Comprensione della scheggiatura nei cuscinetti volventi
Definizione: Che cosa è lo sfaldamento?
scheggiatura (chiamata anche scheggiatura, sfaldatura o vaiolatura quando di piccole dimensioni) è la sfaldatura, la scheggiatura o la frattura localizzata del materiale dalla superficie delle piste dei cuscinetti o degli elementi volventi dovuta alla fatica da contatto volvente. Una scheggiatura appare come un cratere, una cavità o una scheggiatura nel punto in cui un pezzo di materiale si è staccato dalla superficie, lasciando un'area ruvida e danneggiata. Quando gli elementi volventi passano su una scheggiatura, generano forze d'impatto che creano caratteristiche vibrazione in particolare frequenze di guasto dei cuscinetti.
La scheggiatura è la modalità di guasto più comune e normale dei cuscinetti, che rappresenta la fine della vita a fatica di un cuscinetto. È distinta da Indossare (rimozione graduale del materiale) o vaiolatura (danni superficiali indotti dalla corrosione). La scheggiatura è rilevabile attraverso analisi delle vibrazioni mesi prima che il cuscinetto si guasti completamente, il che lo rende un obiettivo chiave per i programmi di manutenzione predittiva.
Meccanismo fisico della scheggiatura
Processo di fatica da contatto volvente
La sfaldatura si sviluppa attraverso un processo di affaticamento progressivo:
- Carico ciclico: Ogni volta che un elemento volvente passa un punto sulla pista, crea una sollecitazione di contatto hertziana (tipicamente 1000-3000 MPa)
- Sollecitazione di taglio del sottosuolo: La massima sollecitazione di taglio si verifica leggermente al di sotto della superficie (in genere a una profondità di 0,2-0,5 mm)
- Inizio della crepa: Dopo milioni o miliardi di cicli, si forma una crepa microscopica nella concentrazione dello stress sottosuperficiale
- Propagazione delle crepe: La crepa cresce parallelamente alla superficie, poi si dirama verso la superficie e più in profondità nel materiale
- Separazione dei materiali: La rete di crepe isola un pezzo di materiale
- Formazione di scheggiature: Il materiale isolato si libera, lasciando un cratere o una fossa
Caratteristiche tipiche della scheggiatura
- Misurare: Inizialmente di diametro 1-5 mm, può crescere fino a 10-20 mm o più
- Profondità: 0,2-2 mm di profondità nella cassa temprata
- Forma: Cratere irregolare con fondo e bordi irregolari
- Posizione: Più spesso sulla pista esterna nella zona di carico
- Aspetto: Superficie metallica, lucida con bordi inizialmente affilati; si scurisce con il funzionamento continuo
Cause e fattori contribuenti
Vita a fatica normale
- Tutti i cuscinetti hanno una durata di fatica finita (durata L10 – il modello 90% sopravvive fino a questo punto)
- La scheggiatura è la modalità di guasto prevista a fine vita
- La corretta selezione dei cuscinetti garantisce una durata adeguata per l'applicazione
- Non è un difetto se si verifica a una durata L10 calcolata o oltre.
Cause di sfaldamento prematuro
- Sovraccarico: I carichi che superano la portata del cuscinetto riducono drasticamente la durata (durata ∝ 1/carico³)
- Lubrificazione scarsa: Uno spessore inadeguato della pellicola aumenta lo stress superficiale
- Contaminazione: Particelle che creano accumuli di stress che innescano crepe
- Disallineamento: Carico di bordo che crea elevate sollecitazioni locali
- Installazione non corretta: Danni durante il montaggio che innescano guasti precoci
- Corrosione: Pozzi superficiali che agiscono come siti di innesco delle crepe
- Difetti materiali: Inclusioni nell'acciaio per cuscinetti
Rilevamento delle vibrazioni di scheggiatura
Fase iniziale (micro-scheggiatura)
- Scheggiatura < 1-2 mm di diametro
- Piccoli picchi alle frequenze di guasto dei cuscinetti in spettro dell'involucro
- Potrebbe non essere visibile nello standard FFT spettro
- Ampiezza nell'involucro: 0,5-2 g
- Durata residua: in genere 6-18 mesi
Fase moderata
- Scheggiatura diametro 2-10 mm
- Picchi di frequenza di guasto chiari sia negli spettri FFT che in quelli dell'inviluppo
- 2-3 armoniche visibile
- Inizio di banda laterale formazione
- Ampiezza: 2-10 g
- Durata residua: 2-6 mesi
Fase avanzata
- Scheggiatura > 10 mm, possono esserci più scheggiature
- Picchi di frequenza di guasto di ampiezza molto elevata
- Numerose armoniche (4-8 o più)
- Struttura complessa della banda laterale
- Elevato livello di rumore di fondo
- Ampiezza: > 10 g
- Vita rimanente: da giorni a settimane
Fase grave/critica
- Estesa sfaldatura, molteplici difetti
- Rumore a banda larga dominante
- Le singole frequenze di guasto potrebbero essere oscurate
- Vibrazione complessiva molto elevata
- Rumore udibile dal cuscinetto
- Temperatura elevata
- Guasto imminente: sostituzione immediata richiesta
Progressione e danno secondario
Crescita delle scheggiature
Una volta iniziate, le scheggiature crescono progressivamente:
- Il carico d'impatto sui bordi delle scheggiature crea un elevato stress
- Il materiale adiacente si affatica più rapidamente
- La scheggiatura cresce verso l'esterno e più in profondità
- Tasso di crescita esponenziale: una piccola scheggiatura può diventare grande in poche settimane
Danni secondari
La sgretolamento crea detriti che causano danni a cascata:
- Generazione di detriti: Le particelle metalliche provenienti dalle scheggiature circolano nel cuscinetto
- Abrasione a tre corpi: I detriti agiscono come composto di lappatura
- Scheggiature secondarie: Le particelle di detriti innescano nuove scheggiature in altre aree
- Deterioramento rapido: Una volta che si presentano più scheggiature, il fallimento accelera
- Fallimento completo: Alla fine il cuscinetto perde tutta la capacità di carico
Risposta e azioni correttive
Al momento del rilevamento
- Confermare la diagnosi: Verificare che la frequenza dei guasti corrisponda alla geometria del cuscinetto
- Valutare la gravità: Determinare la fase in base all'ampiezza e alle armoniche
- Aumentare il monitoraggio: Cambia da mensile a settimanale o giornaliero in base alla gravità
- Sostituzione programmata: Pianificare la sostituzione dei cuscinetti durante i tempi di fermo macchina appropriati
- Procurarsi il cuscinetto: Ordina la sostituzione (verifica il modello e le specifiche corrette)
Indicatori di emergenza
Si consiglia l'arresto immediato se:
- L'ampiezza delle vibrazioni raddoppia in meno di una settimana
- Temperatura del cuscinetto in rapido aumento (> 5°C in un turno)
- Ruvidità, stridio o stridio udibili provenienti dal cuscinetto
- Sono presenti più frequenze di cuscinetto (difetti multipli)
- Perdita di lubrificante o contaminazione visibile
Prevenzione attraverso la progettazione e la manutenzione
Fase di progettazione
- Selezionare cuscinetti con una durata di vita adeguata (L10 > durata di servizio richiesta)
- Fornire un sistema di lubrificazione adeguato
- Progettare una sigillatura efficace
- Garantire un raffreddamento adeguato alle condizioni operative
Fase di installazione
- Pratiche di installazione pulite
- Strumenti di montaggio adeguati (per evitare danni durante l'installazione)
- Verificare il corretto gioco dei cuscinetti
- Allineamento preciso
Fase operativa
- Programma di monitoraggio delle vibrazioni con analisi dell'inviluppo
- Programma di lubrificazione (intervalli, quantità, qualità)
- Monitoraggio della temperatura
- Buona qualità di bilanciamento per ridurre al minimo i carichi dinamici
La scheggiatura è il punto finale inevitabile della durata di fatica dei cuscinetti, ma attraverso una corretta selezione, installazione, lubrificazione e monitoraggio delle condizioni dei cuscinetti, la durata dei cuscinetti può essere massimizzata e i guasti possono essere rilevati in tempo utile per prevenire danni secondari e consentire una manutenzione pianificata ed economica.
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