Nonostante gli ultimi progressi nel design e nella tecnologia industriale, i macchinari si affidano ancora all’umile cuscinetto a sfere per garantire che tutto funzioni senza intoppi. Fondamentalmente, i cuscinetti sono dispositivi a risparmio energetico. Limitano l’attrito tra le parti mobili in tutti i macchinari e, nel corso di centinaia di anni, si sono evoluti continuamente verso una maggiore efficienza e affidabilità. Non è possibile mettere il dito su un cuscinetto e dire “questo è il più privo di attrito”, quindi diamo un’occhiata ad alcune opzioni.
Costruire cuscinetti a sfera è rischioso. Poiché durante la produzione c’è sempre qualche variazione, le palline devono essere ordinate per dimensione. Una serie di sfere per un cuscinetto tipico non deve variare di più di un micron di diametro. Lo stesso vale per le superfici delle piste. Dopo che sono stati induriti, rettificati, lappati e levigati, ci sono piccole ma misurabili variazioni tra i diametri degli anelli interno ed esterno della pista. Nella produzione, tutte le parti vengono misurate e le dimensioni registrate, quindi gli anelli interno ed esterno possono essere successivamente abbinati a sfere di dimensioni adeguate per fornire gli spazi necessari per soddisfare le specifiche tecniche esatte.
I cuscinetti convenzionali generalmente utilizzano gabbie in acciaio per trattenere e guidare le sfere per evitare che queste si urtino l’una contro l’altra. Le gabbie in acciaio sono i tipi più economici per cuscinetti radiali a sfere e i produttori stampano prontamente le loro parti in lamiera d’acciaio, dal profilo richiesto , rivetti insieme le due metà e inserisci e fissa le sfere.
Alcuni noti produttori di cuscinetti usano gabbie polimeriche. Pesa meno e genera forze inerziali più basse. E il materiale in poliammide rinforzato con fibre genera meno attrito dell’acciaio ed è in qualche modo autolubrificante. La gabbia polimerica non è semplicemente una copia della versione in acciaio. È stato riprogettato per mantenere meglio ogni sfera in posizione, trattenere e fornire grasso dove è necessario. Questo guida le sfere in modo più preciso e aiuta a ridurre al minimo l’attrito del cuscinetto e la resistenza al rotolamento. Sfortunatamente tutto ciò introduce più attrito e, per combatterlo, i cuscinetti a sfera devono essere ingrassati in modo da non bloccarsi e rompersi.
Una società in Giappone ha risolto il problema in modo ingegnoso e nuovo. Invece di forzare le palle a parte con una gabbia o un fermo, inseriscono piccoli punti nella traccia su cui rotolano le palle. Questi frammenti accelerano e rallentano leggermente le palle proprio così, e il risultato finale sono le palle che non si scontreranno mai, anche senza gabbia. Ciò significa 10 volte meno attrito rispetto ai cuscinetti tradizionali e non è necessario lubrificarli mai. Questa minuscola modifica del design all’antica tecnologia potrebbe comportare macchine industriali che si rompono molto meno spesso, ruote per auto che hanno bisogno di meno energia sostenuta per andare avanti o skateboard che rotolano avanti e avanti, avanti e avanti.
Questo video lo mostra chiaramente:
Fino al lancio sul mercato dei nuovi cuscinetti senza grasso, i cuscinetti in ceramica sono i più privi di attrito. Mentre i cuscinetti normali sono realizzati in acciaio inossidabile, i cuscinetti ceramici sono realizzati in nitruro di silicio ceramico (Si2N4). La resistenza al rotolamento è la carta vincente chiave promossa dai fan dei cuscinetti in ceramica. (nessun gioco di parole previsto). Poiché i cuscinetti in ceramica sono più arrotondati con una superficie più liscia e dimensioni più uniformi, l’attrito è ridotto e ciò può contribuire a ridurre l’energia necessaria per girare le pedivelle o far girare le ruote. Un cuscinetto in ceramica è anche più duro dei cuscinetti in acciaio (fino al 30%), il che migliora la durata e inoltre non arrugginiscono, quindi non è necessaria alcuna manutenzione.
La maggior parte dei cuscinetti ceramici sigillati sono in realtà cuscinetti ibridi in ceramica, che combinano una corsa in acciaio con cuscinetti a sfere in ceramica. I cuscinetti in ceramica integrale utilizzano piste in ceramica, che possono essere più leggere e fornire il minor attrito, ma comportano un costo di durata. I cuscinetti in ceramica non sigillati possono essere utilizzati per aggiornare componenti che non utilizzano cuscinetti a cartuccia, come mozzi a tazza e cono.