Per la guida ed il sostegno di un albero rotante sono necessari almeno due cuscinetti che sono disposti separatamente uno dall’altro ad una determinata distanza. A seconda del caso applicativo si sceglie tra un sistema di supporto con cuscinetto bloccato e libero, un sistema di supporto registrabile o un supporto flottante.

In un albero che è supportato da due cuscinetti radiali, le distanze delle sedi dei cuscinetti sull’albero e nell’alloggiamento spesso non corrispondono in modo preciso, per via delle tolleranze di lavorazione. Anche con il riscaldamento che si produce in esercizio le distanze si modificano. Queste differenze di lunghezza vengono compensate nel cuscinetto libero. Esempi di supporti bloccati-liberi sono riportati da figura 1 fino a figura 4.

I cuscinetti liberi ideali sono i cuscinetti a rulli clindrici con gabbia N e NU ed i cuscinetti a rullini, figura 1 , , link. In essi, la corona di rulli può spostarsi sulla pista di rotolamento dell’anello del cuscinetto senza bordini.

Tutte le altre forme costruttive, come i cuscinetti a sfere ed i cuscinetti orientabili a rulli agiscono solo da cuscinetti liberi quando un anello del cuscinetto ha un accoppiamento di tipo libero, figura 2. L’anello del cuscinetto che ha carico puntiforme viene accoppiato in modo libero; solitamente si tratta dell’anello esterno, vedere tipi di carico, link.

Il cuscinetto bloccato guida l’albero assialmente e trasmette i carichi assiali esterni. Per evitare serraggi assiali eccessivi, anche negli alberi con più di due cuscinetti viene montato solo un cuscinetto quale cuscinetto bloccato. La forma costruttiva da scegliersi come cuscinetto bloccato dipende dall’entità dei carichi assiali e dalla precisione con la quale deve essere guidato l’albero assialmente.

Con un cuscinetto a due corone di sfere a contatto obliquo, figura 3 , link, si ottiene ad esempio una guida assiale più precisa rispetto a quella che si otterrebbe con un cuscinetto a sfere o con un cuscinetto orientabile a rulli. Anche una coppia di cuscinetti a sfere a contatto obliquo o di cuscinetti a rulli conici, figura 4, offre come cuscinetto bloccato una guida assiale molto precisa.

Particolarmente vantaggiosi sono i cuscinetti a sfere a contatto obliquo in esecuzione universale, figura 5. I cuscinetti possono essere accoppiati, a seconda delle esigenze, senza anello distanziale con disposizione ad O o ad X. I cuscinetti a sfere a contatto obliquo in esecuzione universale hanno una configurazione tale per cui, con il montaggio con disposizione ad X o ad O, presentano un gioco assiale piccolo (esecuzione UA), prossimo allo zero (UO) oppure hanno un leggero precarico (UL).

I cuscinetti per mandrini dell’esecuzione universale UL, figura 6 hanno durante il montaggio nella disposizione ad X o ad O un leggero precarico (esecuzioni con precarico maggiore sono fornibili su richiesta).

Nei riduttori viene talvolta montato un cuscinetto a quattro punti di contatto direttamente accanto ad un cuscinetto a rulli cilindrici, in modo che si crei una sede bloccata, figura 3 , link. Il cuscinetto a quattro punti di contatto, il cui anello esterno è libero in direzione radiale, può supportare solo carichi assiali. Il cuscinetto a rulli cilindrici trasmette il carico radiale.

Con carico assiale basso può essere utilizzato anche un cuscinetto a rulli cilindrici con gabbia NUP come cuscinetto bloccato, figura 4 , link.

Anche i cuscinetti accoppiati a rulli conici come supporto bloccato (313..N11CA), figura 7 , link, facilitano il montaggio. Essi sono accoppiati con gioco assiale tale, che non necessitano ulteriori impostazioni per il posizionamento e per l’accoppiamento.

Questi supporti sono normalmente composti da due cuscinetti a sfere a contatto obliquo o da due cuscinetti a rulli conici disposti specularmente, figura 8. Durante il montaggio un anello di un cuscinetto viene spinto sulla sua sede fino a quando il sistema di supporto ottiene il gioco desiderato od il precarico necessario.

Grazie a questa possibilità di registrazione questo tipo di supporto è particolarmente idoneo nel caso necessiti una guida precisa, ad esempio nei sistemi di supporto pignoni con ruote coniche a denti elicoidali e cuscinetti per mandrini per le macchine utensili.

Fondamentalmente si distingue tra una disposizione ad O, figura 8 , ed una disposizione ad X, figura 8 . Nella disposizione ad O i coni formati dalle linee di pressione sono rivolti con i loro vertici S verso l’esterno, nella disposizione ad X verso l’interno. La base di appoggio H, cioè la distanza dei vertici del cono di pressione, nella disposizione ad O è maggiore rispetto alla disposizione ad X. Pertanto la disposizione ad O è meno predisposta ai ribaltamenti.

Per la registrazione del gioco assiale è necessario tenere conto della dilatazione termica. Nella disposizione ad X, figura 9, una diminuzione di temperatura dall’albero verso il supporto produce sempre una riduzione del gioco residuo (nell’ipotesi di: identici materiali di albero ed alloggiamento, stessa temperatura di anelli interni e di tutto l’albero, identica temperatura degli anelli esterni e di tutto l’alloggiamento).

Nella disposizione ad O si distinguono tre casi:

• I vertici del cono di rotolamento R, vale a dire i punti di intersezione del prolungamento della pista di rotolamento dell’anello esterno coincidono con l’asse del cuscinetto: Il gioco del cuscinetto registrato viene mantenuto, figura 10 .
• Per brevi distanze tra i cuscinetti i coni di rotolamento si intersecano: Il gioco assiale si riduce, figura 10 .
• Per grandi distanze tra i cuscinetti i coni di rotolamento non si intersecano: Il gioco assiale aumenta, figura 11.

I sistemi di supporto registrati si realizzano anche mediante precarico con molle, figura 12. Questa registrazione di tipo elastico compensa le dilatazioni per calore. Essa viene utilizzata anche quando i sistemi di supporto sono sottoposti a vibrazioni ad impianto fermo.

Il supporto flottante è una soluzione economica, quando non è richiesta una guida assiale precisa, figura 13. La loro struttura è molto simile a quella del supporto registrabile.

Nel supporto flottante, l’albero può tuttavia spostarsi del gioco assiale s rispetto all’alloggiamento. Il valore di s viene determinato in funzione della precisione di guida richiesta, in modo che i cuscinetti non possano essere serrati assialmente, anche in condizioni termiche sfavorevoli.

Le forme costruttive adatte per i supporti flottanti sono ad esempio i cuscinetti a sfere, i cuscinetti orientabili a sfere, i cuscinetti orientabili a rulli.

Per entrambi i cuscinetti almeno uno degli anelli, solitamente quello esterno, deve avere un accoppiamento libero.

Nei supporti di tipo flottante realizzati con cuscinetti a rulli cilindrici con gabbia NJ la compensazione della lunghezza avviene nel cuscinetto stesso. L’anello interno e quello esterno possono essere accoppiati in modo bloccato, figura 13.

I cuscinetti a rulli conici e i cuscinetti a sfere a contatto obliquo non sono adatti per una disposizione di tipo flottante, poichè essi devono essere registrati per poter funzionare perfettamente.

I cuscinetti volventi vengono fissati sull’albero e nell’alloggiamento in direzione radiale, assiale e tangenziale in base alla loro funzione. Il fissaggio radiale e tangenziale viene ottenuto nella maggior parte dei casi attraverso un forte bloccaggio, cioè mediante accoppiamenti forzati degli anelli dei cuscinetti. I cuscinetti vengono di norma fissati in direzione assiale con accoppiamento di forma.

Per la scelta dell’accoppiamento bisogna tenere conto:

• gli anelli dei cuscinetti devono aderire uniformemente in senso circonferenziale, affinchè venga sfruttata completamente la capacità di carico del cuscinetto.
• gli anelli non devono muoversi sulle loro parti adiacenti, poichè altrimenti le sedi ne risulterebbero danneggiate.
• un anello del cuscinetto libero deve adeguarsi alle variazioni di lunghezza dell’albero e dell’alloggiamento, quindi deve potersi spostare assialmente.
• i cuscinetti devono poter essere montati e smontati facilmente.

Il buon appoggio degli anelli del cuscinetto sulla loro circonferenza richiede un accoppiamento forzato. Anche l’esigenza, che gli anelli non devono muoversi, richiede un accoppiamento forzato. Nel caso di montaggio e smontaggio di cuscinetti non scomponibili, l’accoppiamento forzato è possibile solo per un anello.

Per cuscinetti a rulli cilindrici N, NU e per cuscinetti a rullini è possibile avere un accoppiamento forzato per entrambi gli anelli, perchè la compensazione della lunghezza avviene nel cuscinetto e gli anelli possono essere montati separatamente.

A causa di accoppiamenti forzati e di riduzione di temperatura dall’anello interno all’anello esterno si riduce il gioco radiale del cuscinetto! Bisogna tener conto di cio’ al momento della scelta del gioco radiale!

Qualora per la costruzione circostante venisse utilizzato un materiale diverso dalla ghisa o dall’acciaio, allora bisogna tenere anche conto per l’accoppiamento forzato del modulo di elasticità e dei diversi coefficienti di dilatazione termica dei materiali!

Per alloggiamenti in alluminio, alloggiamenti a pareti sottili ed alberi cavi scegliere eventualmente accoppiamenti più forzati, al fine di raggiungere lo stesso accoppiamento forzato come per i casi di sede in ghisa, acciaio o alberi pieni!

Carichi più elevati, in particolare urti, richiedono un’interferenza di accoppiamento maggiore ed il contenimento di un ristretto campo di errore di forma!

Cuscinetti assiali, che possono supportare solo carichi assiali, non possono essere guidati radialmente (tranne i cuscinetti assiali a rulli cilindrici con un grado di libertà in direzione radiale a causa delle piste di rotolamento piane). Per le piste di rotolamento di forma scanalata non è presente e deve essere ottenuta mediante una sede libera del disco fermo. Per il disco rotante viene scelta, nella maggior parte dei casi, una sede bloccata.

Se i cuscinetti assiali supportano anche carichi radiali, ad esempio i cuscinetti assiali orientabili a rulli, devono essere scelti gli stessi accoppiamenti dei cuscinetti radiali.

Le superfici di appoggio delle parti adiacenti devono essere posizionate in modo perpendicolare all’asse di rotazione (precisione di quadratura secondo IT5 o migliore), in modo che il carico sia distribuito uniformemente su tutti i corpi volventi.

Il tipo di carico identifica il movimento di un anello del cuscinetto rispetto alla direzione del carico e si distingue tra carico periferico o carico puntiforme, vedere tabelle.

Se l’anello relativamente alla direzione di carico è fermo, non si verificano forze che spostano l’anello relativamente alla sua sede. Un carico di questo tipo è definito carico puntiforme.

Il pericolo che la superficie della sede venga danneggiata non sussiste ed è consentito un accoppiamento libero.

Se si verificano forze che spostano l’anello relativamente alla sua sede, allora agiscono forze su ogni punto della pista di rotolamento durante la rotazione del cuscinetto. Un carico di questo tipo è definito carico periferico.

Dato che si potrebbe verificare un danneggiamento della sede del cuscinetto, si consiglia un accoppiamento forzato!

Le tolleranze ISO  per alberi ed alloggiamenti (ISO 286) formano l’accoppiamento, insieme alle tolleranze Δ_dmp per il foro e Δ_Dmp per il diametro esterno dei cuscinetti (DIN 620).

Le tolleranze ISO  sono definite sotto forma di campi di tolleranza. Esse sono determinate dalla loro posizione rispetto alla linea zero (= posizione della tolleranza) e dalla loro grandezza (= qualità della tolleranza, vedere ISO 286). La posizione della tolleranza viene contraddistinta da lettere alfabetiche (maiuscole per gli alloggiamenti, minuscole per gli alberi). Una rappresentazione schematica dei più diffusi accoppiamenti dei cuscinetti è riportata nella figura 14.

Nelle tabelle alle pagine link fino a link sono riportati consigli per la scelta delle tolleranze per albero ed alloggiamento, validi per le comuni condizioni di montaggio e d’esercizio.

Scostamenti sono ammessi laddove vi sono esigenze particolari ad esempio di precisione, silenziosità, temperatura d’esercizio. Per una maggiore precisione occorrono tolleranze più ristrette, come la qualità della tolleranza 5 anzichè 6. Se l’anello interno durante il funzionamento si riscalda più dell’albero, questo può causare un accoppiamento allentato inammissibile. In tal caso si sceglie un accoppiamento più forzato, ad esempio m6 anzichè k6.

In alcuni casi di applicazione il quesito dell’accoppiamento può essere risolto solo da un compromesso. Le singole esigenze vanno valutate singolarmente ed implementate quelle che assicurano la soluzione migliore nell’insieme.

I valori numerici relativi agli accoppiamenti (da link fino a link) valgono per alberi pieni in acciaio e per supporti in ghisa. Nell’intestazione delle tabelle sono riportate sotto le dimensioni nominali dei diametri le tolleranze normali dei diametri del foro o dei diametri esterni dei cuscinetti radiali (senza cuscinetti a rulli conici). Tra questi sono riportate le dimensioni dei campi di tolleranza più importanti per il montaggio dei cuscinetti volventi.

In ciascuna casella sono riportati cinque numeri in base allo schema seguente ad esempio per alberi ⌀40 j5:

Accoppiamenti per alberi vedere tabelle da link.

In ciascuna casella sono riportati cinque numeri in base allo schema seguente ad esempio per alloggiamenti ⌀100 K6:

Accoppiamenti per alloggiamenti vedere link fino a link.