Informazioni generali
Punti di supporto nel motore
La rappresentazione del motore a sei cilindri mostra i punti di supporto nel motore. Sono montati sette cuscinetti di banco di cui uno è configurato come cuscinetto assiale. Rispettivamente in mezzo ai cuscinetti di banco sono disposti i cuscinetti di biella – per ciascun cilindro un cuscinetto di biella.
Gli altri punti di supporto, come cuscinetti degli alberi a camme, boccole piede di biella e cuscinetti per contralberi di bilanciamento, vengono in genere realizzati non per mezzo di semicuscinetti, bensì tramite boccole a strisciamento.
La presente brochure è incentrata sui semicuscinetti che nel manovellismo vengono utilizzati per il supporto del fusto di biella e dell’albero motore.
Gli altri punti di supporto, come cuscinetti degli alberi a camme, boccole piede di biella e cuscinetti per contralberi di bilanciamento, vengono in genere realizzati non per mezzo di semicuscinetti, bensì tramite boccole a strisciamento.
La presente brochure è incentrata sui semicuscinetti che nel manovellismo vengono utilizzati per il supporto del fusto di biella e dell’albero motore.
01 Cuscinetto di biella
02 Anelli di spallamento / cuscinetto di banco o cuscinetto flangiato
03 Cuscinetto di banco
04 Boccole piede di biella
Cuscinetti di banco e di biella nel manovellismo
I cuscinetti di biella collegano il fusto di biella con l’albero motore. Si possono distinguere i semicuscinetti in quelli sul lato del fuso e quelli sul lato del cappello; i semicuscinetti sul lato del fusto sono soggetti a sollecitazioni notevolmente maggiori rispetto a quelli sul lato del cappello. Attraverso questi semicuscinetti, la forza di accensione generata durante la combustione viene infatti inviata all’albero motore.
Nei motori a benzina anche il semicuscinetto sul lato del cappello è soggetto ad elevate sollecitazioni, in quanto, a causa dei regimi superiori rispetto a quelli del motore diesel, agiscono forze di massa elevate. Tramite appositi fori, i cuscinetti di biella vengono alimentati con olio dal cuscinetto di banco attraverso l’albero motore. Il supporto dell’albero motore viene realizzato tramite i cuscinetti di banco. Anche qui il cuscinetto si suddivide in un semicuscinetto superiore ed uno inferiore. Nel caso dei cuscinetti di banco è il semicuscinetto inferiore a essere maggiormente sollecitato a causa dell’assorbimento delle forze di accensione. Le forze immesse da una biella nell’albero motore vengono assorbite da diversi cuscinetti di banco, con il risultato che i singoli semicuscinetti di banco devono sopportare sollecitazioni minori rispetto ai semicuscinetti di biella sul lato del fusto. Il semicuscinetto di banco superiore viene munito di una scanalatura di lubrificazione che convoglia l’olio attraverso appositi fori nell’albero motore ai cuscinetti di biella.
Per poter inoltre assorbire delle forze assiali che vengono generate ad es. all’azionamento della frizione, vengono montati come cuscinetti assiali degli anelli di spallamento o dei cuscinetti compositi.
Nei motori a benzina anche il semicuscinetto sul lato del cappello è soggetto ad elevate sollecitazioni, in quanto, a causa dei regimi superiori rispetto a quelli del motore diesel, agiscono forze di massa elevate. Tramite appositi fori, i cuscinetti di biella vengono alimentati con olio dal cuscinetto di banco attraverso l’albero motore. Il supporto dell’albero motore viene realizzato tramite i cuscinetti di banco. Anche qui il cuscinetto si suddivide in un semicuscinetto superiore ed uno inferiore. Nel caso dei cuscinetti di banco è il semicuscinetto inferiore a essere maggiormente sollecitato a causa dell’assorbimento delle forze di accensione. Le forze immesse da una biella nell’albero motore vengono assorbite da diversi cuscinetti di banco, con il risultato che i singoli semicuscinetti di banco devono sopportare sollecitazioni minori rispetto ai semicuscinetti di biella sul lato del fusto. Il semicuscinetto di banco superiore viene munito di una scanalatura di lubrificazione che convoglia l’olio attraverso appositi fori nell’albero motore ai cuscinetti di biella.
Per poter inoltre assorbire delle forze assiali che vengono generate ad es. all’azionamento della frizione, vengono montati come cuscinetti assiali degli anelli di spallamento o dei cuscinetti compositi.
Funzioni dei cuscinetti a strisciamento
La funzione principale dei cuscinetti a strisciamento consiste nell’assorbimento e nella trasmissione di forze tra componenti con movimento relativo tra loro. Inoltre si vuole minimizzare l’attrito e ottenere un movimento di rotazione pressoché esente da usura. In ogni cuscinetto durante il funzionamento vengono generate delle forze di attrito che contrastano il movimento di rotazione e producono calore. Per ridurre queste forze e dissipare il calore dovuto all’attrito, è necessario un film lubrificante tra cuscinetto e perno dell’albero. Senza questo film lubrificante il contatto diretto determina il verificarsi di attrito a secco che provoca usura e l’asportazione di materiale sul cuscinetto.
I cuscinetti a strisciamento idrodinamici, in cui si viene a formare un film lubrificante portante solamente per effetto del movimento relativo tra semicuscinetto e perno, attraversano un regime ad attrito misto fino ad un determinato numero di giri limite.
I cuscinetti a strisciamento idrodinamici, in cui si viene a formare un film lubrificante portante solamente per effetto del movimento relativo tra semicuscinetto e perno, attraversano un regime ad attrito misto fino ad un determinato numero di giri limite.
In presenza di regimi bassi, la portanza idrodinamica non è sufficiente per separare le superfici completamente tra loro. Si verifica pertanto un contatto parziale tra solidi delle superfici di strisciamento, con il conseguente rischio di danni al cuscinetto. Solo con l’aumentare del numero di giri le forze di attrito diminuiscono e si forma un film permanente di lubrificante. Si verifica quindi l’attrito fluido in cui vi è una separazione completa delle due superfici di strisciamento. Per garantire un funzionamento sicuro dei cuscinetti, la pressione del lubrificante che si viene a generare nell’interstizio del cuscinetto deve essere sufficientemente grande da poter assorbire le forze agenti sul cuscinetto senza contatto tra le superfici di strisciamento. Tali condizioni rappresentano il punto di esercizio ideale per i cuscinetti a strisciamento. Ma anche questa forma di attrito genera calore, per cui è comunque necessaria una lubrificazione sufficiente per l’asportazione di calore.
Struttura dei cuscinetti a strisciamento
Conformemente alla norma DIN 50282 (“Il comportamento tribologico di materiali di strisciamento metallici – termini caratterizzanti”) è possibile caratterizzare il comportamento tribologico di un materiale di strisciamento tramite termini come caratteristiche di rodaggio, capacità di incorporamento, caratteristiche di funzionamento di emergenza, resistenza all’usura e capacità di adattamento. I requisiti posti al cuscinetto a strisciamento risultano pertanto decisivi nell’ambito della scelta dei materiali.
Si distinguono due diverse famiglie di materiali di strisciamento.
CUSCINETTI BIMETALLICI
I cuscinetti bimetallici sono costituiti da un dorso in acciaio, uno strato intermedio in alluminio puro ed un materiale antifrizione applicato tramite placcatura. Nella maggior parte dei casi si sceglie come materiale una lega di alluminio addizionata di stagno, rame e silicio.
01 Dorso di acciaio
02 Strato intermedio (se necessario)
03 Materiale antifrizione
Si distinguono due diverse famiglie di materiali di strisciamento.
CUSCINETTI BIMETALLICI
- Materiali compositi acciaio-alluminio
I cuscinetti bimetallici sono costituiti da un dorso in acciaio, uno strato intermedio in alluminio puro ed un materiale antifrizione applicato tramite placcatura. Nella maggior parte dei casi si sceglie come materiale una lega di alluminio addizionata di stagno, rame e silicio.
01 Dorso di acciaio
02 Strato intermedio (se necessario)
03 Materiale antifrizione
CUSCINETTI TRIMETALLICI
Lo strato overlay dei cuscinetti trimetallici viene applicato, a seconda della finalità di impiego e dei relativi requisiti specifici, come strato di strisciamento aggiuntivo sotto forma di strato di vernice lubrificante o strato applicato tramite galvanizzazione o polverizzazione catodica (sputtering). Il metallo antifrizione (lega di alluminio, bronzo o ottone) viene applicato sul dorso in acciaio tramite placcatura, fusione o sinterizzazione. Come inibitore della diffusione viene applicato all’occorrenza uno strato intermedio di nichel o lega di nichel tra il materiale antifrizione e lo strato di scorrimento (overlay).
Per i cuscinetti a strisciamento si possono quindi impiegare diversi materiali, a seconda dei requisiti del caso specifico. Spesso per il semicuscinetto maggiormente sollecitato si sceglie un materiale diverso rispetto a quello per il semicuscinetto complementare. In un motore a V i semicuscinetti di biella vengono ad es. realizzati su lato del fusto tramite un semiguscio con rivestimento a polverizzazione catodica e sul lato del cappello tramite un semiguscio in materiale composito acciaio-alluminio senza alcun rivestimento.
01 Dorso di acciaio
02 Materiale antifrizione
03 Strato intermedio (se necessario)
04 Strato di scorrimento (overlay)
- Materiali compositi acciaio-bronzo o acciaio-ottone sinterizzati o fusi con uno strato overlay
- Materiali compositi acciaio-alluminio con uno strato overlay
Lo strato overlay dei cuscinetti trimetallici viene applicato, a seconda della finalità di impiego e dei relativi requisiti specifici, come strato di strisciamento aggiuntivo sotto forma di strato di vernice lubrificante o strato applicato tramite galvanizzazione o polverizzazione catodica (sputtering). Il metallo antifrizione (lega di alluminio, bronzo o ottone) viene applicato sul dorso in acciaio tramite placcatura, fusione o sinterizzazione. Come inibitore della diffusione viene applicato all’occorrenza uno strato intermedio di nichel o lega di nichel tra il materiale antifrizione e lo strato di scorrimento (overlay).
Per i cuscinetti a strisciamento si possono quindi impiegare diversi materiali, a seconda dei requisiti del caso specifico. Spesso per il semicuscinetto maggiormente sollecitato si sceglie un materiale diverso rispetto a quello per il semicuscinetto complementare. In un motore a V i semicuscinetti di biella vengono ad es. realizzati su lato del fusto tramite un semiguscio con rivestimento a polverizzazione catodica e sul lato del cappello tramite un semiguscio in materiale composito acciaio-alluminio senza alcun rivestimento.
01 Dorso di acciaio
02 Materiale antifrizione
03 Strato intermedio (se necessario)
04 Strato di scorrimento (overlay)
Smontaggio di cuscinetti a strisciamento in caso di danni
Ecco alcuni accorgimenti da attuare in caso di smontaggio di semicuscinetti in caso di danni:
- I semicuscinetti devono essere muniti di riferimenti indicanti la sede e la posizione nella linea dei cuscinetti di banco, in modo da poter ricostruire con maggiore chiarezza la dinamica all’origine del danno. Spesso oltre all’aspetto è infatti la sede a fornire indicazioni sulla dinamica all’origine del danno. In caso di flessione dell’albero motore sono ad es. soprattutto il primo e l’ultimo cuscinetto di banco lungo la linea a presentare tracce di usura unilaterali.
- Devono essere documentati sia le condizioni di funzionamento (durata, tipo di sollecitazione) sia altri influssi, come ad es. l’olio utilizzato, in modo da permettere una migliore valutazione del danno.
- Eventuali anomalie riscontrate su altri componenti del motore, come ad es. sull’albero motore, devono essere altrettanto documentate. Nella maggioranza dei casi si possono riscontrare danni sull’antagonista di strisciamento del cuscinetto a strisciamento. Spesso i danni sul cuscinetto sono anche conseguenti a danni su altri componenti del motore.
- Al fine di consentire analisi successive, è inoltre opportuno prelevare un campione dell’olio utilizzato e conservare il filtro dell’olio. Eventuali residui di particelle possono essere rilevati e analizzati, il che potrebbe fornire degli indizi in merito alle possibili cause del danno.
- Vanno documentati anche i valori di coppia necessari per allentare le viti del motore. Se le viti non sono serrate con la coppia corretta, si possono verificare dei movimenti relativi tra semicuscinetto e foro corpo.