Boccole autolubrificanti: come funzionano i cuscinetti senza olio
Una boccola autolubrificante porta il lubrificante dentro il materiale del cuscinetto e lo cede all’albero durante il funzionamento. Lo fanno tre meccanismi diversi, ciascuno con il proprio inviluppo di carico, velocità e temperatura, e scegliere fra loro è gran parte del lavoro di progetto.
Le boccole autolubrificanti, o senza olio, non richiedono grasso né olio in esercizio. Il bronzo sinterizzato trattiene l’olio nei pori e lo rilascia con il calore. Il bronzo con inserti in grafite porta il lubrificante solido in inserti passanti nella parete, che l’albero spalma in un film. Le boccole composite in PTFE hanno uno strato di scorrimento in PTFE che trasferisce all’albero un film a basso attrito. Tutte cedono un po’ di carico o di velocità in cambio dell’assenza di manutenzione.
- Bronzo sinterizzato impregnato d’olio: ≈ 14 N/mm² continui, fino a 6 m/s a carico leggero, da −10 a +90 °C; piccoli motori ed elettrodomestici
- Bronzo con inserti in grafite: 50–100 N/mm², ≤ 0,5 m/s a secco, da −40 a +400 °C; snodi lenti, pesanti, caldi, bagnati o inaccessibili
- Composito in PTFE: 250 N/mm² statici, 60 in rotazione, 2 m/s a secco, da −195 a +280 °C; la boccola esente da manutenzione per impieghi generali
- Autolubrificante non significa illimitato: la durata a usura è proporzionale al fattore PV, e sporco e alberi ruvidi la accorciano
Tre modi in cui una boccola si lubrifica da sola
Olio nei pori. Il bronzo sinterizzato si ottiene pressando polvere e lasciando una porosità del 18–25 %; i pori vengono riempiti d’olio sotto vuoto. L’attrito scalda la boccola, l’olio si dilata e affiora sull’albero, e quando il cuscinetto si raffredda viene riassorbito. Finché la temperatura resta moderata non si consuma nulla, e la carica dura quanto il motore di un ventilatore. Se la si surriscalda, l’olio viene espulso per sempre.
Lubrificante solido negli inserti. Una boccola in bronzo fuso viene forata attraverso la parete secondo uno schema sfalsato e i fori vengono riempiti con inserti di grafite o di PTFE + MoS₂. Ai primi movimenti l’albero spalma il materiale degli inserti sul bronzo; dove il film si consuma, il passaggio successivo su un inserto lo rinnova. Il carico lo porta il bronzo, quindi questo tipo regge carichi e temperature che distruggerebbero un polimero, ma deve muoversi lentamente, sotto circa 0,5 m/s, perché non c’è olio che porti via il calore.
Film di trasferimento in PTFE. In una boccola composita in PTFE lo strato di scorrimento è PTFE con lubrificanti solidi, legato a un supporto in acciaio tramite bronzo poroso. Il PTFE ha l’attrito più basso di ogni solido e durante il rodaggio trasferisce all’albero un film molecolare; da quel momento il PTFE scorre su PTFE. Lo strato è sottile, quindi il percorso del carico è rigido e la boccola regge 250 N/mm² statici, ma la stessa sottigliezza rende la durata a usura finita e dettata dal fattore PV.
A confronto
I tre meccanismi si sovrappongono poco: di solito le condizioni di lavoro indicano uno solo di essi.
| Proprietà | Bronzo sinterizzato | Bronzo con inserti in grafite | Composito in PTFE |
|---|---|---|---|
| Lubrificante | Olio nei pori | Inserti di grafite o PTFE + MoS₂ | Strato di scorrimento in PTFE |
| Carico | ≈ 14 N/mm² continui | 50–100 N/mm² | 250 N/mm² statici, 60 in rotazione |
| Velocità | Fino a 6 m/s, carico leggero | 0,5 m/s a secco, 1–2,5 lubrificato | 2 m/s a secco, > 3 in fluido |
| Temperatura | da −10 a +90 °C | da −40 a +250 / +400 °C | da −195 a +280 °C |
| Albero | Acciaio non temprato ammesso, Ra ≤ 0,8 | Temprato, Ra ≤ 1,6 | Acciaio, rettificato Ra 0,2–0,4 consigliato |
| Sporco | Scarsa tolleranza | Buona (base dura, niente grasso) | Scarsa (le particelle inglobate rigano l’albero) |
| Acqua | Scarsa tolleranza | Buona con inserti in PTFE + MoS₂ | Buona |
| Gamma di misure | Piccole, pressate | Ø8–160 mm standard, qualsiasi a disegno | Ø10–280 mm, avvolte |
| Voce di costo | Attrezzature; economico in volume | Lavorazione e inserti | Nastro; economico in volume |
Che cosa non significa autolubrificante
Non significa durata illimitata. Ogni boccola autolubrificante si usura; il tasso è grosso modo proporzionale al prodotto PV, e la durata di progetto discende dal volume di strato o di inserti disponibile. Non significa tolleranza agli abusi: un albero ruvido raschia via il film, la sabbia inglobata in uno strato tenero riga l’albero, e il calore oltre il limite distrugge il meccanismo (olio espulso, inserti ossidati, PTFE rammollito). E non significa che il grasso sia vietato: un velo al montaggio accorcia il rodaggio dei tipi in grafite e in PTFE, anche se il grasso in esercizio può intrappolare lo sporco contro uno strato in PTFE.
Dove uno snodo può essere ingrassato a intervalli regolari, una boccola in bronzo o bimetallica ingrassata porta di solito più carico in rapporto alle dimensioni e costa meno. I tipi autolubrificanti si guadagnano il posto dove lo snodo non può o non verrà manutenuto, dove il lubrificante contaminerebbe il prodotto, o dove la temperatura o il mezzo mettono fuori gioco il grasso.
La scelta
Partite dal carico e dalla temperatura.
- Carico leggero, molti cicli, temperatura moderata. Bronzo sinterizzato: motori di ventilatori ed elettrodomestici, macchine per ufficio, piccoli attrezzi.
- Carico pesante, lento, caldo, bagnato o sporco. Bronzo con inserti in grafite: paratoie, macchine di colata, stampi, gru, impianti di dighe e turbine.
- Carico moderato, qualsiasi temperatura, a secco, grandi serie. Composito in PTFE: pedaliere, cerniere, leveraggi, cilindri, pompe, snodi di macchine agricole e automotive.
- Carico pesante con grasso una sola volta al montaggio. Composito in POM: il cugino ingrassato del composito in PTFE, per carichi di bordo e sporco sotto i 130 °C.
Domande frequenti
Che cos’è una boccola senza olio (oilless)?
Una boccola autolubrificante: porta il lubrificante dentro il materiale del cuscinetto (olio nei pori, inserti di lubrificante solido o uno strato in PTFE) e non ha bisogno di grasso né di olio in esercizio.
Quanto dura una boccola autolubrificante?
La durata a usura dipende da carico × velocità (fattore PV), temperatura, finitura dell’albero e sporco. Entro il PV nominale è progettata per durare più della macchina; oltre, l’usura è rapida. Chiedeteci una stima di durata indicando le condizioni di lavoro.
Una boccola autolubrificante può lavorare sott’acqua?
Il bronzo con inserti in PTFE + MoS₂ su albero in acciaio inox e le boccole composite in PTFE lavorano immerse. Il bronzo sinterizzato in acqua perde il suo olio.
Bisogna ingrassare una boccola autolubrificante?
Non in esercizio, salvo che il progetto lo preveda. Un velo di grasso al montaggio accorcia il rodaggio dei tipi in grafite e in PTFE; il composito in POM va invece ingrassato obbligatoriamente al montaggio.
Quale boccola autolubrificante sopporta il carico maggiore?
Il composito in PTFE, con 250 N/mm² statici (60 N/mm² in rotazione); il bronzo con inserti in grafite con 50–100 N/mm² continui a bassa velocità. Il bronzo sinterizzato è per il servizio leggero.
Non sapete quale boccola scegliere? Inviateci i dati dello snodo.
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