Analisi dei guasti dei cuscinetti di rotazione: collegamento tra danni e modalità di guasto

Che cos'è un cuscinetto di rotazione?Si tratta di un cuscinetto a elementi volventi di grande diametro che permette a una struttura di ruotare su un'altra sopportando contemporaneamente carico assiale, carico radiale e momento di ribaltamento. Lo si trova sotto gru, escavatori, inseguitori solari e piattaforme girevoli.Cuscinetto di rotazioneLa gamma comprende i principali modelli utilizzati in queste macchine.

Un team di affidabilità di solito si pone innanzitutto una domanda: cosa ci dice questo danno sulle cause del guasto del cuscinetto? L'analisi dei guasti dei cuscinetti di rotazione risponde a questa domanda considerando congiuntamente tre elementi: la posizione del danno, il suo aspetto e il funzionamento della macchina al momento della sua comparsa. Eseguire questa analisi prima di decidere se riparare o sostituire il cuscinetto permette di evitare di installarne uno nuovo nelle stesse condizioni che hanno causato il guasto del precedente.

Iniziate dall'individuazione del danno, non dal suo aspetto.

Molte squadre fotografano una pista danneggiata e cercano un'immagine corrispondente. Questo metodo non funziona bene. Le scheggiature dovute al sovraccarico e quelle dovute alla contaminazione possono apparire quasi identiche da vicino. La differenza sta nella posizione.

Un cuscinetto di rotazione non carica uniformemente la sua pista di rotolamento. Il momento flettente spinge con forza un lato dell'anello e scarica il lato opposto. Questo crea una zona di carico, e la posizione di tale zona indica la direzione del carico dominante. Un danno all'interno di questa zona indica cause legate al carico. Un danno esteso lungo l'intera circonferenza indica problemi di lubrificazione, contaminazione o corrosione.

Nei miei 30 anni di esperienza nella progettazione di cuscinetti di rotazione e azionamenti di rotazione, ho visto ripetutamente lo stesso errore. Un team ispeziona la sezione che appare più danneggiata e ignora il lato non caricato. Il lato non caricato spesso contiene l'indizio più importante, perché mostra l'aspetto del cuscinetto prima che il danno si propagasse.

Sequenza di ispezione sul campo prima dello smontaggio

1. Registrare le caratteristiche di funzionamento della macchina: intervallo di carico, angolo di oscillazione, velocità di rotazione, ore di utilizzo e ambiente di lavoro.
2. Prima di procedere alla pulizia, fotografare il cuscinetto nella sua posizione originale, includendo guarnizioni, spurgo del grasso e bulloni di fissaggio.
3. Verificare la coppia di rotazione e il gioco di inclinazione lungo l'intera circonferenza. Segnalare eventuali zone di serraggio eccessivo o di gioco eccessivo.
4. Prelevare campioni di grasso da diversi punti. Annotare il colore, la presenza di particelle metalliche e il contenuto di acqua.
5. Verificare la coppia di serraggio dei bulloni e cercare segni di usura sotto le teste dei bulloni e nelle superfici di contatto degli anelli.
6. Solo a questo punto aprite il cuscinetto. Mappate ciascuna area danneggiata in relazione alla posizione angolare della zona di carico.

Questa sequenza ha un limite. Riduce la modalità di guasto, ma non può dimostrare una causa metallurgica come un difetto del materiale o del trattamento termico. Per questo sono necessari un anello sezionato e analisi di laboratorio. Il lavoro sul campo indica dove inviare il campione.

Mappatura delle tracce di danneggiamento di piste di rotolamento, elementi volventi e guarnizioni in relazione alle condizioni operative che le hanno causate.

La tabella sottostante collega ciò che vedi alla probabile modalità di guasto, alle condizioni operative che lo hanno determinato e al prossimo controllo. Considera ogni riga come un indizio, non come un verdetto. Due firme insieme costituiscono una prova più solida di una sola.

Firma visibile	Probabile modalità di guasto	Condizioni operative alla base	Controlla successivo
Sfaldamento o distacco concentrato nella zona di carico	Affaticamento da contatto di rotolamento	Sovraccarico prolungato, momento di ribaltamento elevato o struttura di montaggio fragile; anche fine vita normale	Confrontare il carico e il momento effettivi con i valori nominali; misurare la planarità di montaggio.
Piccoli crateri, superficie opaca, ampiamente diffusi	Affaticamento superficiale dovuto a un film lubrificante inadeguato	Grasso sbagliato, intervalli di rilubrificazione lunghi o abrasivo fine nel grasso	Analisi del grasso; registri di rilubrificazione
Ammaccature in corrispondenza della spaziatura tra le sfere o i rulli sulla pista di rotolamento	Danni da Brinell (sovraccarico statico)	Carico d'urto a veicolo fermo, impatto durante il trasporto o collisione con il braccio parcheggiato	Esaminare la cronologia degli incidenti; verificare se le ammaccature si trovano in una posizione angolare
Pista di rotolamento levigata e rigata con particelle abrasive.	Usura abrasiva	Polvere o sabbia che penetrano attraverso guarnizioni danneggiate o montate male	Ispezionare le labbra della guarnizione e il grasso per verificare la presenza di detriti.
Polvere rosso-marrone e segni superficiali nei punti di contatto, angolo limitato	Corrosione da sfregamento	Piccoli movimenti oscillatori con poca rotazione, come ad esempio operazioni di tracciamento o posizionamento.	Verificare il ciclo di lavoro e il metodo di rilubrificazione.
Macchie piatte o scolorimento blu-marrone sulle palline o sui rulli	Surriscaldamento e degrado del lubrificante	Ciclo di lavoro elevato, surriscaldamento o carenza di lubrificante	Verificare la cronologia delle temperature e le condizioni del grasso.
Gabbia o distanziali incrinati, rotti o usurati	Danni causati da urti, inceppamenti o disallineamenti.	Detriti tra gli elementi, momento torcente eccessivo o superficie di montaggio deformata.	Cercare segni di detriti; misurare le superfici di montaggio
Labbro di tenuta indurito, screpolato o appiattito	Invecchiamento delle foche	Calore, raggi UV, ozono o sostanze chimiche incompatibili	Verificare l'ambiente rispetto al materiale di tenuta
Sigillo strappato o estruso	Danni meccanici alla guarnizione	Pressione eccessiva di lubrificazione, lavaggio ad alta pressione o danni da installazione	Rivedere il metodo di lubrificazione e la pratica di pulizia
Corruzione lungo il bordo della pista	Corrosione dovuta all'infiltrazione d'acqua	Guarnizioni difettose o lunghi periodi di inattività in ambienti umidi	Verificare la presenza di acqua nel grasso; ispezionare le guarnizioni e il drenaggio.

Occorre fare due precisazioni. In primo luogo, il danneggiamento della guarnizione è spesso la causa piuttosto che la conseguenza. Una guarnizione lacerata che ha permesso l'ingresso di detriti spiega l'usura abrasiva, quindi è necessario riparare sia la pista di rotolamento che il cuscinetto. In secondo luogo, una pista di rotolamento dall'aspetto pulito non significa che il cuscinetto sia in buone condizioni. Un cuscinetto può mostrare una rotazione difficoltosa a causa della perdita di precarico nella struttura di montaggio, anche se la pista di rotolamento appare ancora intatta.

Come interagiscono carico, movimento, lubrificazione e montaggio

Raramente un singolo parametro è sufficiente a spiegare un guasto. Ciascuno di essi influenza il comportamento degli altri. L'elenco seguente mostra l'effetto di ciascun parametro e come un'errata interpretazione possa alterare la diagnosi.

• Carico e momento di ribaltamento.Definiscono le dimensioni e la posizione della zona di carico. Un cuscinetto progettato per il carico assiale può comunque cedere prematuramente se il momento flettente è superiore a quello previsto. Controllare solo il peso sulla piattaforma non permette di rilevare questo problema.
• Schema di rotazione.La rotazione continua distribuisce l'usura su tutta la superficie dell'anello. Le oscillazioni brevi ripetono gli stessi contatti, favorendo l'usura da sfregamento e la carenza di lubrificante in alcune zone. Un cuscinetto adatto a un determinato tipo di utilizzo potrebbe non esserlo per un altro.
• Lubrificanti e guarnizioni.Il grasso crea la pellicola che separa le superfici e le guarnizioni la proteggono. Se la guarnizione cede, anche il miglior grasso si deteriora poco dopo. Se il grasso non è adatto, nemmeno la migliore guarnizione riuscirà a salvare il condotto di lubrificazione.
• Rigidità e planarità di montaggio.Un supporto flessibile o irregolare deforma l'anello sotto carico. Ciò sposta il punto di contatto verso un bordo e può simulare un cedimento da sovraccarico. La colpa viene attribuita al cuscinetto quando la causa è la struttura.
• Trattamento dei materiali e trattamento termico.Selezioniamo ghisa sferoidale, acciaio legato, acciaio inossidabile o acciaio legato forgiato in base al carico, alla velocità e all'ambiente. Il materiale giusto per un sito corrosivo non è automaticamente adatto a un sito soggetto a forti urti.

Anche il tipo di design è importante.cuscinetto di rotazione a tre file di rulliUn design a sfere a fila singola distribuisce tutti i carichi su una coppia di contatti, quindi un singolo evento di sovraccarico può manifestarsi contemporaneamente su diverse superfici di contatto. È fondamentale conoscere il design prima di analizzare la forma delle piste di contatto.

Se il cuscinetto fa parte di un sistema integratoUnità di rotazioneAggiungi l'ingranaggio e la guarnizione dell'alloggiamento all'ispezione. I nostri riduttori di rotazione offrono protezione fino a IP66 e classificazione anticorrosione fino a C4H. Tali classificazioni descrivono tuttavia il design dell'alloggiamento e della guarnizione e non sostituiscono una corretta lubrificazione o una base di montaggio rigida.

Errori di interpretazione comuni che portano a una diagnosi errata

• "Ruota ad alta velocità, quindi la pista di rotolamento si danneggia."La rotazione limitata può essere causata da un serraggio eccessivo del bullone, da una superficie di montaggio deformata o dall'attrito della guarnizione. Misurare la coppia di serraggio lungo l'intera circonferenza e confrontare le zone di rotazione limitata con le posizioni dei bulloni.
• "Il grasso sembra a posto, quindi la lubrificazione non è il problema."Il colore da solo dice poco. Verifica la presenza di acqua, particelle metalliche e se l'intervallo corrisponde al ciclo di lavoro.
• "Un anello incrinato indica un difetto del materiale."Le crepe spesso si originano dalla fatica del materiale in una zona sovraccaricata o in un punto di stress durante il montaggio. Senza sezionamento e analisi di laboratorio, non è possibile individuarne la causa.
• "Abbiamo pulito il cuscinetto e poi abbiamo scattato delle foto."La pulizia rimuove i residui e la polvere accumulata che contengono le prove. Prima di procedere, fotografare.
• "Sostituiscilo e il problema sarà risolto."Se il carico, il percorso di tenuta o la planarità di montaggio non sono cambiati, il nuovo cuscinetto ripeterà il guasto con una tempistica simile.

Quando è possibile una causa di fabbricazione, chiedere al fornitore la traccia di ispezione. Per i nostri cuscinetti, ogni unità supera l'ispezione a tre coordinate CMM e il test di carico dinamico, che è documentato nel nostroControllo qualità dell'azionamento di rotazioneprocedura. I difetti di fabbricazione accertati sono coperti dalla sostituzione gratuita e la garanzia di qualità estesa ha una durata di 2 anni. Questa documentazione aiuta a stabilire se i difetti sono presenti o meno, ma non copre i danni causati da sovraccarico o contaminazione.

Interpretazione delle prove: riparare o sostituire, e cosa inviarci

Le condizioni operative indicano le firme da controllare per prime. Consideriamo tre situazioni tratte da progetti realizzati per i nostri clienti. Questi casi descrivono solo il contesto applicativo, mentre le note diagnostiche forniscono indicazioni tecniche generali.

• Escavatori da miniera in Australiausa il nostroDoppia trasmissione a vite senza fine(HWE21-94-25HR.1). Polvere e carichi d'urto sono tipici in quella zona. Verificare innanzitutto l'usura abrasiva, i danni al labbro di tenuta e le ammaccature Brinell.
• Inseguitori solari monoasse in Brasile, Argentina e CileUtilizzare riduttori di rotazione a ingranaggi cilindrici SP-I 0229. Il movimento è piccolo e ripetitivo e l'apparecchiatura è installata all'esterno. Verificare la presenza di segni di usura, guarnizioni deteriorate e condizioni del grasso.
• Gru portuali per un produttore di attrezzature sudcoreanoUtilizzare riduttori a vite senza fine WEA9-62-25HR, in un ordine ripetuto di 20 unità con grado di protezione IP65. Le gru sono soggette a momenti elevati e aria umida, quindi verificare la fatica e la corrosione nella zona di carico sui bordi delle guarnizioni.

Lista di controllo per la decisione dell'acquirente: riparare o sostituire?

• Danni limitati a guarnizioni e grasso, pista di rotolamento intatta: potrebbe essere sufficiente risigillare e ingrassare nuovamente. Confermare controllando il gioco di inclinazione.
• Ammaccature Brinell localizzate con rotazione regolare: monitorare se le ammaccature sono superficiali, ma valutare il rischio se la macchina è critica per la sicurezza.
• Scheggiature nella zona di carico, gioco eccessivo o danni alla gabbia: pianificare la sostituzione. Risolvere la causa prima di installare la nuova unità.
• Il danno corrisponde a una condizione operativa che non puoi modificare, come ad esempio un momento più elevato: considera un valore maggiore oUnità di rotazione personalizzatainvece di uno scambio alla pari.

Per velocizzare la revisione, inviate i seguenti dati ai nostri ingegneri presso Luoyang Slewring Bearing Co., Ltd.: modello o numero di disegno, foto scattate prima della pulizia, dati relativi al ciclo di lavoro e al carico, tipo e intervallo di lubrificazione, ambiente di utilizzo e dettagli della struttura di montaggio. Rispondiamo alle domande tecniche entro 48 ore e possiamo fornire una proposta tecnica entro 24 ore. Per i prodotti standard è previsto un ordine minimo di 1 set, mentre per i prodotti personalizzati l'ordine minimo è di 5 set.

L'analisi del guasto del cuscinetto di rotazione non vi darà certezze basandosi solo su una foto. Vi fornirà un elenco classificato delle cause, un breve elenco di controlli e una base più chiara per decidere tra riparazione e sostituzione.