L'analisi delle vibrazioni è una tecnica fondamentale per diagnosticare le condizioni tecniche delle macchine. Diversi guasti delle macchine producono andamenti caratteristici nello spettro di frequenza delle vibrazioni. Esaminando lo spettro di frequenza delle vibrazioni delle macchine (tipicamente tramite analisi FFT), è possibile identificare specifiche tipologie di difetti. Di seguito, le categorie di difetti più comuni (squilibrio, disallineamento, allentamenti, difetti dei cuscinetti, guasti degli ingranaggi) sono presentate in tabelle. Ogni tabella illustra i sottotipi di guasto, descrivendone lo spettro di vibrazione tipico, le componenti spettrali osservate, le principali caratteristiche identificative e un grafico esemplificativo dello spettro (incorporato come SVG). Tutti i riferimenti di frequenza utilizzano multipli della velocità di rotazione (ad esempio, "1×" = frequenza di una volta per giro).
Squilibrio
| Tipo di difetto | Descrizione dello spettro | Breve descrizione dei componenti spettrali | Caratteristica chiave | Grafico SVG |
|---|---|---|---|---|
| Squilibrio statico (Un piano) | Lo spettro è dominato da un singolo picco alla velocità fondamentale di rotazione (1× RPM). La vibrazione è sinusoidale, con energia minima alle altre frequenze. | Principalmente una forte componente di frequenza rotazionale 1×. Poche o nessuna armonica superiore (un tono 1× puro). | Ampia ampiezza 1× in tutte le direzioni radiali: la vibrazione su entrambi i cuscinetti è in fase (nessuna differenza di fase tra le due estremità). Spesso si osserva uno sfasamento di circa 90° tra le misurazioni orizzontali e verticali sullo stesso cuscinetto. | |
| Squilibrio dinamico (Due piani/Coppia) | Lo spettro mostra anche un picco dominante di frequenza (1×) una volta per giro, simile allo squilibrio statico. La vibrazione avviene alla velocità di rotazione, senza un contenuto significativo di frequenze più alte se lo squilibrio è l'unico problema. | Componente dominante 1× RPM (spesso con "oscillazione" o oscillazione del rotore): le armoniche superiori sono generalmente assenti, a meno che non siano presenti altri guasti. | 1× vibrazione su ogni cuscinetto è fuori fase – c'è una differenza di fase di circa 180° tra le vibrazioni alle due estremità del rotore (che indica uno squilibrio di coppia). Il forte picco 1× con questa relazione di fase è la firma di uno squilibrio dinamico. |
Disallineamento
| Tipo di difetto | Descrizione dello spettro | Breve descrizione dei componenti spettrali | Caratteristica chiave | Grafico SVG |
|---|---|---|---|---|
| Disallineamento parallelo (Alberi offset) | Lo spettro di vibrazione mostra un'energia elevata alla fondamentale (1×) e alle sue armoniche a velocità di rotazione 2× e 3×, soprattutto in direzione radiale. Tipicamente, la componente 1× è dominante con presenza di disallineamento, accompagnata da una notevole componente 2×. | Contiene picchi significativi a frequenze di rotazione dell'albero pari a 1×, 2× e 3×. Questi si verificano prevalentemente nelle misurazioni delle vibrazioni radiali (perpendicolari all'albero). | Elevate vibrazioni 1× e 2× in direzione radiale sono indicative. Spesso si osserva una differenza di fase di 180° tra le misurazioni delle vibrazioni radiali sui lati opposti del giunto, distinguendola da un puro squilibrio. | |
| Disallineamento angolare (Alberi inclinati) | Lo spettro di frequenza mostra forti armoniche della velocità dell'albero, in particolare una componente prominente della velocità di funzionamento pari a 2× oltre a quella pari a 1×: si manifestano vibrazioni a 1×, 2× (e spesso 3×), con vibrazioni assiali (lungo l'albero) significative. | Picchi notevoli a 1× e 2× (e talvolta 3×) della velocità di marcia: la componente 2× è spesso pari o superiore a quella 1×. Queste frequenze sono pronunciate nello spettro di vibrazione assiale (lungo l'asse della macchina): | Ampiezza della seconda armonica (2×) relativamente elevata rispetto a quella 1×, combinata con forti vibrazioni assiali. Le misurazioni assiali su entrambi i lati del giunto sono sfasate di 180°, segno distintivo di disallineamento angolare. |
Scioltezza
| Tipo di difetto | Descrizione dello spettro | Breve descrizione dei componenti spettrali | Caratteristica chiave | Grafico SVG |
|---|---|---|---|---|
| Allentamento meccanico (Allentamento dei componenti) | Lo spettro è ricco di armoniche della velocità di corsa. Un'ampia gamma di multipli interi di 1× (da 1× fino a ordini elevati come ~10×) appare con ampiezze significative. Nei casi avanzati, possono emergere anche frequenze subarmoniche (ad esempio 0,5×). | Dominano armoniche multiple di velocità (1×, 2×, 3×… fino a circa 10×). Occasionalmente, possono essere presenti componenti di frequenza frazionaria (di ordine dimezzato) a 1/2×, 3/2×, ecc., a causa di impatti ripetuti. | Una caratteristica "serie armonica" di picchi nello spettro: numerosi picchi equidistanti a multipli interi della frequenza di rotazione. Questo indica parti allentate o montate in modo errato che causano impatti ripetuti. La presenza di numerose armoniche (ed eventualmente di subarmoniche di semiordine) è un'armatura di chiave. | |
| Allentamento strutturale (Allenamento della base/montaggio) | Lo spettro di vibrazione è spesso dominato da una o due volte la velocità di rotazione. Comunemente, nello spettro si osserva un picco a 1× giri/min e/o un picco a 2× giri/min. Le armoniche superiori a 2× hanno solitamente un'ampiezza molto inferiore rispetto a queste fondamentali. | Presenta principalmente componenti di frequenza pari a 1 e 2 volte la velocità dell'albero. Le altre armoniche (3, 4, ecc.) sono generalmente assenti o di entità minore. La componente 1 o 2 può predominare a seconda della natura del gioco (ad esempio, un impatto per giro o due impatti per giro). | Un picco 1× o 2× (o entrambi) notevolmente elevato rispetto al resto dello spettro, indica un allentamento dei supporti o della struttura. Spesso la vibrazione è più intensa in direzione verticale se la macchina è montata in modo non saldo. Uno o due picchi dominanti di basso ordine con poche armoniche superiori sono caratteristici di un allentamento strutturale o delle fondazioni. |
Difetti dei cuscinetti
| Tipo di difetto | Descrizione dello spettro | Breve descrizione dei componenti spettrali | Caratteristica chiave | Grafico SVG |
|---|---|---|---|---|
| Difetto della razza esterna | Lo spettro di vibrazione presenta una serie di picchi corrispondenti alla frequenza del difetto dell'anello esterno e alle sue armoniche. Questi picchi si trovano solitamente a frequenze più elevate (non multipli interi della rotazione dell'albero) e indicano ogni volta che un corpo volvente passa sopra il difetto dell'anello esterno. | Sono presenti molteplici armoniche della frequenza di passaggio delle sfere (BPFO) nella pista esterna. In genere, in caso di un difetto pronunciato della pista esterna, nello spettro si possono osservare 8-10 armoniche di BPFO. La spaziatura tra questi picchi è pari alla BPFO (una frequenza caratteristica determinata dalla geometria e dalla velocità del cuscinetto). | La caratteristica distintiva è una serie di picchi al BPFO e alle sue armoniche successive. La presenza di numerosi picchi ad alta frequenza uniformemente distribuiti (BPFO, 2×BPFO, 3×BPFO, …) indica chiaramente un difetto del cuscinetto dell'anello esterno. | |
| Difetto di razza interiore | Lo spettro di una faglia interna mostra diversi picchi significativi alla frequenza di faglia interna e alle sue armoniche. Inoltre, ciascuno di questi picchi di frequenza di faglia è tipicamente accompagnato da picchi di banda laterale distanziati alla frequenza della velocità di rotazione (1×). | Contiene molteplici armoniche della frequenza di passaggio delle sfere della pista interna (BPFI), spesso dell'ordine di 8-10 armoniche. Tipicamente, questi picchi BPFI sono modulati da bande laterali a ±1× giri/min, il che significa che accanto a ciascuna armonica BPFI compaiono picchi laterali più piccoli, separati dal picco principale di una quantità pari alla frequenza di rotazione dell'albero. | Il segno rivelatore è la presenza di armoniche di frequenza del difetto della pista interna (BPFI) con un andamento a bande laterali. Le bande laterali distanziate alla velocità dell'albero attorno alle armoniche BPFI indicano che il difetto della pista interna viene caricato una volta per giro, confermando un problema alla pista interna piuttosto che alla pista esterna. | |
| Difetto dell'elemento rotolante (Palla/Rullo) | Un difetto in un elemento volvente (sfera o rullo) produce vibrazioni alla frequenza di rotazione dell'elemento volvente e alle sue armoniche. Lo spettro mostrerà una serie di picchi che non sono multipli interi della velocità dell'albero, ma piuttosto multipli della frequenza di rotazione della sfera/rullo (BSF). Uno di questi picchi armonici è spesso significativamente maggiore degli altri, a indicare il numero di elementi volventi danneggiati. | Picchi alla frequenza fondamentale dei difetti degli elementi volventi (BSF) e alle sue armoniche. Ad esempio, appariranno BSF, 2×BSF, 3×BSF, ecc. In particolare, l'andamento dell'ampiezza di questi picchi può indicare il numero di elementi danneggiati: ad esempio, se la seconda armonica è maggiore, potrebbe suggerire la presenza di scheggiature in due sfere/rulli. Spesso, questo fenomeno è accompagnato da vibrazioni alle frequenze di difetto delle piste, poiché i danni agli elementi volventi portano comunemente anche a danni alle piste. | La presenza di una serie di picchi distanziati dalla BSF (frequenza di rotazione dell'elemento cuscinetto) anziché dalla frequenza di rotazione dell'albero identifica un difetto dell'elemento volvente. Un'ampiezza particolarmente elevata dell'N-esima armonica della BSF spesso implica che N elementi siano danneggiati (ad esempio, un picco 2×BSF molto elevato potrebbe indicare due sfere difettose). | |
| Difetto della gabbia (Gabbia per cuscinetti / FTF) | Un difetto della gabbia (separatore) in un cuscinetto volvente genera vibrazioni alla frequenza di rotazione della gabbia – la Frequenza Fondamentale del Treno (FTF) – e alle sue armoniche. Queste frequenze sono solitamente sub-sincrone (al di sotto della velocità dell'albero). Lo spettro mostrerà picchi a FTF, 2×FTF, 3×FTF, ecc., e spesso una certa interazione con altre frequenze del cuscinetto dovuta alla modulazione. | Picchi a bassa frequenza corrispondenti alla frequenza di rotazione della gabbia (FTF) e ai suoi multipli interi. Ad esempio, se FTF ≈ 0,4× velocità dell'albero, si potrebbero osservare picchi a ~0,4×, ~0,8×, ~1,2× ecc. In molti casi, un difetto della gabbia coesiste con difetti della pista, quindi la FTF può modulare i segnali dei difetti della pista, producendo frequenze somma/differenza (bande laterali attorno alle frequenze della pista). | Uno o più picchi subarmonici (inferiori a 1×) che si allineano con la velocità di rotazione della gabbia del cuscinetto (FTF) sono indicativi di un problema alla gabbia. Questo fenomeno si manifesta spesso insieme ad altri segnali di guasto del cuscinetto. La caratteristica principale è la presenza di FTF e delle sue armoniche nello spettro, altrimenti rara a meno che la gabbia non sia in avaria. |
Guasti agli ingranaggi
| Tipo di difetto | Descrizione dello spettro | Breve descrizione dei componenti spettrali | Caratteristica chiave | Grafico SVG |
|---|---|---|---|---|
| Eccentricità dell'ingranaggio / albero piegato | Questo difetto causa una modulazione della vibrazione dell'ingranaggio in presa. Nello spettro, il picco della frequenza di ingranamento (GMF) è circondato da picchi di banda laterale distanziati alla frequenza di rotazione dell'albero dell'ingranaggio (1× giri/min dell'ingranaggio). Spesso, anche la vibrazione dell'ingranaggio, pari a 1× velocità di rotazione, risulta elevata a causa dell'effetto di squilibrio dovuto all'eccentricità. | Notevole aumento dell'ampiezza alla frequenza di accoppiamento dell'ingranaggio e alle sue armoniche inferiori (ad esempio, 1×, 2×, 3× GMF). Bande laterali evidenti compaiono attorno alla GMF (e talvolta attorno alle sue armoniche) a intervalli pari a 1× la velocità di rotazione dell'ingranaggio interessato. La presenza di queste bande laterali indica una modulazione di ampiezza della frequenza di accoppiamento da parte della rotazione dell'ingranaggio. | La caratteristica distintiva è la frequenza di accoppiamento degli ingranaggi con bande laterali pronunciate a una frequenza pari a 1×. Questo andamento delle bande laterali (picchi equidistanti attorno al GMF in base alla velocità di rotazione) indica chiaramente l'eccentricità dell'ingranaggio o un albero piegato. Inoltre, la vibrazione fondamentale (1×) dell'ingranaggio potrebbe essere superiore al normale. | |
| Usura o danni ai denti degli ingranaggi | I difetti dei denti degli ingranaggi (come denti usurati o rotti) producono un aumento delle vibrazioni alla frequenza di accoppiamento e alle sue armoniche. Lo spettro mostra spesso molteplici picchi di GMF (1×GMF, 2×GMF, ecc.) di elevata ampiezza. Inoltre, attorno a questi picchi di GMF compaiono numerose frequenze di banda laterale, distanziate dalla frequenza di rotazione dell'albero. In alcuni casi, si può osservare anche l'eccitazione delle frequenze naturali degli ingranaggi (risonanze) con bande laterali. | Picchi elevati alla frequenza di accoppiamento degli ingranaggi (frequenza di accoppiamento dei denti) e alle sue armoniche (ad esempio, 2×GMF). Intorno a ciascuna armonica principale della GMF, si trovano picchi di banda laterale separati da una velocità di rotazione pari a 1×. Il numero e l'ampiezza delle bande laterali attorno alle componenti GMF 1×, 2× e 3× tendono ad aumentare con la gravità del danno ai denti. Nei casi più gravi, possono comparire picchi aggiuntivi corrispondenti alle frequenze di risonanza dell'ingranaggio (con le proprie bande laterali). | Il segno distintivo è la presenza di molteplici armoniche di frequenza di accoppiamento ad alta ampiezza, accompagnate da fitti pattern di bande laterali. Questo indica un passaggio irregolare dei denti dovuto all'usura o alla rottura di un dente. Un ingranaggio fortemente usurato o danneggiato presenterà ampie bande laterali (a intervalli di velocità pari a 1x) attorno ai picchi di frequenza di accoppiamento, distinguendolo da un ingranaggio sano (che avrebbe uno spettro più pulito concentrato a livello del campo di forza medio-grande). |
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