Ingranaggio a vite senza fine Diagnosi del guasto — Cinque modalità, come distinguerle e cosa significa ciascuna per le tue specifiche

Un'usura visibile annuale non è normale per un set di ingranaggi a vite senza fine correttamente specificato e impiegato in condizioni industriali normali. Un set correttamente specificato e lubrificato dovrebbe presentare un'usura misurabile del fianco del dente di circa 0,01-0,03 mm in 5.000 ore di funzionamento, in genere anni anziché mesi, prima che sia necessaria la sostituzione. Se si sostituisce la ruota ogni anno, uno o più parametri di specifica sono errati: differenza di durezza, tipo di lubrificante, contaminazione del lubrificante o sovraccarico. L'approccio corretto non è quello di accettare la sostituzione annuale come normale manutenzione, ma di identificare il meccanismo di usura accelerata e correggerlo: il conteggio delle particelle di usura nei campioni di olio a intervalli di 500 ore mostrerà se il tasso di usura è stabile (accettabile) o in aumento (problema che richiede un intervento).

In una trasmissione correttamente specificata, l'albero è sempre la superficie più dura e la ruota è la superficie soggetta ad usura. I segni di usura sui fianchi della filettatura dell'albero sono anomali e indicano (a) una contaminazione abrasiva che abrade entrambe le superfici simultaneamente, oppure (b) un'inversione della differenza di durezza: l'albero non è stato temprato a sufficienza. Verificare la durezza dell'albero con un tester Rockwell portatile. Se la durezza dell'albero è inferiore alle specifiche, è confermato il guasto dovuto alla differenza di durezza. Il danno all'albero mostrerà in genere segni di usura direzionali paralleli all'elica della filettatura, mentre il danno alla ruota mostrerà segni paralleli alla direzione di scorrimento della faccia del dente.

A volte, ma le condizioni per il recupero sono specifiche. La vaiolatura iniziale – crateri isolati non ancora fusi, non più profondi di circa 0,5 mm, confinati all'area della linea di passo – può stabilizzarsi se il carico viene ridotto al di sotto del limite di fatica di Hertz. In pratica, ciò significa ridurre la coppia a circa il 60-70% del valore che ha causato la vaiolatura. Più comunemente, la vaiolatura iniziale fornisce i punti di innesco delle cricche per la fatica da vaiolatura progressiva e la velocità di vaiolatura accelera. Se la vaiolatura viene rilevata precocemente durante un controllo programmato dell'analisi dell'olio, cogliete l'occasione per pianificare la sostituzione dell'ingranaggio prima del successivo intervallo di manutenzione: non aspettate che la vaiolatura si trasformi in una frattura del dente.

L'olio corretto è un olio per ingranaggi minerale ISO VG 220–460 o un olio sintetico PAO specificamente descritto come "adatto per ingranaggi a vite senza fine", "compatibile con il bronzo" o "adatto per metalli gialli". Queste designazioni confermano che la formulazione non include additivi EP (Extreme Pressure) a base di zolfo, che reagiscono con il rame presente nelle ruote a vite senza fine in bronzo e ottone formando prodotti di corrosione a base di solfuro di rame. Questo problema si presenta così spesso nelle analisi dei guasti perché l'olio per ingranaggi industriali standard, quello utilizzato per la manutenzione dei treni di ingranaggi elicoidali sulla stessa linea di produzione, in genere contiene additivi EP a base di zolfo ed è perfettamente adatto per gli ingranaggi elicoidali. Il personale addetto alla manutenzione che rabbocca un riduttore a vite senza fine dallo stesso contenitore utilizzato per i riduttori a ingranaggi elicoidali introduce additivi EP che iniziano l'attacco corrosivo sulla ruota in bronzo. Etichettare sempre chiaramente i riduttori a vite senza fine con le specifiche dell'olio richiesto.

Non continuare a far funzionare un azionamento in presenza di sospetti segni di usura attiva. L'usura è un meccanismo adesivo termoattivato con un feedback positivo: ogni evento di usura aumenta la rugosità superficiale, che a sua volta aumenta la temperatura locale nei successivi contatti di ingranamento, facilitando un'ulteriore usura. La progressione dai segni iniziali di usura al guasto catastrofico può richiedere da ore a giorni, a seconda del carico, della velocità e delle condizioni del lubrificante. Arrestare l'azionamento, controllare il livello dell'olio, scaricare l'olio e verificare la presenza di detriti metallici, nonché la temperatura dell'alloggiamento. Se l'olio presenta una quantità significativa di detriti metallici o l'alloggiamento è caldo, non riavviare l'azionamento finché non siano stati ispezionati i fianchi dei denti e non sia stata identificata la causa principale.

La distribuzione dei crateri di vaiolatura racconta tutta la storia. La vaiolatura causata dal sovraccarico tende a distribuirsi lungo la banda di contatto della maggior parte o di tutti i denti, con una densità di crateri approssimativamente uniforme: il carico è distribuito su tutti i denti e tutti i denti sono sollecitati in modo uguale al di sopra del limite di fatica. La vaiolatura causata da un cattivo modello di contatto, al contrario, è concentrata in una banda stretta corrispondente alla zona di contatto effettiva (che è più stretta della zona di contatto di progetto) e può essere particolarmente grave sul lato di ingresso della faccia del dente. Se si osserva vaiolatura in una banda più stretta della metà della larghezza della faccia del dente, il modello di contatto è probabilmente la causa, anche in presenza di sovraccarico.

Prima e durante l'avvio dopo la sostituzione della frattura del dente: (1) Lavare accuratamente l'alloggiamento con olio pulito e scaricarlo, non limitarsi a rabboccare; (2) Ispezionare visivamente la filettatura dell'albero a vite senza fine per verificare la presenza di graffi dovuti a impatti o frammenti in circolazione; se l'albero presenta danni significativi alla filettatura, sostituire anche l'albero; (3) Durante il rimontaggio, ruotare manualmente il gruppo ingranaggi attraverso diverse rotazioni complete della ruota e verificare l'assenza di rumori di contatto metallico; (4) Riempire con olio nuovo fino al livello corretto; (5) Avviare con un carico di 20% e mantenerlo per 30 minuti monitorando la temperatura dell'alloggiamento; (6) Aumentare il carico a 50% per 1 ora, controllare nuovamente la temperatura; (7) Confermare il funzionamento a pieno carico per 2 ore prima di riprendere la produzione.

Si tratta quasi certamente di un problema di viscosità del lubrificante, non di un guasto meccanico. A basse temperature ambiente, la viscosità dell'olio minerale standard per ingranaggi aumenta drasticamente: l'olio minerale ISO VG 460 a 5 °C può avere una viscosità 5-8 volte superiore rispetto alla temperatura di esercizio. Questo olio freddo ad alta viscosità crea un notevole attrito viscoso mentre la vite senza fine vi scorre all'interno, e la resistenza irregolare produce rumore e vibrazioni. Se il rumore scompare entro 10-20 minuti di funzionamento, quando l'olio si riscalda, gli ingranaggi stessi non sono danneggiati. Passare a un olio sintetico PAO ISO VG 220, che rimane più fluido a basse temperature. Se il rumore non scompare con il riscaldamento della trasmissione, o se è aumentato progressivamente nel corso delle settimane indipendentemente dalla temperatura, verificare la presenza di usura abrasiva o di pitting iniziale.