Comprensione dell'usura dei cuscinetti
Definizione: Che cosa si intende per usura dei cuscinetti?
Usura dei cuscinetti è la progressiva perdita di materiale dalle superfici dei cuscinetti (piste, corpi volventi e gabbia) attraverso processi meccanici come abrasione, adesione, corrosione o fatica superficiale. A differenza dei guasti improvvisi dovuti a scheggiature da fatica, l'usura dei cuscinetti è un processo di degradazione graduale che aumenta giochi dei cuscinetti, riduce la precisione e, in ultima analisi, porta a guasti funzionali quando le distanze diventano eccessive o i danni superficiali diventano gravi.
L'usura dei cuscinetti è rilevabile tramite vibrazione monitoraggio (aumento del contenuto ad alta frequenza e dei livelli complessivi), monitoraggio della temperatura (variazioni dell'attrito) e ispezione fisica (modelli di usura visibili, aumento del gioco). La comprensione dei meccanismi di usura consente di selezionare correttamente i cuscinetti, le pratiche di lubrificazione e le strategie di manutenzione.
Meccanismi di usura dei cuscinetti
1. Usura abrasiva
Il meccanismo di usura più comune nei cuscinetti industriali:
- Causa: Particelle dure (sporcizia, trucioli di metallo, detriti da usura) che entrano nel cuscinetto
- Processo: Le particelle intrappolate tra gli elementi volventi e le piste agiscono come un composto abrasivo
- Risultato: Materiale rimosso dalle superfici più morbide (solitamente piste), creando scanalature o tracce di usura lucidate
- Valutare: Proporzionale al livello di contaminazione e alla durezza delle particelle
- Prevenzione: Sigillatura efficace, filtrazione, pratiche di assemblaggio pulite
2. Usura adesiva (abrasione)
Si verifica in condizioni di lubrificazione limite o di contatto a secco:
- Causa: Lubrificazione inadeguata che consente il contatto metallo-metallo
- Processo: Saldatura e lacerazione microscopiche nei punti di contatto
- Risultato: Superfici ruvide e scolorite; trasferimento di materiale tra piste ed elementi volventi
- Progressione: Può rapidamente intensificarsi una volta avviato
- Prevenzione: Quantità e qualità di lubrificazione adeguate
3. Usura da sfregamento (falsa brinellatura)
Si verifica nei cuscinetti fissi o oscillanti:
- Causa: Movimento oscillatorio di piccola ampiezza mentre il cuscinetto non ruota (vibrazione durante il trasporto o lo stoccaggio)
- Processo: Il micro-slittamento tra elementi volventi e piste crea detriti di ossido
- Risultato: Depositi bruno-rossastri nelle aree di contatto, depressioni poco profonde
- Visivo: Aspetto simile alla vera brinellatura ma senza deformazione permanente
- Prevenzione: Isolamento delle vibrazioni durante lo stoccaggio/trasporto, leggera rotazione del cuscinetto o precarico adeguato
4. Usura corrosiva
- Causa: Umidità, sostanze chimiche o ambienti aggressivi
- Processo: Attacco chimico che crea vaiolatura e rugosità superficiale
- Risultato: Depositi color ruggine, superfici ruvide, perdita di materiale
- Comune in: Lavorazione alimentare, ambienti marini, impianti chimici
- Prevenzione: Cuscinetti resistenti alla corrosione, tenuta efficace, selezione adeguata del lubrificante
5. Usura erosiva
- Causa: Flusso di fluido ad alta velocità che trasporta particelle
- Comune in: Lubrificanti contaminati con sistemi di circolazione
- Risultato: Superfici erose uniformemente, rimozione del materiale
- Prevenzione: Filtrazione, lubrificanti puliti, progettazione adeguata della tenuta
Sintomi di vibrazione dell'usura dei cuscinetti
Cambiamenti graduali
L'usura produce cambiamenti progressivi caratteristici delle vibrazioni:
- Aumento del livello generale: La vibrazione RMS totale aumenta gradualmente
- Contenuto ad alta frequenza: Più energia nella gamma ad alta frequenza (> 1000 Hz)
- Rumore a banda larga: Elevato livello di rumore di fondo in tutto lo spettro
- Picchi multipli piccoli: Piuttosto che una singola frequenza di difetto dominante
- Perdita di tracciamento: Il picco 1× può diventare meno evidente rispetto alle frequenze più alte
Distinguere l'usura dai difetti
| Caratteristica | Difetto localizzato (scheggiatura) | Abbigliamento generale |
|---|---|---|
| Frequenze di guasto | Picchi BPFO, BPFI, BSF chiari | Nessuna chiara frequenza di difetti |
| Aspetto dello spettro | Picchi discreti con armoniche | Ampio rumore di fondo elevato |
| Progressione | Crescita esponenziale dell'ampiezza | Aumento lineare graduale |
| Analisi dell'involucro | Risposta forte, picchi chiari | Aumento moderato della banda larga |
| Tempo di fallimento | Da settimane a mesi una volta rilevato | Mesi o anni di graduale degrado |
Metodi di rilevamento
Monitoraggio delle vibrazioni
- Livelli RMS complessivi di tendenza nel tempo
- Monitorare l'accelerazione ad alta frequenza (HFD – Indicatore di difetti ad alta frequenza)
- Fattore di cresta può rimanere relativamente normale (a differenza della sfaldatura in cui aumenta)
- Curtosi non mostra cambiamenti drastici (usura distribuita vs. impatti discreti)
Monitoraggio della temperatura
- Andamento della temperatura del cuscinetto
- L'usura spesso provoca un aumento della temperatura dovuto a un maggiore attrito
- L'aumento graduale (2-5°C/anno) indica un'usura progressiva
- I salti improvvisi suggeriscono la transizione verso danni più gravi
Monitoraggio ecografico
- Le emissioni ultrasoniche aumentano con la rugosità della superficie
- Efficace per rilevare l'usura in fase iniziale
- Strumenti ad ultrasuoni portatili per ispezioni basate sul percorso
Analisi dell'olio
- Detriti da usura nei campioni di olio
- Conteggio e analisi delle particelle
- Ferrografia che mostra le caratteristiche delle particelle di usura
- L'aumento della concentrazione di particelle indica un'usura progressiva
Cause e fattori contribuenti
Relativo alla lubrificazione
- Quantità inadeguata di lubrificante (carenza)
- Viscosità del lubrificante errata per le condizioni operative
- Lubrificante contaminato (particelle, acqua, sostanze chimiche)
- Lubrificante degradato (ossidazione, perdita di additivi)
- Intervalli di rilubrificazione non corretti
Condizioni operative
- Carichi eccessivi sui cuscinetti (statici o dinamici)
- Temperature di esercizio elevate
- Ambiente contaminato
- Sigillatura inadeguata che consente l'ingresso di particelle
- Vibrazioni da fonti esterne (apparecchiature vicine)
Installazione e manutenzione
- Installazione impropria che causa disallineamento
- Selezione errata del gioco del cuscinetto
- Contaminazione durante l'installazione
- Guarnizioni danneggiate che consentono l'ingresso di contaminanti
Prevenzione e prolungamento della vita
Migliori pratiche di lubrificazione
- Utilizzare il tipo e il grado di lubrificante corretti per l'applicazione
- Mantenere il livello di lubrificante adeguato (né troppo né troppo poco)
- Stabilire intervalli di rilubrificazione appropriati
- Monitorare le condizioni del lubrificante, sostituirlo quando degradato
- Utilizzare pratiche pulite durante la lubrificazione
Controllo della contaminazione
- Sigillatura efficace per impedire l'ingresso di particelle
- Pratiche di installazione pulite
- Sistemi di lubrificazione filtrati ove applicabile
- Controlli ambientali (recinti, pressione positiva)
- Ispezione regolare e sostituzione delle guarnizioni
Gestione delle condizioni operative
- Operare entro i limiti di progettazione del cuscinetto (carico, velocità, temperatura)
- Mantenere buono bilancia per ridurre al minimo i carichi dinamici
- Garantire la precisione allineamento per prevenire il carico sui bordi
- Controllare le temperature di esercizio tramite raffreddamento, se necessario
L'usura dei cuscinetti, sebbene graduale e meno drammatica rispetto ai guasti improvvisi per scheggiatura, rappresenta una parte significativa del deterioramento dei cuscinetti in ambito industriale. Una corretta lubrificazione, il controllo della contaminazione e il monitoraggio delle condizioni consentono una diagnosi precoce e la sostituzione programmata dei cuscinetti prima che l'usura si trasformi in un guasto funzionale, ottimizzando sia l'affidabilità delle apparecchiature che i costi di manutenzione.
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