Diagnosi dei difetti dei cuscinetti

1. La natura dei difetti dei cuscinetti

I cuscinetti volventi sono componenti fondamentali nella maggior parte dei macchinari rotanti, ma rappresentano anche un punto di rottura comune. Un cuscinetto tipico è costituito da una pista esterna, una pista interna, un set di sfere o rulli e una gabbia per mantenerne la spaziatura. Un "difetto" è un difetto microscopico o macroscopico, come una crepa, una scheggiatura o una cavità, su una di queste superfici.

Quando un elemento rotante passa sopra un difetto, genera un piccolo impatto ad alta frequenza, o "clic". Sebbene un singolo impatto abbia un'energia bassa, questi impatti si verificano ripetutamente. Analisi delle vibrazioni è eccezionalmente efficace nel rilevare questi impatti ripetitivi e periodici molto prima che il cuscinetto inizi a surriscaldarsi o a produrre rumori udibili.

2. Le quattro frequenze di guasto fondamentali

La chiave per diagnosticare i difetti dei cuscinetti è sapere che, per una data geometria e velocità di rotazione del cuscinetto, gli impatti si verificheranno a frequenze molto specifiche e prevedibili. Queste sono note come Frequenze di Guasto Fondamentali:

• BPFO (frequenza passaggi palla, corsa esterna): La velocità con cui i corpi volventi passano per un singolo punto sulla pista esterna. Questa è la frequenza più comune di difettosità dei cuscinetti.
• BPFI (frequenza passaggi palla, corsa interna): La frequenza con cui gli elementi volventi passano per un singolo punto sulla pista interna. Poiché la pista interna è in rotazione, questa frequenza è superiore a BPFO.
• BSF (frequenza di rotazione della palla): La frequenza con cui un elemento rotante ruota sul proprio asse.
• FTF (Frequenza fondamentale del treno): La frequenza di rotazione della gabbia del cuscinetto. Questa è una frequenza molto bassa, in genere inferiore a 0,5 volte la velocità di corsa.

Queste frequenze possono essere calcolate in base alle dimensioni del cuscinetto (come il diametro primitivo e il diametro delle sfere) e alla velocità di rotazione dell'albero. I software di analisi delle vibrazioni in genere includono un ampio database di cuscinetti e possono calcolare queste frequenze automaticamente.

3. Come appaiono i difetti dei cuscinetti nello spettro

Quando è presente un difetto del cuscinetto, la sua frequenza di guasto apparirà nel Spettro FFT in uno schema caratteristico:

• Picchi ad alta frequenza: La frequenza di guasto stessa (ad esempio, BPFO) apparirà come un picco nella gamma delle alte frequenze dello spettro.
• Armoniche: Spesso saranno presenti diverse armoniche (multipli) della frequenza di guasto.
• Bande laterali: Questo è un indicatore diagnostico fondamentale. Il picco di frequenza dei guasti ai cuscinetti presenta spesso bande laterali distanziate a una volta la velocità di rotazione. Ad esempio, un picco BPFO con bande laterali pari a 1X è un classico segno di un difetto della pista esterna. Un difetto della pista interna (BPFI) presenta quasi sempre bande laterali pari a 1X perché il difetto ruota dentro e fuori dalla zona di carico della macchina.

Nelle fasi iniziali, questi picchi possono essere nascosti nel rumore di fondo dello spettro. Ecco perché spesso vengono utilizzate tecniche specializzate per il rilevamento.

4. Analisi dell'involucro per la diagnosi precoce

Analisi dell'involucro (chiamata anche demodulazione) è la tecnica più potente per rilevare difetti dei cuscinetti in fase iniziale. Si tratta di un metodo di elaborazione del segnale che filtra le vibrazioni a bassa frequenza e ad alta energia (dovute a squilibri, ecc.) e si concentra solo sugli impatti ad alta frequenza e a bassa energia generati dal difetto del cuscinetto.

Lo spettro dell'inviluppo è molto "pulito" e mostra chiaramente le frequenze di guasto dei cuscinetti e le loro armoniche, consentendone il rilevamento mesi o addirittura anni prima che il cuscinetto si guasti.

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