Steyr, Austria, maggio 2017.Per garantire il funzionamento affidabile dei cuscinetti volventi, una corretta lubrificazione è un fattore vitale e in pratica troppo spesso trascurato. Lo scopo principale di un lubrificante è quello di separare le superfici metalliche dei componenti del cuscinetto con una sottile pellicola lubrificante per prevenire l'usura. Allo stesso tempo, il film lubrificante riduce l'attrito e quindi la dissipazione di potenza, con conseguente riduzione del consumo energetico dell'intero sistema.
La lubrificazione è un elemento critico dell'intero sistema di cuscinetti e deve essere attentamente considerata. Circa il 40 percento di tutti i guasti prematuri dei cuscinetti è causato da problemi di lubrificazione. Le ragioni di ciò sono varie e iniziano con errori che si verificano durante l'installazione dei cuscinetti e una manutenzione errata, come la mancata rilubrificazione in tempo. Qualche problema può essere ricondotto alla fase di progettazione di un'applicazione, con scarsa attenzione alla disposizione dei cuscinetti e al sistema di lubrificazione, perché il tipo di cuscinetto utilizzato generalmente influisce sui requisiti di lubrificazione. Ulteriori criteri per la selezione del lubrificante appropriato sono il carico del cuscinetto, la temperatura di esercizio, la temperatura ambiente dei cuscinetti, l'intervallo di velocità dei cuscinetti e la possibile contaminazione dei cuscinetti. Oltre ai fattori tecnici, devono essere considerati i costi sia del lubrificante che del sistema di lubrificazione completo.
Utilizzando tre esempi di applicazione, l'effetto della lubrificazione sulla funzione dei cuscinetti viene illustrato di seguito.
Cuscinetto a rulli cilindrici in una trasmissione PTO
Come parte di una considerazione teorica dei cuscinetti in un cambio di presa di forza (PTO), la lubrificazione è stata studiata più da vicino. Si è riscontrato che, nelle condizioni operative date, la viscosità del lubrificante era troppo bassa per formare una pellicola lubrificante sufficientemente efficace. Una maggiore usura e una ridotta vita utile sarebbero state la logica conseguenza. NKE raccomandava quindi l'uso di un olio lubrificante più viscoso, cioè più denso.
Per sicurezza è stata eseguita una prova pratica, in cui due riduttori identici sono stati riempiti con gli oli lubrificanti da confrontare e far funzionare per un periodo di 500 ore. Nella successiva indagine, scolorimenti e primi segni di usura erano chiaramente visibili sulle superfici funzionali del cuscinetto eseguito con l'olio più sottile (Figura 2). I cuscinetti azionati con l'olio più denso non hanno mostrato alcun segno di usura (Figura 3).
Il timore del cliente che l'olio più denso provochi una maggiore dissipazione di potenza si è rivelato infondato. Al contrario: il cambio con l'olio più viscoso ha mostrato minori perdite e quindi anche una ridotta temperatura di esercizio. Ciò può essere attribuito alla migliore separazione delle superfici metalliche in esercizio, che più che compensa l'attrito del fluido leggermente superiore.
Cuscinetti assiali orientabili a rulli in una pompa dell'acqua di raffreddamento per una centrale termica
Durante il funzionamento di prova di una pompa dell'acqua di raffreddamento di grandi dimensioni - una pompa a spirale per calcestruzzo, ovvero una pompa centrifuga con albero verticale in un alloggiamento in calcestruzzo colato (Figura 4) - il cuscinetto assiale sul lato motore ha ripetutamente superato la sua temperatura di esercizio consentita, determinando un spegnimento. A un esame più attento, è stato identificato come colpevole l'uso di un lubrificante inadatto per questa applicazione. L'olio in questione era un olio idraulico puro, che non soddisfaceva in alcun modo i requisiti del cuscinetto in termini di composizione, cioè additivi, o viscosità.
L'elevata temperatura di esercizio misurata era il risultato diretto del contatto metallico e dell'attrito risultante, in particolare tra le facce laterali degli elementi volventi e i labbri di guida delle rondelle di posizionamento dell'albero (vedere cuscinetto assiale orientabile a rulli in Figura 1). Ciò ha provocato danni irreversibili alle aree funzionali dei cuscinetti in breve tempo, impedendo di fatto un funzionamento affidabile a lungo termine. I cuscinetti dovevano essere sostituiti in loco a costi considerevoli.
Passando ad un olio opportunamente viscoso selezionato per i parametri di applicazione e l'utilizzo con cuscinetti assiali orientabili a rulli, si è ottenuta una separazione affidabile delle superfici di contatto e una bassa temperatura di esercizio. L'impianto funziona ora senza problemi dal 2009.
Esempio 3: cuscinetto a sfere a gola profonda in una pompa a vite
La pompa a vite in questo esempio fornisce carburante, sia olio pesante che leggero, ai motori diesel marini. Per consentire all'olio di essere pompato e iniettato più facilmente nella camera di combustione, viene prima riscaldato. Di conseguenza, anche i cuscinetti a vite sono esposti all'alta temperatura dell'olio combustibile.
Per poter realizzare il semplice concetto di cuscinetto richiesto dal cliente, ovvero un cuscinetto a sfere a gola profonda con guarnizioni integrate, è stata condotta un'analisi teorica del setup. Alla temperatura del cuscinetto di +150 ° C inizialmente stimata dal cliente, una soluzione soddisfacente era fuori questione: la durata del lubrificante calcolata sulla base di questa temperatura di esercizio e la vita associata del cuscinetto erano chiaramente inferiori ai valori richiesti.
A seguito di ulteriori consultazioni con il cliente, è stata eseguita una misurazione della temperatura su una configurazione di prova per determinare le condizioni operative effettive. Il risultato è stata una temperatura massima del cuscinetto di "soli" +130 ° C. Con la selezione di un grasso lubrificante adatto a questo intervallo di temperatura in collaborazione con un rinomato produttore di lubrificanti e massimizzando la quantità di grasso nel cuscinetto, è stato possibile ottenere la durata di servizio specificata.
Conclusione
Come si può vedere dagli esempi precedenti, l'affidabilità operativa e la durata dei cuscinetti possono essere notevolmente migliorate valutando e regolando correttamente la lubrificazione. Ciò aiuta anche a ridurre i costi iniziali ed evita i costi associati a guasti prematuri dei cuscinetti. Come regola generale, prima si affronta il problema della lubrificazione, più facilmente ed economicamente possono essere affrontati o evitati potenziali problemi.