Cosa sono i cuscinetti a sfera?
I cuscinetti a sfera, noti anche come cuscinetti antifrizione, sono piccole sfere metalliche o ceramiche utilizzate per ridurre l'attrito tra alberi e assali in diverse applicazioni. Sono spesso utilizzati in serie per assorbire il peso posto su una parte mobile o in singole gabbie per ridurre l'attrito negli assali. La maggior parte sono fabbricati per soddisfare standard di rotondità molto rigorosi, poiché qualsiasi deformazione può causare guasti imprevisti alle parti in movimento.
Il concetto di cuscinetti a sfera può essere ricondotto all'Impero Romano, ma molte fonti attribuiscono a Leonardo da Vinci i primi progetti pratici. Non è stato fino al 1791, tuttavia, quando un produttore e inventore di carrozze gallesi di nome Philip Vaughan brevettò il primo gruppo di assali per usarli. I precedenti assi del carrello alla fine si consumerebbero per effetto dell'attrito, ma l'uso di cuscinetti a sfera da parte di Vaughan ha eliminato il contatto diretto tra l'albero motore e l'asse.
Dopo il loro primo utilizzo negli alberi di trasmissione, gli ingegneri della fabbrica hanno trovato altre applicazioni nell'arena di produzione. Le singole parti possono essere spostate facilmente su rampe dotate di questi cuscinetti. Le macchine a motore sono diventate più efficienti in quanto hanno ridotto l'attrito tra le parti. A differenza di altri tipi di cuscinetti, i cuscinetti a sfera consentono movimenti sia rotativi che assiali, aumentando la versatilità del design della macchina.
Uno degli esempi più comuni di cuscinetti a sfera in azione è il pattino a rotelle. Quattro ruote sono fissate a due assi sul fondo di uno stivale. Un'ispezione più ravvicinata di queste ruote rivela una raccolta di piccole sfere di metallo che circondano l'asse. Quando il pattinatore posiziona il proprio peso sulle ruote, ogni palla assorbe temporaneamente il carico. Mentre il pattinatore si spinge in avanti, rotolano in una pista attorno all'asse. Poiché i cuscinetti a sfera sono perfettamente rotondi e lisci, tra loro si genera ben poco attrito. Consentono al pattinatore di muoversi in linea retta con poca resistenza.
La produzione di cuscinetti a sfera è sorprendentemente simile alla formazione di sfere di pasta. Una fornitura di filo metallico approssimativamente dello stesso diametro dei cuscinetti è collocata in una macchina con due piastre progettate come emisferi. Quando le due metà vengono unite con forza, si forma una sfera di metallo grezzo. Il problema è che rimangono ancora frammenti di metallo aggiuntivi chiamati flashing. Le sfere vengono quindi posizionate in un'altra macchina che rimuove il lampeggiamento per creare un perfetto stato di rotondità.
Questa seconda macchina è composta da due piastre scanalate, una con una tacca aperta per ricevere i cuscinetti a sfera. Mentre questa macchina si riempie di sfere non finite, la piastra scanalata superiore inizia a ruotare in direzioni diverse rispetto alla piastra inferiore immobile. Questa azione è simile a quella di un cuoco che usa le sue mani per formare palline di pasta. Il primo passaggio attraverso questa macchina rimuove il lampeggiamento e aiuta i cuscinetti a diventare abbastanza uniformi nelle dimensioni.
Un secondo passaggio attraverso la stessa macchina aggiunge un liquido lubrificante e abrasivi alla miscela. I cuscinetti a sfera sono rettificati ad una dimensione precisa dall'azione degli abrasivi. Una volta che le sfere hanno raggiunto dimensioni e uniformità accettabili, una terza corsa utilizza un agente lucidante per dare loro una brillantezza che riduce l'attrito. Tutti i cuscinetti sono sottoposti a un'ispezione finale per verificare la presenza di imperfezioni prima di essere approvati per l'uso in altre applicazioni.