I cuscinetti a rullini rappresentano una delle invenzioni cardine della moderna meccanica di precisione, introdotta nel 1950 dal Dr. Georg Schaeffler con il brevetto dell'astuccio a rullini guidati da gabbia, che diede origine al marchio INA (Industrie-Nadellager).
Il principio cinematico essenziale consiste nell'impiego di corpi volventi cilindrici molto sottili e allungati, dove la lunghezza del rullino Lw è da 3 a 10 volte superiore al diametro Dw (tipicamente tra 1 e 5 mm). L'ampia superficie di contatto lineare hertziana consente di ottenere una capacità di carico radiale straordinaria con l'ingombro radiale minimo assoluto tra tutti i supporti volventi.
Massima compattezza: Nelle gabbie serie K e nei cuscinetti serie RNA, l'albero stesso funge da pista di rotolamento interna cementata e rettificata, riducendo lo spessore del cuscinetto al solo diametro del rullino e consentendo la realizzazione di riduttori compatti, bielle per motori, cambi sincronizzati e bracci robotici.
Specifiche Tecniche & Parametri Operativi
La combinazione tra corpi volventi lineari a profilo modificato e piste di precisione assicura tre grandi benefici applicativi:
Lo spessore radiale di un astuccio HK è di appena 1,5–3 mm. Utilizzando una gabbia K direttamente su albero e alloggiamento temprati, l'ingombro coincide con il solo diametro del rullino.
La deflessione elastica del contatto a linea hertziana è notevolmente inferiore a quella delle sfere. Ideale per snodi di precisione, biellismi veloci, cambi sincronizzati e perni di guida.
Grazie alla massa ridotta dei singoli rullini, i componenti INA resistono perfettamente ad accelerazioni repentine, vibrazioni intense e movimenti oscillatori a raggio ridotto senza brinellatura precoce.
La gamma INA comprende configurazioni a guscio imbutito, anelli massicci lavorati, gruppi autonomi o rotelle a camme:
| Famiglia INA | Descrizione Costruttiva | Pista Interna | Fissaggio Assiale | Applicazione Tipica |
|---|---|---|---|---|
| Astucci HK | Anello esterno in lamiera d'acciaio imbutita, aperto sui due lati. Con gabbia e rullini. | Albero temprato (oppure anello IR) | Accoppiamento forzato per interferenza nel foro alloggiamento. Non servono spallamenti. | Pulegge, bracci oscillanti, snodi, trasmissioni agricole. |
| Astucci BK | Come serie HK ma con fondello sagomato per chiusura ermetica dell'estremità albero. | Albero temprato (oppure anello IR) | Accoppiamento forzato per interferenza nel foro alloggiamento. | Testate d'albero cieche, estremità di scatole cambio, chiusure antipolvere. |
| Gabbie K (KK) | Gabbia sagomata ad una corona (K) o due corone (K..ZW) completa di rullini grado G2. | Pista ricavata direttamente sull'albero | Spallamenti laterali ricavati sull'albero o anelli d'arresto. | Bielle motori endotermici, rotismi epicicloidali, riduttori di precisione. |
| Cuscinetti RNA 49 / 69 | Anello esterno massiccio con bordi di guida, senza anello interno. | Pista temprata e rettificata sull'albero | Anelli elastici Seeger o spallamento alloggiamento. | Macchine per la lavorazione del legno, compressori, macchine utensili. |
| Cuscinetti NA 49 / 69 | Cuscinetto completo con anello esterno massiccio ed anello interno IR separabile. | Anello interno IR fornito a corredo | Anelli elastici Seeger su albero ed alloggiamento. | Alberi industriali in acciaio non temprabile o ghisa, riduttori per impieghi gravosi. |
| Anelli Interni IR / LR | Anelli in acciaio al cromo temprati al cuore e super-finiti di rettifica (Ra ≤ 0,2 μm). | Funzionano da pista per HK, BK, RNA | Calettamento a caldo o pressione sull'albero. | Permette l'utilizzo di astucci e cuscinetti su alberi commerciali non trattati. |
| Perni Folli KR / KRV | Rotella a rulli montata su perno filettato sagomato, con tenute plastiche PP. | Perno integrato | Fissaggio a sbalzo con dado esagonale filettato. | Comandi a camma, convogliatori lineari, carrelli di trasferimento pezzi. |
| Rotelle NATR / NUTR | Rotelle d'appoggio per camme guidate da gabbia (NATR) o rulli a pieno riempimento (NUTR). | Foro cilindrico per montaggio su perno | Perno supportato alle due estremità da staffe. | Rampe di sollevamento, forche carrelli elevatori, macchine da cava. |
La composizione del codice di designazione dei rullini INA segue la norma DIN 617 / DIN 618 e il Catalogo Generale Schaeffler HR 1 (scarica PDF):
Significato delle sigle speciali secondo il catalogo Schaeffler HR 1 ↗:
Anello esterno sottile in lamiera d'acciaio temprata. HK ha estremità aperte; BK ha fondello chiuso per chiudere la testata cieca dell'albero.
RNA 49: anello massiccio senza anello interno per montaggio compatto su albero cementato. NA 49: fornito completo di anello interno IR.
Gruppo autonomo gabbia + rullini grado G2 pronto al montaggio. Funziona direttamente sulle piste ricavate su albero e alloggiamento.
Anelli in acciaio al cromo 100Cr6 temprati al cuore e super-finiti di rettifica (Ra ≤ 0,2 μm) per permettere l'uso di rullini su alberi non bonificati.
Rotella con perno filettato massiccio integrato ed esagono incassato sulla testa (SK) per montaggio rapido a sbalzo su piastre e leveraggi.
NATR: rotella guidata da gabbia. NUTR: rotella a due corone di rulli cilindrici a pieno riempimento per carichi d'urto estremi.
Guarnizione strisciante integrata su uno (RS) o entrambi i lati (2RS) per astucci HK/BK e cuscinetti NA49 contro l'ingresso di polveri e umidità.
Anelli di tenuta frontali in poliestere montati sui perni folli KR e rotelle NATR per preservare il grasso lubrificante.
Il vantaggio fondamentale è la massima compattezza radiale e la superiore rigidità torsionale del gruppo meccanico. Facendo rotolare i rullini direttamente sulla superficie cementata e rettificata dell'albero, si elimina completamente l'ingombro dell'anello interno.
Questo consente di mantenere un albero di diametro generoso (più resistente a flessione e vibrazioni) e contemporaneamente ridurre il diametro dell'alloggiamento esterno e la massa totale del supporto, caratteristica tipica di cambi automobilistici, motociclistici, bracci robotici ed elettroutensili.
Affinché l'albero garantisca la durata nominale di catalogo calcolata secondo gli standard INA, la pista deve possedere:
1) Durezza superficiale: compresa tra 58 e 64 HRC (se la durezza scende sotto 58 HRC, la capacità di carico statico e dinamico si riduce rapidamente secondo il fattore di durezza fH del catalogo Schaeffler HR 1).
2) Finitura superficiale: rettifica di precisione con rugosità Ra ≤ 0,2 μm (o Rz ≤ 1 μm), rigorosamente priva di striature elicoidali che drenerebbero il film d'olio.
3) Tolleranze geometriche: cilindricità e rotondità entro le classi IT5 o IT4 secondo DIN 5405.
Gli astucci HK e BK possiedono un anello esterno a guscio sottile in lamiera d'acciaio temprata che raggiunge la perfetta rotondità e il giuoco geometrico nominale solo dopo essere stato piantato a pressione nel foro dell'alloggiamento.
Il montaggio deve essere eseguito con un mandrino calibrato a battuta frontale, applicando la forza di piantaggio esclusivamente sul bordo con la marcatura/sigla, mai sul lato opposto o sui rullini. Non sono necessari anelli elastici Seeger o spallamenti: l'elevata interferenza elastica calibrata trattiene saldamente l'astuccio contro qualsiasi spostamento assiale in esercizio.
L'anello interno di precisione INA serie IR (o LR) è indispensabile quando:
- L'albero è realizzato in materiale non temprabile (es. acciaio da costruzione comune, alluminio, bronzo o acciaio inossidabile austenitico).
- Non è tecnicamente o economicamente conveniente rettificare con super-finitura l'intero albero motore lungo.
- È richiesta una rapida manutenibilità sul campo: in caso di usura, si sfila e si sostituisce solo l'anello IR senza dover rilavorare o sostituire l'albero.
Il perno folle KR è provvisto di un robusto perno filettato integrato nel corpo volvente, progettato per il montaggio rapido a sbalzo direttamente tramite foro passante e dado di bloccaggio su piastre o leve, con cava a brugola (SK) sulla testa.
La rotella d'appoggio NATR / NUTR ha un foro cilindrico centrale liscio e viene infilata su un asse/perno fisso supportato alle due estremità da una staffa a forcella. La serie NUTR presenta due corone di rulli cilindrici a pieno riempimento con anello esterno massiccio ad alto spessore, progettata per assorbire carichi d'urto violenti tipici di rampe di sollevamento, macchinari pesanti e forche di carrelli elevatori.
Tabella Dimensionale Prodotti a Rullini INA (Disponibili a Magazzino Brescia)
La seguente tabella riporta le principali referenze dimensionali INA (Schaeffler) di astucci, gabbie, cuscinetti e perni a rullini fornite con disponibilità immediata a magazzino a Brescia, con dimensioni d'ingombro metriche e capacità di carico dinamico/statico estratte dal catalogo Schaeffler HR 1 ↗:
| Codice Ufficiale INA | Tipologia | Fw / d (mm) | D (mm) | C / B (mm) | Cr (kN) | C0r (kN) | Velocità Lim. (rpm) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| HK 0808 | Astuccio Aperto | 8 | 12 | 8 | 3,10 | 3,00 | 29.000 |
| HK 1010 | Astuccio Aperto | 10 | 14 | 10 | 4,25 | 4,60 | 25.000 |
| HK 1212 | Astuccio Aperto | 12 | 18 | 12 | 6,40 | 7,60 | 21.000 |
| HK 1512 | Astuccio Aperto | 15 | 21 | 12 | 7,30 | 9,60 | 18.000 |
| HK 1616 | Astuccio Aperto | 16 | 22 | 16 | 10,3 | 14,5 | 16.000 |
| HK 2016 | Astuccio Aperto | 20 | 26 | 16 | 12,7 | 19,5 | 14.000 |
| HK 2520 | Astuccio Aperto | 25 | 32 | 20 | 18,2 | 29,0 | 11.000 |
| HK 3020 | Astuccio Aperto | 30 | 37 | 20 | 21,2 | 36,0 | 9.500 |
| BK 1010 | Astuccio Chiuso | 10 | 14 | 10 | 4,25 | 4,60 | 25.000 |
| BK 1512 | Astuccio Chiuso | 15 | 21 | 12 | 7,30 | 9,60 | 18.000 |
| BK 2016 | Astuccio Chiuso | 20 | 26 | 16 | 12,7 | 19,5 | 14.000 |
| RNA 4900 | Senza Anello Interno | 14 | 22 | 13 | 8,80 | 9,10 | 26.000 |
| RNA 4902 | Senza Anello Interno | 20 | 28 | 13 | 11,3 | 14,3 | 19.000 |
| RNA 4904 | Senza Anello Interno | 25 | 37 | 17 | 20,1 | 26,0 | 15.000 |
| RNA 4906 | Senza Anello Interno | 35 | 47 | 17 | 23,7 | 35,5 | 12.000 |
| RNA 4908 | Senza Anello Interno | 48 | 62 | 22 | 40,0 | 65,0 | 9.000 |
| NA 4900 | Con Anello Interno | 10 (d) | 22 | 13 | 8,80 | 9,10 | 26.000 |
| NA 4902 | Con Anello Interno | 15 (d) | 28 | 13 | 11,3 | 14,3 | 19.000 |
| NA 4904 | Con Anello Interno | 20 (d) | 37 | 17 | 20,1 | 26,0 | 15.000 |
| NA 4906 | Con Anello Interno | 30 (d) | 47 | 17 | 23,7 | 35,5 | 12.000 |
| NA 4908 | Con Anello Interno | 40 (d) | 62 | 22 | 40,0 | 65,0 | 9.000 |
| K 12x15x13 | Gabbia a Rullini | 12 | 15 | 13 | 5,80 | 7,80 | 27.000 |
| K 15x19x17 | Gabbia a Rullini | 15 | 19 | 17 | 9,50 | 13,6 | 23.000 |
| K 20x24x17 | Gabbia a Rullini | 20 | 24 | 17 | 11,4 | 18,4 | 18.000 |
| K 25x29x17 | Gabbia a Rullini | 25 | 29 | 17 | 13,0 | 23,2 | 15.000 |
| K 30x35x20 | Gabbia a Rullini | 30 | 35 | 20 | 19,5 | 36,5 | 13.000 |
| IR 12x15x16 | Anello Interno IR | 12 (d) | 15 (F) | 16 (B) | — | — | — |
| IR 15x20x13 | Anello Interno IR | 15 (d) | 20 (F) | 13 (B) | — | — | — |
| IR 20x25x17 | Anello Interno IR | 20 (d) | 25 (F) | 17 (B) | — | — | — |
| IR 25x30x20 | Anello Interno IR | 25 (d) | 30 (F) | 20 (B) | — | — | — |
| KR 16 PP | Perno Folle a Camma | 6 (d1) | 16 (D) | 28 (B) | 3,60 | 3,90 | 13.000 |
| KR 22 PP | Perno Folle a Camma | 10 (d1) | 22 (D) | 36 (B) | 5,70 | 7,10 | 9.500 |
| KR 35 PP | Perno Folle a Camma | 16 (d1) | 35 (D) | 52 (B) | 11,3 | 16,2 | 5.500 |
| NATR 15 PP | Rotella d'Appoggio | 15 (d) | 35 (D) | 19 (B) | 8,70 | 12,5 | 6.000 |
| NATR 20 PP | Rotella d'Appoggio | 20 (d) | 47 (D) | 25 (B) | 13,6 | 21,6 | 4.500 |
| NUTR 20 | Rotella Pieno Riempimento | 20 (d) | 47 (D) | 25 (B) | 24,5 | 28,5 | 4.000 |
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