Guida alla scelta delle boccole

Filtro 1: direzione ed entità del carico

La direzione decide la forma. Solo carico radiale: boccola cilindrica. Solo carico assiale: ralla reggispinta. Radiale e assiale insieme: boccola flangiata, oppure boccola cilindrica più ralla. Carico radiale con disallineamento angolare: snodo sferico, che esula dalla nostra gamma. Quando il carico assiale è significativo e non occasionale, prevedete una ralla dedicata invece della flangia: la flangia trasmette il carico assiale attraverso il raccordo alla sua base, ed è quella la sezione che limita.

L’entità elimina i materiali. Calcolate per prima cosa il carico specifico: p = carico (N) ÷ (diametro del foro × lunghezza della boccola, in mm). Confrontatelo poi con il limite dinamico (in movimento) di ciascun materiale se l’albero si muove sotto carico, e con il limite statico soltanto per uno snodo caricato da fermo. Limite statico e limite dinamico differiscono di un fattore da tre a cinque e non sono intercambiabili.

Filtro 2: tipo di moto

Il tipo di moto cambia il limite da applicare e, in certi casi, anche il sistema di lubrificazione. A pari carico il moto oscillante è più severo della rotazione continua: nel punto di inversione il film idrodinamico non si forma mai e la superficie resta sotto carico per tutto il ciclo; è per questo che il limite oscillante di un composito è circa un quarto del suo limite statico. Gli avviamenti e arresti frequenti chiedono un sistema di lubrificazione diverso dal servizio continuo: i fori passanti formano rapidamente il film d’olio all’avviamento, mentre le tasche trattengono il grasso più a lungo fra un intervento di manutenzione e l’altro.

Filtro 3: accesso per la lubrificazione

Questo filtro si decide in base a quello che accadrà realisticamente in esercizio, non a quello che prescrive il piano di manutenzione. I prodotti con tasche di lubrificante goffrate vengono spesso descritti come autolubrificanti, ma richiedono grasso al montaggio e rilubrificazione in esercizio. Se lo snodo davvero non può essere lubrificato, verificate che il prodotto sia dichiarato per il funzionamento a secco, senza fidarvi del nome della categoria.

C’è un caso in cui la lubrificazione è un problema anziché un vantaggio. In ambiente abrasivo il grasso raccoglie polvere e sabbia e le trattiene nella zona di contatto come una pasta abrasiva, mentre una superficie a secco lascia passare la contaminazione. Su macchine agricole, da cava e movimento terra un composito a secco o un bronzo-grafite durano spesso più di un bronzo ingrassato, nonostante il limite di carico nominale più basso.

Filtro 4: temperatura

La temperatura è spesso il filtro più selettivo e può ridurre la rosa a un solo materiale. Il composito in POM standard si ferma a +130 °C, ed è questa la causa più frequente di eliminazione di un materiale in questa fase; le plastiche massicce si fermano ancora prima. Temperatura continua e temperatura di picco sono due specifiche diverse: dimensionate la boccola per la condizione continua e verificate che i picchi restino entro il limite, invece di fare una media fra le due.

Filtro 5: spazio di montaggio

Lo spazio radiale fra albero e sede determina lo spessore di parete, e lo spessore di parete elimina interi processi produttivi. Anche le gamme di fori standard limitano la scelta, ma dimensioni e tolleranze fuori standard si producono a disegno in ogni materiale: una misura fuori gamma è quindi una questione di preventivo, non un motivo di eliminazione.

Vale la pena di citare qui la sede usurata. Poiché le boccole avvolte e composite mantengono una parete precisa a partire da circa 1 mm, un foro usurato può spesso essere rialesato a una misura maggiorata e ricevere una boccola a parete sottile, invece di sostituire la sede o incamiciarla.

Verifica finale: l’albero

L’albero non è un criterio di scelta, ma può invalidare una scelta che ha superato tutti e cinque i filtri. Prima di rilasciare il disegno, confermate la superficie di accoppiamento. Se il pezzo coniugato non può essere temprato, il composito in PTFE e il bronzo fuso sono i materiali che non lo richiedono, ed eliminare un trattamento termico dall’albero vale spesso più della differenza di prezzo fra le boccole. Il parallelismo fra albero e boccola va mantenuto in ogni caso entro 0,02 mm su tutta la larghezza del cuscinetto.

Esempio svolto

L’articolazione del braccio di una macchina movimento terra: perno da 60 mm, lunghezza della boccola 50 mm, carico di picco 180 kN, moto oscillante su circa 40° a bassa velocità, ingrassaggio al montaggio ma non garantito in seguito, temperatura ambiente fino a +80 °C, 5 mm di spazio radiale disponibile.

Filtro 1: p = 180.000 ÷ (60 × 50) = 60 N/mm². Bronzo fuso (25 in movimento), bronzo avvolto (40) e bronzo sinterizzato sono eliminati per l’entità del carico; il carico è radiale ma serve anche il posizionamento assiale, quindi si va verso una boccola flangiata. Filtro 2: moto oscillante, quindi vale il limite oscillante. 60 N/mm² coincide esattamente con il limite del composito in PTFE e del composito in POM a secco, che risultano entrambi al margine; bimetallo (150) e bronzo-grafite 650W3 (100) hanno invece un buon margine. Filtro 3: grasso al montaggio ma non affidabile in seguito favorisce un materiale che immagazzina il lubrificante o non ne ha bisogno, il che porta al composito in POM (tasche), al bronzo-grafite o al bimetallo con una carica abbondante di grasso; il PTFE viene messo da parte per il carico. Filtro 4: +80 °C non elimina nulla. Filtro 5: 5 mm di spazio radiale sono generosi e non eliminano nulla.

Rosa finale: una boccola flangiata in bronzo con inserti in grafite (650W3) oppure una boccola flangiata bimetallica (JBM-800F) ingrassata al montaggio. Il bronzo-grafite non ha bisogno di alcun grasso e tollera un cantiere polveroso; il bimetallo porta più carico e costa meno in volume, ma dipende dalla carica di grasso. La domanda decisiva è se il cantiere è polveroso e il piano di ingrassaggio è davvero inaffidabile, il che porta al bronzo-grafite, oppure se prevale il costo in volume, il che porta al bimetallo.

Gli errori di scelta più comuni

Copiare la cava dell’olio su un ricambio a secco. Uno schema di cave ereditato da un vecchio pezzo in bronzo toglie superficie portante a una boccola composita senza alcun beneficio; i materiali autolubrificanti vogliono un foro liscio. Specificare in base al limite statico per uno snodo in movimento: limite statico e limite dinamico differiscono di un fattore tre o più, e se l’albero si muove sotto carico non è il valore statico quello che conta. Prendere il foro allo stato libero per il foro dopo il montaggio: le boccole avvolte e composite sono fornite maggiorate e raggiungono la dimensione di lavoro solo dopo il piantaggio in una sede H7. Posizionare la cava dell’olio nella zona caricata: la cava scarica la pressione che sostiene l’albero, quindi cave e fori di alimentazione vanno nella parte scarica del foro. Scegliere in base al solo prezzo della boccola: il costo della tempra dell’albero, di un piano di lubrificazione e dei fermi macchina quando quel piano viene saltato stanno tutti fuori dal preventivo della boccola, e spesso lo superano.

Cosa inviare per un preventivo

I cinque filtri restringono il campo, e sei valori lo chiudono: diametro dell’albero, foro della sede e lunghezza della boccola, oppure un disegno; carico in newton e se è statico, rotante o oscillante; velocità di scorrimento oppure frequenza e angolo di oscillazione; temperatura di esercizio continua e di picco; lubrificazione disponibile al montaggio e in esercizio; e l’ambiente: contaminazione, agenti chimici, lavaggi, contatto con alimenti o uso medicale. Inviateceli con un disegno o con il codice di un pezzo esistente e vi restituiamo una specifica con le alternative e le motivazioni. Dimensioni e tolleranze fuori standard si producono su ordinazione in ogni materiale.

Usate il calcolatore PV per cuscinetti a strisciamento per verificare p, v e PV rispetto ai limiti di ciascun materiale prima di inviare la richiesta.