Che cosa sono i cuscinetti volventi?

Il nostro viaggio alla scoperta del motore prosegue soffermandoci su degli elementi importantissimi: i cuscinetti volventi. I cuscinetti sono definiti come dispositivi meccanici per ridurre l’attrito tra due oggetti in movimento rotatorio o lineare tra loro. Quelli volventi, in particolare, sono molto utilizzati sia nei mozzi ruota che all’interno del gruppo motore-cambio. Il loro scopo è quello di ridurre le perdite di energia meccanica e di portare l’usura a valori più bassi possibile. Per questo l’attrito radente deve essere sostituito da un vero e proprio galleggiamento su un velo d’olio oppure da un attrito volvente. L’attrito volvente è quello che si ottiene – facendo un esempio grossolano – quando si pongono dei rulli sotto lo scafo di una piccola barca per spingerla sulla spiaggia. In questo modo la forza necessaria per spostarla diventa assai inferiore a quella che servirebbe per farla muovere direttamente sulla sabbia.

Articolo aggiornato il 15 ottobre 2020 alle ore 8:00

COME SONO FATTI I CUSCINETTI VOLVENTI

I cuscinetti volventi o a rotolamento, quindi, servono per ottenere questo tipo di attrito, tipicamente negli accoppiamenti tra un albero rotante (es. l’albero a gomiti) e il relativo supporto, o al contrario, tra un asse fisso e il mozzo di un componente che ruota. Tipicamente un cuscinetto come questo è costituito da un anello esterno e da un anello interno, tra i quali è interposta una serie di corpi volventi, che possono essere sfere oppure rulli, solitamente separati l’uno dall’altro e guidati da una gabbia nel loro movimento. Negli anelli sono poi ricavate le piste di rotolamento per questi corpi. Ovviamente le pressioni in gioco durante il funzionamento del motore sono elevatissime.

I CORPI SONO ELASTICI

Teoricamente, tra un anello e una sfera del tutto rigidi, il contatto sarebbe di tipo puntiforme e quindi non sarebbe possibile realizzare il cuscinetto, perché i carichi specifici risulterebbero troppo elevati (si pensi alla lubrificazione e alla dilatazione dei “segmenti”). In realtà, invece, i corpi hanno una loro elasticità e la superficie di contatto assume una forma ellittica, avendo una certa estensione, per quanto ridotta. I cuscinetti richiedono una fabbricazione specifica, che solitamente avviene per tornitura da un tubo di acciaio al cromo. Gli anelli sono divisi in varie classi dimensionali per poter essere accoppiati con i corpi volventi, anch’essi costruiti con tolleranze ridottissime e suddivisi in classi diverse. Ogni singola classe ha una differenza di 1 o 2 micron con quella che la segue o che la precede.

I DIVERSI TIPI DI CUSCINETTI

Di cuscinetti a sfere ne esistono tanti tipi. I più semplici sono a singola fila di sfere, adatti a girare ad alte velocità e sopportare carichi assiali e radiali considerevoli e disallineamenti abbastanza sensibili. I cuscinetti a doppia fila di sfere possono sopportare carichi radiali maggiori ma hanno anche più ingombro in senso assiale. Quelli a rulli, poi, sono intrinsecamente più rigidi di quelli a sfere, rispetto a cui hanno una capacità di carico più elevata, ma sopportano meno carichi assiali. I cuscinetti a rulli conici, infine, sono sempre impiegati in coppia e hanno ottime capacità sia in senso radiale che assiale e non sono adatti a regimi di rotazione elevati.