Un cuscinetto con un aspetto intatto, perché improvvisamente “colpisce” durante il funzionamento? Come fa un ingegnere anziano a separare lo spesso involucro di metallo e “vedere” la verità che è già stata ferita all’interno?
Nel mondo meccanico, l’attrito e l’usura sono i “killer invisibili” che causano il guasto dei cuscinetti. Secondo le statistiche, circa il 40% dei danni ai cuscinetti sono legati a una cattiva lubrificazione, e la conseguenza diretta di un guasto di lubrificazione è l’aumento dell’attrito, che provoca un’usura irreversibile. Per evitare eventuali problemi, gli ingegneri di solito, come i medici, organizzano una serie completa di “esami medici” per il cuscinetto, dalla temperatura corporea, dal battito cardiaco al sangue, per valutare il suo stato di salute.
Primo esame medico: misura della temperatura corporea – diagnosi della temperatura
La generazione di calore da attrito è un senso comune fondamentale della fisica. Quando si verifica un’usura anormale all’interno del cuscinetto o la rottura della pellicola lubrificante, la resistenza all’attrito aumenta drasticamente, causando un rapido aumento della temperatura.
Gli ingegneri di solito utilizzano termocoppie, resistenze termiche o termometri a infrarossi portatili per monitorare la temperatura dell’anello esterno del cuscinetto. Il più grande vantaggio di questo metodo è che è semplice e intuitivo, a basso costo, ed è ideale per “allarmi” per ispezioni quotidiane. Ma il suo deficit è anche molto evidente: la sensibilità è relativamente bassa. Spesso aspettare fino a quando la temperatura appare chiaramente anormale, i danni all’interno del cuscinetto sono già più gravi, come le persone hanno avuto febbre alta per misurare la temperatura corporea, anche se si può trovare malato, ma spesso si perde il miglior momento di intervento precoce.
Secondo esame medico: ascoltare il battito cardiaco – diagnostica delle vibrazioni
Se la temperatura è una manifestazione, allora la vibrazione è il “battito cardiaco” all’interno del cuscinetto. Quando il rotolo, il corpo di rotolamento o il supporto del cuscinetto presentano difetti come lo spogliamento della stanchezza, le crepe, ecc., durante il funzionamento si generano impatti periodici che stimolano segnali di vibrazione specifici.
Si tratta del metodo diagnostico più utilizzato e tecnologicamente maturato attualmente nell’industria. Gli ingegneri raccolgono i dati di vibrazione tramite un sensore di accelerazione e utilizzano la trasformazione rapida di Fourier (FFT) per “tradurre” le forme d’onda disordinate in spettrogrammi:
Analisi della forma d’onda (analisi del dominio temporale): osservare le caratteristiche di impatto della forma d’onda vibratoria, come l’improvviso aumento dell’indicatore di cliff, che spesso indica la presenza di un guasto precoce.
Trova la frequenza (analisi del dominio di frequenza): divide il segnale per individuare con precisione la fonte del guasto. Ad esempio, catturando una specifica frequenza delle caratteristiche di guasto, è possibile determinare chiaramente se c’è un problema con l’anello interno, l’anello esterno o il corpo rotolante.
Inoltre, tecnologie avanzate come il metodo di risonanza e il metodo di impulso d’impatto (SPM) sono più simili a una “lente d’ingrandimento” che cattura specificamente quei segnali di guasto precoci estremamente deboli e emette un allarme precoce e preciso durante la fase germinale del guasto.
Terzo esame medico: esame del sangue – analisi dell’olio
Durante l’attrito e l’usura dei cuscinetti, vengono continuamente prodotte piccole particelle metalliche (macchie) che si mescolano in olio lubrificante o grasso, come “cellule del sangue” nel sangue.
L’estrazione di campioni di olio per analisi di laboratorio consente agli ingegneri di comprendere il meccanismo di usura all’interno dei cuscinetti:
Analisi spettrale: rileva la composizione chimica delle macchie per determinare quale componente metallica ha avuto effetto di usura.
Spettrografia del ferro: separare le macchie dall’olio e osservarle al microscopio. La forma, le dimensioni e il colore delle macchie sono indizi chiave. Ad esempio, se si trovano particelle di abrasione sferiche specifiche nell’olio, questo è di solito un “segnale di morte” che il cuscinetto sta per soffrire di una grave corrosione da stanchezza.
Il più grande valore dell’analisi dell’olio è che rivela le cause intrinseche dell’usura e aiuta gli ingegneri a prevedere la vita restante dei cuscinetti.
Riassunto
Nessun esame medico è onnipotente. La strategia più scientifica di manutenzione dei cuscinetti è quella di effettuare un “controllo medico multidimensionale congiunto”: monitorare la temperatura per garantire la sicurezza globale, bloccare con precisione le lesioni con l’analisi delle vibrazioni e analizzare profondamente le cause interne dell’usura con l’analisi dell’olio. Solo l’applicazione integrale di questi mezzi può consentire alla manutenzione delle attrezzature di passare da “prigione per le pecore morte” a “prevenzione della pioggia”.
