Perché si verifica il sovraccarico delle rotule e come può essere prevenuto?

I cuscinetti, come componente chiave degli equipaggiamenti meccanici, svolgono il ruolo di supporto e reggimento per garantire il funzionamento fluido ed efficiente dell'attrezzatura in varie condizioni di carico. Sia in un motore che in un cambio, i cuscinetti devono essere in grado di reggere i carichi radiali e assiali generati durante l'operazione. Tuttavia, quando il carico effettivo del cuscinetto supera il suo limite di progettazione, si verifica un fenomeno di sovracarico. Il sovracarico non solo provoca il deterioramento prematuro del cuscinetto, ma può anche causare guasti più gravi all'attrezzatura.

Cos'è il sovraccarico del cuscinetto?

Il sovraccarico del cuscinetto si riferisce alla situazione in cui il carico sostenuto dal cuscinetto durante l'uso supera la sua capacità di carico nominale. Il carico nominale è di solito un valore di calcolo teorico basato sulle condizioni standard del produttore del cuscinetto e l'uso improprio nel lavoro effettivo, come carico eccessivo, impatto improvviso, ecc., porterà a sovraccarico. Il sovraccarico può verificarsi durante il funzionamento a lungo termine dell'apparecchiatura o può verificarsi istantaneamente sotto carichi di urto improvviso.

Pericoli del sovraccarico del cuscinetto
Secondo le norme relative ai materiali, quali ISO 281 e ISO 15243, il sovraccarico del cuscinetto può causare i seguenti diversi rischi comuni per le apparecchiature:

1.Danni da fatica accelerata
Quando il cuscinetto opera in condizioni di sovracarico, lo stress nel punto di contatto tra gli elementi rotanti e la corsia aumenta significativamente. Un funzionamento a lungo termine con sovracarico porta al logorio materiale del cuscinetto, si formano microfessure e alla fine si verificano spaccature o frammentazioni superficiali. Questo tipo di fallimento per logoramento è spesso una delle principali cause di rottura dei cuscinetti.

2.Aumento della deformazione e delloglio
Un carico eccessivo causerà un'eccessiva estrusione della corsia di rotolamento e degli elementi rotanti, provocando una deformazione plastica. Ciò non solo aumenterà l'attrito del rotolamento, ma aggravrà anche l'usura della superficie rotante. Man mano che l'usura aumenta, la precisione e l'efficienza operative del rotolamento diminuiranno gradualmente.

3.Aumento della temperatura
Quando il rotolamento è surriscaldato, a causa dell'aumento dell'attrito, anche il calore generato all'interno del rotolamento aumenta. L'aumento della temperatura non solo accelererà la degradazione del lubrificante, ma causerà anche un deterioramento delle prestazioni del materiale del rotolamento, aumentando ulteriormente il rischio di danneggiamento.

4.Danno istantaneo causato dal carico d'urto
I carichi d'urto improvvisi, specialmente in situazioni come l'avvio o il frenaggio d'emergenza, faranno sì che il rotolamento sopporti uno stress superiore al limite di progettazione in un breve periodo di tempo. Questo accumulo di stress può causare crepe locali negli elementi rotanti o nella corsia e persino portare al fallimento istantaneo del rotolamento.

Cause di sovraccarico delle rotule
Le cause di sovraccarico delle rotule sono spesso legate alle condizioni di utilizzo dell'attrezzatura, a un progetto non appropriato o a una manutenzione scorretta.

Di seguito sono riportate alcune cause comuni di sovraccarico:

1.Progetto non adeguato dell'attrezzatura
Nel progettare l'attrezzatura, non vengono presi in considerazione tutti i fattori delle condizioni operative reali e la selezione delle rotule è insufficiente. Di conseguenza, sotto carichi elevati, alta velocità o condizioni di carico complesse, la rotula non riesce a reggere lo stress eccessivo.

2.Carichi radiali e assiali eccessivi
In motori o riduttori, se il carico radiale o assiale sopportato dall'attrezzatura durante l'esercizio supera il carico nominale del cuscinetto, il cuscinetto sarà in uno stato di sovracarico per un lungo periodo, causandone il danneggiamento prematuro.

3.Frequenti partenze e fermate
Quando l'attrezzatura viene avviata, fermata o accelerata frequentemente, verranno generati carichi d'impatto istantanei elevati. Il cuscinetto subirà uno stress relativamente elevato in breve tempo, il che può facilmente causare un sovraccarico locale.

4.Lubrificazione inadeguata
Un'insufficiente lubrificazione aumenterà il attrito interno del rolamento, causando un maggiore stress friccionale durante l'operazione e accelerando i danni per sovraccarico.

5.Disallineamento
Una cattiva allineazione durante l'installazione dell'attrezzatura, in particolare una pessima allineazione dell'asse tra motore e riduttore, causerà al rolamento di sostenere carichi eccentrici aggiuntivi. Questo carico non uniforme porterà a un sovraccarico locale del rolamento.

Come si può evitare il sovraccarico del rolamento?
Per evitare il sovraccarico del rolamento, gli operatori delle attrezzature e gli ingegneri di manutenzione devono prendere provvedimenti in diversi aspetti di progettazione, operazione e manutenzione:

1.Selezione ragionevole del rolamento
Nella fase di progettazione, i cuscinetti devono essere selezionati in modo appropriato in base alle condizioni operative reali e alle condizioni di carico per garantire che i loro carichi nominali possano soddisfare i requisiti di funzionamento a lungo termine dell'attrezzatura. Se le condizioni operative sono complesse, è possibile selezionare cuscinetti con carichi nominali più alti o cuscinetti speciali.

2.Controllo del carico dell'attrezzatura
Evitare il funzionamento a lungo termine con sovracarico dell'attrezzatura. In particolare, per attrezzature come motori e riduttori, è necessario garantire che il carico sia all'interno del limite di carico nominale del cuscinetto. Per le condizioni operative che possono causare sovracarichi istantanei, si consiglia di progettare misure di protezione appropriate contro il sovracarico.

3.Ottimizzare le operazioni di avvio e arresto
Ridurre la frequenza degli avvii e arresti frequenti dell'attrezzatura, oppure utilizzare un dispositivo di avvio morbido per evitare danni ai cuscinetti causati da carichi d'urto. La tecnologia di avvio morbido può ridurre lo stress d'urto durante l'avvio e diminuire il rischio di sovracarico dei cuscinetti.

4.Assicurarsi di un lubrificazione corretta
Controllare regolarmente lo stato di lubrificazione dell' cuscinetto, assicurandosi che il lubrificante venga rifornito in tempo e scegliere olio o grasso lubrificante adatto alla temperatura di funzionamento e al carico. La lubrificazione può ridurre efficacemente il consumo e ridurre l'aumento di temperatura e l'usura del cuscinetto sotto condizioni di carico elevato.

5.Allineamento e installazione precisi
Durante il processo di installazione dell'attrezzatura, assicurarsi la precisione dell'allineamento dell'asse tra motore e cassa di trasmissione. Attraverso strumenti di allineamento e strumenti laser, assicurarsi che il carico sopportato dal cuscinetto sia distribuito uniformemente e si eviti un sovraccarico locale.

Il surcarico del cuscinetto è una delle principali cause di guasto dei cuscinetti e avrà un impatto negativo profondo sull'operazione normale degli impianti. Attraverso un progetto ragionevole, il controllo del carico, l'operazione ottimizzata, una buona gestione della lubrificazione e l'allineamento corretto durante l'installazione, è possibile evitare efficacemente l'occorrenza di surcarichi nei cuscinetti e prolungare la durata dei cuscinetti e degli impianti. Nell'uso quotidiano, ispezioni e manutenzioni regolari per garantire che l'impianto operi all'interno di un intervallo di carico sicuro possono migliorare significativamente l'efficienza e la affidabilità dell'operazione dell'impianto.