Il materiale più comune per le sfere portanti nei cuscinetti a ricircolo di sfere e nelle viti a ricircolo di sfere è l’acciaio per cuscinetti. L’uso di sfere in acciaio su piste in acciaio è una soluzione collaudata ea basso costo che offre un’elevata capacità di carico e una lunga durata in un’ampia varietà di condizioni. E quando un’applicazione non è adatta per l’acciaio, l’alloggiamento del cuscinetto o l’esterno della chiocciola possono essere realizzati con un materiale diverso, come acciaio inossidabile o alluminio, o rivestiti per fornire proprietà speciali, come la resistenza alla corrosione. Ma gli elementi volventi (sfere) sono più difficili da modificare, poiché devono avere la resistenza e le proprietà del materiale necessarie per sopportare carichi elevati e / o raggiungere velocità elevate, senza usura eccessiva o cedimenti prematuri.
Le sfere in ceramica possono essere utilizzate nei cuscinetti lineari a ricircolo e nelle viti a ricircolo di sfere quando l’acciaio è inaccettabile.
Questo è il motivo per cui troverai una varietà di opzioni di materiale per un alloggiamento del cuscinetto o una chiocciola a sfere, mentre le sfere portanti, nella maggior parte dei casi, rimangono come acciaio per cuscinetti. Ma per le applicazioni in cui qualsiasi acciaio nel cuscinetto è inaccettabile, diversi produttori offrono ora cuscinetti lineari e chiocciole a sfere con sfere in ceramica (in particolare, nitruro di silicio: Si 3 N 4 ).
Necessità di velocità
I cuscinetti lineari a ricircolo con sfere in ceramica sono stati originariamente introdotti per applicazioni che richiedevano velocità operative più elevate. I tradizionali cuscinetti a ricircolo con sfere in acciaio sono tipicamente limitati a una velocità massima di 5 m / s, a causa delle forze che le sfere esercitano sulle testate dei cuscinetti durante il ricircolo.
Ricordando che forza = massa * accelerazione, il modo migliore per ridurre le forze sulle testate senza compromettere la capacità di velocità è ridurre la massa degli elementi di ricircolo, e la ceramica fa proprio questo, con una densità e una massa inferiore a quella dell’acciaio . I cuscinetti lineari a ricircolo con sfere in ceramica possono raggiungere velocità massime fino a 10 m / s.
Applicazioni sensibili al vuoto e alle ESD
Dal punto di vista dei materiali, la ceramica è non porosa e non conduttiva, rendendola ideale per applicazioni sottovuoto e sensibili alle scariche statiche. Questi requisiti si presentano spesso nella produzione di semiconduttori ed elettronica, nonché nelle applicazioni aerospaziali. Anche le industrie aerospaziale e militare vedono requisiti frequenti per componenti in grado di gestire temperature estremamente alte o basse o ampie fluttuazioni di temperatura. In queste applicazioni, la ceramica è anche una scelta migliore dell’acciaio, a causa del minor coefficiente di espansione termica della ceramica.
I dadi a sfere ibridi combinano acciaio e ceramica
I produttori di chiocciole offrono due modelli che incorporano sfere in ceramica. Nel primo – come nella maggior parte dei cuscinetti lineari – le tradizionali sfere in acciaio vengono completamente sostituite con versioni in ceramica. Ma alcuni produttori offrono un design ibrido con una combinazione di sfere in ceramica e acciaio.
I dadi a sfera possono utilizzare tutte le sfere in ceramica o un design “ibrido” in cui le sfere in acciaio di diametro inferiore si alternano alle versioni in ceramica.
Credito immagine: Steinmeyer Inc.
La prima opzione – sfere tutte in ceramica – sostituisce il contatto metallo-metallo tra la sfera e la pista con contatto ceramica-metallo, eliminando così l’ usura adesiva e la micro-saldatura. Nel design ibrido, le sfere in acciaio fungono spesso da “distanziatori”, che alterano la cinematica del dado, riducendo l’attrito e l’usura pur mantenendo una buona capacità di carico.
- Il contatto e l’attrito tra le sfere d’acciaio provocano l’usura adesiva e la micro saldatura.
- I design ibridi, che alternano sfere in acciaio e ceramica, forniscono una buona capacità di carico con meno attrito e usura.
Credito immagini: Gruppo Umbra
Si noti che mentre è possibile far funzionare i cuscinetti in ceramica integrale (piste e sfere entrambe in ceramica) senza lubrificazione, i cuscinetti lineari e le chiocciole hanno piste in metallo (acciaio o inossidabile), quindi anche se le sfere sono completamente in ceramica, continuano richiedono lubrificazione. Tuttavia, le sfere in ceramica sono meno sensibili ai cambiamenti nelle condizioni di lubrificazione e, pertanto, hanno meno probabilità di subire un’usura o un guasto estremi quando la lubrificazione si esaurisce o le proprietà del lubrificante cambiano con l’uso.