvere, liquidi e altri contaminanti. Impediscono inoltre la fuoriuscita di fluidi o lubrificanti da un albero o da un asse rotante. Esistono diversi modelli di anelli di tenuta dell’albero, ad es.:

• Anello di tenuta dell’albero radiale
• Anello di tenuta dell’albero assiale
• Guarnizione a labirinto
• Guarnizione in teflon

Anello di tenuta dell’albero radiale

Una tenuta dell’albero radiale è una guarnizione a labbro per sigillare gli alberi rotanti. Sono installati con una sede fissa nell’alloggiamento o nel coperchio dell’alloggiamento. Un anello di tenuta dell’albero radiale è costituito generalmente da una guarnizione a labbro, un anello metallico di irrigidimento e una molla di tensione della vite anulare.

• 1 - Labbro di tenuta
• 2 - Molla di tensione a vite
• 3 - Anello in metallo

Quando viene spinto sull’albero, il labbro di tenuta viene espanso insieme alla rondella elastica. Il labbro di tenuta si trova direttamente sulla superficie dell’albero rotante. Gli anelli di tenuta dell’albero radiale sono utilizzati spesso per i cuscinetti con un alloggiamento in due pezzi.

In genere le tenute radiali dell’albero sono tenute che entrano in contatto tra loro, ma possono anche essere progettate in modo da non venire a contatto a velocità di rotazione elevate.

Criteri per la selezione delle guarnizioni e delle rondelle di copertura

Quando si selezionano le guarnizioni e le rondelle di copertura, è necessario considerare i criteri seguenti:

• Tipo di guarnizione o copertura: Determinare lo scopo principale (impedire al liquido di entrare o semplicemente coprire l’apertura). Una tenuta senza contatto è sufficiente o solo una tenuta a contatto soddisfa lo scopo?
• Condizioni ambientali: È necessario determinare i parametri quali temperatura, umidità, esposizione chimica e pressione.
• Selezione del materiale: La scelta del materiale dipende dal mezzo a cui è esposta la guarnizione, come olio, acqua, acidi, alcali o prodotti chimici aggressivi. I materiali comuni includono gomma, elastomeri, teflon, metalli e plastiche.
• Carichi meccanici: È necessario prendere in considerazione i carichi meccanici come vibrazioni, carichi d’urto e movimenti che potrebbero influire sulla guarnizione o sulla rondella del coperchio. Le guarnizioni devono essere in grado di gestire questi carichi senza danni o perdite.
• Rapporto costo-efficacia: Devono essere presi in considerazione i fattori di costo (ad es. quantità, costi di manutenzione previsti).

Selezione del materiale per le guarnizioni

MISUMI offre guarnizioni, ad es. realizzate con i materiali seguenti:

• NBR (Gomma nitrilica): L’NBR è particolarmente resistente all’olio (soprattutto a oli idraulici, oli minerali, ecc.) e alle intemperie e offre una buona resistenza generale a molti prodotti chimici. L’intervallo di applicazione è compreso tra -40 e 108 °C. L’NBR viene utilizzato spesso in guarnizioni piatte (si tratta di guarnizioni statiche installate come elementi di tenuta, ad esempio tra due flange).
• Gomma fluorurata (FKM, nota anche come Viton): FKM è caratterizzata da un’eccellente resistenza a prodotti chimici, temperature elevate e vari oli e carburanti. FMK presenta anche una bassa permeabilità ai gas. Le guarnizioni FKM speciali sono particolarmente resistenti agli acidi, tra gli altri
• Politetrafluoroetilene (PTFE, noto anche come Teflon): Il PTFE è caratterizzato da un attrito basso e da una resistenza alle temperature molto elevate (da 200 a 260 °C, momentaneamente fino a 300 °C). Può essere esposto a prodotti chimici aggressivi.