Cuscinetti a strisciamento con rivestimento polimerico

In genere le leghe di alluminio vengono impiegate solo nei cuscinetti bimetallici come metallo antifrizione. In quegli impieghi il dorso di acciaio assolve essenzialmente la funzione di bloccaggio all’interno del basamento e il metallo antifrizione, in qualità di elemento antagonista dell’albero, ha il compito di coprire tutte le restanti funzioni del cuscinetto a strisciamento, come ad esempio la sicurezza antigrippaggio, la capacità di adattamento e la resistenza alle particelle e all’usura. Nella generazione KS R55Q trova invece impiego una struttura trimetallica che prevede uno strato aggiuntivo, il cosiddetto strato di scorrimento. Qui è la “squadra” formata da metallo antifrizione estremamente resistente e strato di scorrimento polimerico ad assolvere le funzioni summenzionate, permettendo così di incrementare le prestazioni ben al di sopra dei limiti offerti dalla struttura bimetallica classica.

Scelta corretta di metallo antifrizione e strato di scorrimento

Al fine di un’interazione ottimale risulta decisiva la scelta corretta del metallo antifrizione e dello strato di scorrimento. Nella generazione KS R55Q come metallo antifrizione trova pertanto impiego una lega di alluminio-stagno-silicio sviluppata specificamente per la struttura trimetallica. Il rapporto tra stagno, silicio ed ulteriori elementi aggiunti per incrementare la resistenza dà vita ad una lega di alluminio capace di resistere ad elevatissime sollecitazioni dinamiche. Lo strato di scorrimento polimerico è costituito da una matrice in poliammide-immide con una percentuale elevata di riempitivi in grado di ridurre l’attrito e l’usura. In questo contesto si è optato per i lubrificanti solidi bisolfuro di molibdeno e grafite in una composizione eterogenea. L’interazione delle singole componenti permette al cuscinetto a strisciamento in acciaio-alluminio-polimero KS R55Q di raggiungere un livello di resistenza alle sollecitazioni che supera notevolmente le prestazioni dei cuscinetti bimetallici in acciaio-alluminio esistenti. Viene così raggiunto un livello prestazionale finora riservato ai cuscinetti a strisciamento molto più complessi a base di bronzo e dotati di rivestimento galvanizzato. Per quanto riguarda la resistenza alle particelle e quindi la robustezza nei confronti di sporco residuo, KS R55Q supera i cuscinetti privi di piombo con rivestimento galvanizzato finora disponibili sul mercato.

Riduzione dell’attrito e dell’usura nell’intera gamma di regimi

Nell’ambito dello sviluppo di KS R55Q è stata posta particolare attenzione alla riduzione dell’attrito e dell’usura nell’intera gamma di regimi. Rientra tra queste caratteristiche specifiche un momento di attrito dello strato di scorrimento polimerico al passaggio dall’attrito statico all’attrito radente ridotto del 20 percento rispetto ai cuscinetti bimetallici convenzionali, il che risulta decisivo in particolare nelle applicazioni che prevedono numerosi cicli di start/stop. L’effetto antiattrito e antiusura dei riempitivi riesce inoltre ad attutire le condizioni critiche di attrito misto nel range inferiore del numero di giri da attendersi in misura crescente nei nuovi motori con strategie di downspeeding. Grazie all’ottima capacità di adattamento dello strato polimerico risulta inoltre una fase di rodaggio accorciata che comporta a sua volta una riduzione dell’attrito. Particolarmente orgogliosi sono i progettisti del fatto che la struttura a solchi della superficie di scorrimento ottenuta mediante alesatura rimanga completamente preservata nonostante il rivestimento polimerico, una caratteristica che garantisce perdite idrodinamiche minime anche nella fascia di regime superiore.

L’eccellente “lavoro di squadra” svolto da metallo antifrizione e strato polimerico di cuscinetti di banco KS R55Q è stato ampiamente dimostrato nel corso di numerosi cicli di prova su banchi di prova per cuscinetti e nel frattempo ha trovato conferma nell’ambito delle prime sperimentazioni su motori.

Sfide nell’ambito della progettazione di cuscinetti a strisciamento

Quasi tutti i costruttori automobilistici attualmente stanno spingendo sullo sviluppo di sistemi di propulsione ibridi per raggiungere i consumi medi di flotta previsti dalla legislazione ed evitare in questo modo possibili costi aggiuntivi sotto forma di sanzioni. Ma se spesso si opta per l’acquisto di un’autovettura ibrida più per motivi di tutela ambientale che per una questione di costi, la situazione si presenta ben diversa nel segmento dei veicoli commerciali di piccola e media grandezza. Qui, oltre all’effetto positivo della riduzione di CO2 in seguito all’ibridizzazione, alcuni studi evidenziano, in particolare nella distribuzione di merci su brevi tragitti, notevoli risparmi nei consumi che arrivano anche a 2.500 litri di gasolio per anno e veicolo. Per gli autobus urbani con modalità start/stop permanente impiegati su brevi tragitti sono possibili persino risparmi fino a 8.000 litri per anno e veicolo. Oltre che dal rispetto dei valori limite in materia di emissioni, l’impiego di sistemi di propulsione ibridi in questo segmento di veicoli è pertanto spinto da una seconda motivazione importante: la riduzione dei consumi e quindi dei costi sull’intero ciclo di vita del prodotto.

Per quanto riguarda i cuscinetti a strisciamento impiegati nei motori di questi veicoli commerciali, è evidente che le sollecitazioni a cui sono sottoposti sono estreme. E anche se i carichi specifici dei cuscinetti risultanti dalla pressione di combustione e dalla dimensione dei cuscinetti si mantengono entro limiti assolutamente gestibili, è invece la necessaria resistenza all’usura insieme ad altri requisiti, come intervalli di manutenzione lunghi e riduzione dell’attrito e dei consumi, a rappresentare una vera sfida che dovrà essere fronteggiata anche, e non da ultimi, dai produttori di cuscinetti a strisciamento.