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L'ATTRITO NEI PERNI DI SPINTA

DEFINIZIONE: si chiamano perni di spinta quelli che devono contrastare la spinta esercitata dall'esterno, come per esempio nelle perforatrici (martello pneumatico) quella che si esercita sulla punta per forzarla a penetrare nel terreno.
Gli alberi rotanti delle macchine spesso sono soggetti a forze lungo il loro asse, oltre che a quelle tangenziali che producono il moto rotatorio (momento motore o momento resistente). Quindi in generale nelle macchine troveremo gli assi soggetti a: 1) forze perpendicolari all'asse, come P, che producono flessione e taglio; 2) forze perpendicolari all'asse che producono momenti, come Mt, che lo fanno ruotare con velocità w; 3) forze parallele all'asse, come F, che producono spinte longitudinali; 4) forze parallele all'asse, come R, che si oppongono alle spinte longitudinali.

ESEMPI: a) gli assi delle automobili in curva devono sopportare forze che tendono a "sfilare" le ruote che sono all'esterno della traiettoria; b) nei ventilatori ci sono forze che tendono a sfilare le pale che si "avvitano" nell'aria, così come le pale delle eliche delle navi in mare; c) per avvitare le viti bisogna spingere il giravite; ecc.(a)
RIMEDII: il primo rimedio è quello di porre un "fondo" alla boccola nella quale si muove il perno. Ciò però ha l'immediata conseguenza di creare un forte attrito e una forte usura sull'albero o sul supporto.
In generale si adottano due sistemi(b) principali: 1) spallamenti con cuscinetti a rotolamento assiali (figura a sinistra); 2) cuscinetti a rotolamento conici (figura a destra). I cuscinetti saranno muniti di sfere o di rulli a seconda delle forze da sopportare e saranno sempre fortemente lubrificati e raffreddati con cura. Si giunge a costruire cuscinetti con diametri superiori ai due metri con materiali assolutamente straordinari.

Gli anelli dei cuscinetti sono bloccati da una parte sul perno e dall'altra sul supporto, il quale a sua volta sarà munito di contro - spallamenti oppure di sede conica.

(a) Il problema delle spinte longitudinali (o assiali), è particolarmente importante nelle turbine delle centrali termoelettriche a vapore in quanto le potenze sono enormi e le velocità di rotazione sono grandissime. Nella figura è schematizzata la disposizione delle turbine per tentare di annullare le spinte (in rosso). In blu è disegnato il percorso del vapore, dalla turbina di Alta Pressione, a quella di Media Pressione, per finire in quella di Bassa Pressione, la quale è divisa in due sezioni proprio per annullare le spinte.

Tuttavia, essendo impossibile il totale annullamento delle spinte, anche in questo caso devono essere adottati accorgimenti particolari e costosi per far sì che l'asse non si muova in senso orizzontale. Nelle centrali idroelettriche le turbine Francis sono con asse verticale e le spinte creano problemi con soluzioni veramente geniali.
(b) Nei casi più semplici si adoperano rondelle elastiche con una superficie semisferica sulla quale poggia il perno. Questo sistema è adottato per esempio nei piccoli trapani casalinghi. Naturalmente occorre mantenere una buona lubrificazione con grasso di buona densità. A lungo andare si verificano due inconvenienti: la testa desse si usura e la rondella elastica si sfibra opponendo una forza minore.