I cuscinetti radenti autolubrificanti AMPEP sono ideali per le applicazioni in cui ci siano movimenti lenti e pressioni elevate e la manutenzione sia difficoltosa o impraticabile.I cuscinetti radenti trovano largo impiego nelle cellule e nei controlli di volo degli aerei e degli elicotteri. Nella meccanica generale sono stati finora impiegati in numerose applicazioni, in particolare nei nuovi treni, nelle autovetture più prestigiose, nei veicoli militari, in marina e nelle centrali elettriche.
   Fin dal 1988 l’AMPEP è parte del gruppo SKF, ha sede in UK ed è specializzata nella progettazione e fabbricazione di cuscinetti radenti autolubrificanti per i mercati areospaziali ed industriali. Per mantenere la propria posizione di leadership nell’industria di questo tipo di cuscinetti, l’azienda investe continuamente in tecnologia avanzata, macchine utensili, tecniche computerizzate, così come nella ricerca e nello sviluppo.
   L’AMPEP ha ottenuto la certificazione delle Joint Aviation Authorities (JAA) ed è stata certificata ISO 9002 quale fornitore del Ministry of Defence (MOD), in conformità con l’Aerospace Sector Certification Scheme TS 157. L’azienda ha anche ottenuto la certificazione di molte industrie europee aeronautiche e di alta tecnologia . Le ferrovie francesi (SNCF) le hanno conferito il certificato AQF 2 sin dal 1993.

Basso attrito, poca usura
I cuscinetti radenti autolubrificanti AMPEP sono prodotti di alta qualità, caratterizzati da basso coefficiente d’attrito, abbinato a un limitato grado di usura. Sono composti di tre elementi:

• un anello esterno in un solo pezzo;
• un inserto di PTFE e vetro;
• un anello interno sferico o cilindrico.

L’anello esterno, in un solo pezzo, viene forgiato in officina sulla sfera dell’anello interno e quindi non riporta né fratture intenzionali né tagli di introduzione, cosa che assicura un eccellente grado di conformità tra le superfici accoppiate. L’inserto portante di AMPEP X1 è costituito da un tessuto di PTFE e vetro, laminato a caldo e sotto pressione insieme a una tela di vetro impregnata di resina fenolica. Il movimento oscillatorio del cuscinetto fa sì che le superfici sferiche si trovino continuamente ricoperte da una sottile pellicola di PTFE. Inserti con diverse combinazioni di materiali offrono vari livelli di prestazione e possono soddisfare diverse esigenze applicative.
   L’inserto di tessuto di PTFE e vetro assicura un basso coefficiente di attrito, insieme a un ridotto grado di usura. L’inserto AMPEP X1, che deriva da quello Fiberslip e da cui differisce per la tessitura e per la migliore resistenza all’usura, è stato incluso nella norma SAE AS81820 dell’American Aerospace. Viene comunemente utilizzato nelle applicazioni aeronautiche e nell’industria in genere.
   I cuscinetti AMPEP XL sono invece il risultato di un intenso programma di sviluppo, teso ad ottenere durate accettabili nelle applicazioni aeronautiche più gravose, tanto da superare di gran lunga gli standard internazionali in termini di durata e affidabilità. L’inserto di AMPEP XL esige per la superficie di scorrimento un rivestimento duro e lavorato con superfinitura, ad esempio di acciaio temprato, cromo e altri materiali adatti a esigenze speciali. Il corpo dei cuscinetti è di acciaio al carbonio di alta qualità oppure di acciaio inossidabile per soddisfare le esigenze di affidabilità e di costi ridotti.

Caratteristiche tecniche
L’usura dell’inserto è essenzialmente funzione della pressione sul cuscinetto, della velocità di strisciamento relativo delle superfici e dell’entità dello strisciamento ad una certa temperatura. Altri fattori che influenzano la durata sono:

• la finitura della superficie su cui striscia l’inserto (migliore è la finitura, maggiore è la durata);
• la durezza dell’inserto e della relativa superficie di strisciamento (generalmente, quanto più dura è quest’ultima, maggiore è la durata del cuscinetto; tale superficie deve essere temprata e resistente alla corrosione);
• il grado di conformità tra l’inserto e la superficie di strisciamento (l’area su cui avviene il contatto);
• l’assenza di sostanze contaminanti (queste fanno aumentare l’usura; in presenza di acqua il cuscinetto va protetto).

Nelle prove di compressione in laboratorio, spezzoni piani di AMPEP Fiberslip incollati su acciaio ad alta resistenza, hanno sopportato pressioni, costantemente applicate, superiori a 700 MPa prima di mostrare un cedimento strutturale. Gran parte dei materiali metallici più comuni si snerva prima.

Di solito i carichi per urto, in assenza di un apprezzabile movimento fra le superfici, non danno luogo a usura. Nelle seguenti condizioni di lavoro, in prove eseguite per stabilire l’effetto delle vibrazioni, non si sono rilevati significativi aumenti di gioco:

• pressione di 160 MPa ± 10 MPa, 20 milioni di cicli con una frequenza pari a 30 Hz
• pressione di 160 MPa ± 20 MPa, 0.5 milioni di cicli con una frequenza 30 Hz

E’ prevedibile che, in tali condizioni, si verifichi solo un leggero appiattimento delle creste dell’inserto e una riduzione di coppia.
   A velocità di strisciamento costanti e con pressioni crescenti fino a un minimo di 70 MPa, il coefficiente d’attrito diminuisce; esso invece aumenta con il diminuire della temperatura e con l’aumentare della velocità di strisciamento.

Applicazioni
I cuscinetti radenti autolubrificanti trovano largo impiego nelle applicazioni ferroviarie e aeronautiche. Cuscinetti AMPEP sono montati da 30 anni nelle sospensioni dei carrelli. Tra le applicazioni citiamo: barre anti-rollio, attacchi degli smorzatori, pendini articolati di carrelli, meccanismi di frenatura, articolazioni di sterzo e delle valvole, agganci (autocentranti e automatici) e meccanismi di inclinazione dei treni ad alta velocità tipo Pendolino.
   Cellule di aerei ed elicotteri e controlli di volo sono impieghi ormai consolidati.
   Troviamo applicazioni in barre d’accoppiamento del rotore principale, comandi di variazione del passo del rotore di coda degli elicotteri, ammortizzatori delle pale, oltre che controlli manuali, in cui si richiedono basse coppie d’attrito.

Esperienze pratiche
In un tipico sistema di sospensione dei carrelli ferroviari, in cui si richiedono lunghe durate, si incontrano pressioni sui cuscinetti da 3,5 a 20 MPa e angoli di oscillazione tra ± 1° a 30 Hz fino a ± 5° a 0,1 Hz. In tali condizioni piuttosto severe, si superano percorrenze di 2,2 milioni di km. Nei cuscinetti l’usura si verifica a seguito del movimento tra le superfici in contatto e per poter prevedere (e ottenere) durate realistiche, occorre un’analisi accurata del ciclo di lavoro in ciascuna specifica applicazione.
   I cuscinetti AMPEP sono precaricati e con un grado molto stretto e controllato di conformità tra le superfici dell’anello interno e di quello esterno. Per montare gli snodi sferici nell’alloggiamento occorre un attrezzo speciale. Per favorirne l’allineamento, lo spigolo dell’alloggiamento e dell’estremità dell’albero devono prevedere un raccordo di invito 1 x 15°. Per non compromettere la conformità del cuscinetto non bisogna mai applicare un carico sulla facciata della sfera. Dato che alle pressioni che si incontrano in ferrovia, il coefficiente d’attrito dei cuscinetti AMPEP è di circa 0,05 – 0,1, è necessario usare un adesivo o fissare opportunamente il cuscinetto per evitare che questo ruoti nell’alloggiamento o sul perno. Se si usa un adesivo si consiglia di seguire le indicazioni della casa costruttrice, dato che è importante che le superfici siano ben preparate e pulite.
   Un tipico esempio di applicazioni di cuscinetti radenti autolubrificanti sono gli smorzatori tra le carrozze e le barre anti-rollio dei TGV delle SNCF. Quello illustrato sopra è un EUROSTAR. I cuscinetti AMPEP si possono impiegare in tutte le articolazioni e sono soggetti a rotazioni cicliche sotto carichi che variano con l’entità dell’inclinazione e con le condizioni dei binari.
   Una tipica applicazione aeronautica la troviamo sull’elicottero EC 120. Realizzato dalla EUROCOPTER in collaborazione con Cina e Singapore, è stato presentato ufficialmente nel 1997 durante l’HAI Heli-Expo, e da allora è stato venduto in ogni parte del mondo. E’ un apparecchio monorotore da carico molto leggero a cinque posti. Veloce e silenzioso, è idoneo per vari compiti quali voli charter, fotografia aerea, missioni di sorveglianza e addestramento dei piloti militari. I controlli di volo sono le applicazioni tipiche dei cuscinetti AMPEP. Durante il volo l’angolo di inclinazione delle pale varia continuamente, il che richiede il movimento delle articolazioni del passo e dei rispettivi cuscinetti ad ogni giro della testa del rotore. Questi cuscinetti sono quindi soggetti a rotazioni cicliche e a disallineamento.
   I cuscinetti radenti AMPEP presentano molti vantaggi e offrono eccellenti soluzioni in molte applicazioni. Esenti da manutenzione, possono operare senza lubrificante, e nello steso tempo tollerano la presenza di molti fluidi, lubrificanti o meno. Altre caratteristiche sono un ampio campo di temperature di lavoro da –50 fino a +200 °C, un rapporto sollecitazione/massa molto elevato, un fenomeno di stick slip minimo, un coefficiente d’attrito relativamente basso, un’elevata resistenza all’usura e una buona tolleranza alle sostanze contaminanti solide, il tutto abbinato a un basso costo del ciclo di vita.
   Per prolungare la durata dei cuscinetti AMPEP, è stato recentemente introdotto il sistema ceramico AMPEP XLNT, il quale presenta un sensibile aumento della resistenza all’usura in molte applicazioni, a ulteriore vantaggio della durata di esercizio e dell’affidabilità.

Gottfried Kuře,
   SKF Global Railway Marketing, Austria,
   e Andy Vicarage, AMPEP plc, Clevedon, UK