Esposizione organica delle cause di guasto dei cuscinetti volventi, individuabili a partire da come si presenta il guasto

1. CCUUSSCCIINNEETTTTII VVOOLLVVEENNTTII
MMOODDII DDII GGUUAASSTTOO
EE LLOORROO CCAAUUSSEE
P.P. Falcone Agosto 2012
Falcone s.a.s.

2. I GUASTI DEI CUSCINETTI VOLVENTI
LE CAUSE
Le cause di guasto “precoce” (avvenuto prima del termine della
vita utile) di un cuscinetto sono:
• carico superiore al previsto;
• lubrificazione insufficiente o eccessiva o inidonea;
• danni causati da maneggio errato, sia in fase di stoccaggio
o movimentazione, sia in fase di montaggio o smontaggio;
• danni indotti da vibrazioni (provenienti da fonti esterne) o
sovraccarico, a cuscinetto fermo;
• entrata di contaminanti (prima o durante l’installazione;
durante il funzionamento, attraverso le tenute; con il
lubrificante);
• danni causati da frammenti metallici dello stesso cuscinetto
(ad es. per sfaldatura);
• passaggio di corrente elettrica;
• surriscaldamento da fonte esterna;
• eccessiva differenza di temperatura tra anello interno ed
esterno (ad es. per eccessivo raffreddamento del supporto);
• giochi interni ridotti a seguito del calettamento
eccessivamente forzato;
• dilatazione termica eccessiva dell’albero (giochi del
complessivo insufficienti);
• geometria alterata (difetti di montaggio);
• errori di geometria della sede del cuscinetto (albero o
supporto);
• classe di gioco del cuscinetto inadatta per l’impiego
specifico (es. su pompe per fluidi caldi);
• difetti di costruzione (struttura, materiale) del cuscinetto.
Nel caso, invece, di guasto “naturale”, cioè per fatica al
termine della vita utile del cuscinetto, si ha un progres-
sivo deterioramento delle piste e/o dei corpi volventi per
sfaldatura, cioè distacco di piccole scaglie di materiale
(v. Fig. 1 a pag. seguente). Questo processo è dovuto
alle deformazioni cicliche per compressione delle super-
fici di contatto, che causano incrinature poco al di sotto
delle superfici stesse. Quando queste incrinature affiora-
no, si può avere il distacco di frammenti con un inizio di
sfaldatura, che poi si allarga continuamente.
Il fenomeno è indicato, in inglese, con i termini flaking o
spalling, considerati spesso sinonimi (SKF, FAG, Bar-
den). Alcuni (Institution of Mechanical Engineers, NSK)
usano solo il primo; altri (Rolling Bearing Institute) solo il
secondo. Con lo stesso significato, si trovano pure mi-
cropitting e mechanical pitting.
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3. Modo di guasto: SFALDAMENTO o SFALDATURA o SCAGLIATURA (Flaking o spalling)
Come si presenta Descrizione Possibili Cause
Lo sfaldamento (o sfal-
datura, o scagliatura) si
verifica quando piccoli
frammenti di metallo si
staccano dalla superfi-
cie delle piste (Fig. 1) o
dei corpi volventi, per fa-
tica del materiale, for-
mando zone rugose e
irregolari.
Se avviene al termine
della vita utile, è il modo
“naturale” di guasto del
cuscinetto (Fig. 2). Può
anche insorgere preco-
cemente per sovracca-
rico, errata “geometria”,
difetti di montaggio, cat-
tiva lubrificazione, entra-
ta di corpi estranei, for-
mazione di detriti interni
(es.: dalla gabbia) o di
ruggine. Può infine es-
sere conseguenza di in-
dentature, brinelling,
corrosione elettrica,
smerigliatura.
Carico o pre-carico eccessivo (Fig. 3
– sfaldatura sull’intera circonferenza
da carico assiale per dilatazione ter-
mica e gioco assiale insufficiente.
Fig. 4 – area di massimo carico del
cuscinetto).
Montaggio non corretto (Fig. 3 – anel-
lo bloccato sull’albero, senza possi-
bilità di scorrimento assiale. Fig. 5 –
disallineamento albero-supporto, con
sfaldamento obliquo della pista).
Presenza di contaminanti o acqua
(es.: infiltrazione di fluido refrigeran-
te). Lubrificazione insufficiente o non
adeguata, con conseguente maggio-
re stress superficiale.
Gioco interno non corretto: difetti del-
l'albero o dell’alloggiamento (Fig. 6 –
sede nel supporto ovalizzata, con
sfaldatura in due zone opposte della
pista); forte flessione dell'albero.
Se la sfaldatura è a intervalli pari al
passo delle sfere o dei rulli, è conse-
guente a indentature, brinelling (cioè
indentature provocate in fase di mon-
taggio), o falso brinelling.
Fig. 1
Fig. 3 – C. radiale a sfere
Fig. 6 – C. orientabile a rulli
Fig. 5 – C. radiale a sfere
Fig. 4 – C. a rulli conici
Fig. 2
3

4. Modo di guasto: SPELLATURA (Peeling)
Come si presenta Descrizione Possibili Cause
Raggruppamento di
piccole scalfiture, stria-
ture o scheggiature,
dell’ordine dei 5 ÷ 10
μm di profondità, sulle
piste o sui corpi volven-
ti (soprattutto dei cusci-
netti a rulli, dove assu-
me spesso forma ton-
deggiante). Col tempo
può trasformarsi in sfal-
datura.
Superfici dei corpi in contatto ecces-
sivamente rugose.
Lubrificazione carente o cattiva (lubri-
ficante non adatto, contaminato).
Presenza di particelle estranee, rug-
gine, piccoli detriti.
Le figure a lato (Fig 7, 8 e 9 – cusci-
netto orientabile a rulli) mostrano
spellature dovute a carenza di lubri-
ficazione.
Modo di guasto: SCALFITURA o SCHEGGIATURA (Spalling)
Come si presenta Descrizione Possibili Cause
Distacco di schegge di
metallo dalle superfici di
lavoro; è simile alla sfal-
datura, con cui viene
confusa (quest’ultima
però parte dall’interno,
mentre la scalfitura
parte dalla superficie).
Montaggio / smontaggio non corretto
(Fig. 10 – scalfiture in senso assiale).
Grippaggio per interruzione della pel-
licola di lubrificante sulla superficie di
contatto, a seguito di carico o precari-
co eccessivo (Fig. 11 – orletto scheg-
giato), o di ingresso di corpi estranei,
o di cattiva lubrificazione (Fig. 12).
Fig. 7 – Anello interno
Fig. 9 – Coppia di rulli
Fig. 8 – Anello esterno
Fig. 10 – Rullo
cilindrico
Fig. 11 – C. a rulli cilindr.
Fig. 12 – Rullo
conico
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5. Modo di guasto: ABRASIONE (Scoring) e SMERIGLIATURA (Smearing)
Come si presenta Descrizione Possibili Cause
L’ abrasione e la smeri-
gliatura (con riporto di
materiale, quando il ca-
lore generato per attrito
porta al trasferimento di
metallo per saldatura da
una superficie all’altra)
sono conseguenza dello
strisciamento sotto cari-
co tra due superfici mal
lubrificate. Le superfici
delle piste risultano graf-
fiate o striate parallela-
mente alla direzione del
moto dei corpi volventi
e, spesso, brunite. Il ri-
scaldamento può causa-
re anche incrudimento
del metallo, con tensioni
superficiali e, quindi, in-
crinature o sfaldature.
Si possono verificare
anche danni sulle estre-
mità dei rulli e sull’orlet-
to della pista, o sulle ta-
sche della gabbia.
Strisciamento sotto forte carico con
lubrificazione inadeguata (Fig. 13 – la
testa del rullo striscia contro l’orletto
della pista).
Slittamento dei corpi volventi per ec-
cesso di lubrificante (Fig. 14 – ecces-
so di grasso; visibile anche la brunitu-
ra), o per entrata di corpi estranei.
Slittamento dei rulli per improvvisi
cambiamenti di velocità o diminuzioni
del carico (Fig. 15 – forte accelerazio-
ne all’avviamento con lubrificazione
carente).
Montaggio forzato senza lubrificante
(Fig. 16 – l’anello con la gabbia e i
rulli è stato inserito a forza senza far-
lo ruotare).
Velocità di rotazione elevata e carico
basso, con giochi eccessivi (Fig. 17 –
la forza centrifuga porta le sfere a
contatto del lato esterno della pista,
con conseguente strisciamento anzi-
ché rotolamento; la smerigliatura ap-
pare “diagonale”).
Rotazione dell’anello sull’albero o
nell’alloggiamento del supporto (Fig.
18 – v. “Sfregamento” a pag. 8).
Fig. 17 – C. assiale a sfere
Fig. 14 – C. a rulli cilindriciFig. 13 – Rullo cilindr.
Fig. 15 – C. a rulli cilindrici Fig. 16 – C. a rulli cilindrici
Fig. 18 – C. orientabile a rulli
cilindrici
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6. Modo di guasto: USURA – USURA ABRASIVA (Wear)
Come si presenta Descrizione Possibili Cause
Asportazione di mate-
riale, più evidente nei
componenti di minore
durezza (es. gabbia),
con conseguente dimi-
nuzione delle dimen-
sioni delle parti usurate,
la cui superficie appare
più o meno finemente
abrasa. Rispetto alle
zone circostanti non
danneggiate si posso-
no avere degli “scalini”
(stepped wear).
Presenza di particelle abrasive pre-
esistenti nel cuscinetto, o introdotte in
fase di montaggio o con il lubrificante,
oppure entrate attraverso le tenute,
cui si aggiungono quelle prodotte dal-
la stessa usura. Azione abrasiva di
ossidi di ferro originati da corrosione.
Movimento irregolare dei corpi vol-
venti (Fig. 19 – gabbia in ottone).
Lubrificante insufficiente o che ha
perso le sue caratteristiche (Fig. 20 –
usura della gabbia, e Fig. 21 – usura
della pista); in questo caso, all’inizio
le superfici possono risultare lucidate
“a specchio”, per il distacco delle
micro-asperità superficiali (Fig. 22).
Modo di guasto: VAIOLATURA (Pitting)
Come si presenta Descrizione Possibili Cause
Piccoli crateri o cavità
sui corpi volventi e sulle
piste di rotolamento.
Contaminazione del lubrificante da
particelle solide (Fig. 23) o da granel-
li di ruggine prodotti da ossidazione
interna (Fig. 24).
Lubrificazione insufficiente.
Fig. 20 – C. a sfereFig. 19 – C. a rulli cilindrici
Fig. 21 – C. a rulli cilindrici Fig. 22 – C. orientabile a rulli
cilindrici
Fig. 24 – Sfera di
c. assialeFig. 23 – C. a sfere radiale
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7. Modo di guasto: DENTELLATURA (Denting) o INDENTATURA (Indentation)
Come si presenta Descrizione Possibili Cause
Presenza di tacche o in-
cisioni sulle superfici di
rotolamento; simile alla
vaiolatura, ma con inci-
sioni più marcate.
Intaccature o impronte
sulle piste, a distanza
pari a quella dei corpi
volventi, dovute a defor-
mazione permanente
del materiale, a seguito
di un carico superiore al
suo limite di elasticità
(brinelling “vero”).
Impronte sulle piste
(centrate sulle tracce di
passaggio) dovute a u-
sura, cioè asportazione
di materiale, a distanza
pari a quella dei corpi
volventi, o più fitte per
sovrapposizione di im-
pronte in tempi succes-
sivi (falso brinelling, si-
mile all’usura da sfre-
gamento).
Ingresso di particelle solide (schegge,
piccoli detriti) durante l’installazione,
oppure con il lubrificante o dalle tenu-
te (Fig. 25 – anello interno. Fig. 26).
Calettamento troppo forzato su sedi
coniche (le sfere o i rulli si “piantano”
nella pista – Fig. 27). Urti in fase di
movimentazione (caduta del cusci-
netto), di immagazzinamento, di mon-
taggio (Fig. 28 – anello interno pian-
tato sull’albero battendo col martello
su quello esterno). Carico eccessivo.
Usura dovuta a piccoli strisciamenti
dei corpi volventi sulle piste, generati
da vibrazioni durante il trasporto o
provenienti da fonti esterne, a cusci-
netto fermo, quando cioè non si può
formare una pellicola di lubrificante
(Fig. 29 – anello interno; si nota un
suo cambiamento di posizione); il
successivo funzionamento del cusci-
netto le rende più profonde (Fig. 30 –
anello esterno).
Fig. 26 – C. a sfere
Fig. 27 – C. a rulli cilindrici
Fig. 25 – C. a rulli conici
Fig. 29 – C. a rulli cilindrici
Fig. 28 – C. a sfere
Fig. 30 – C. a rulli cilindrici
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8. Modo di guasto: USURA DA STRISCIAMENTO o SFREGAMENTO (Fretting wear)
Come si presenta Descrizione Possibili Cause
È tipica delle superfici di contatto
cuscinetto – albero e cuscinetto –
supporto, soggette a scorrimenti al-
ternativi di piccola entità (dell’ordine
dei μm), dove si presenta in forma
di vaiolature o solcature. I detriti re-
stano nella zona di contatto, acce-
lerando il processo di usura. Il feno-
meno può essere innescato da rug-
gine, o aggravato dalla ossidazione
dei detriti; in questo caso si parla di
corrosione da sfregamento (fretting
corrosion). Se lo scorrimento è
grande, la superficie risulta lucida.
Interferenza di calettamen-
to insufficiente (Fig. 31 – a-
nello interno) o troppo lasca
(Fig. 32 – anello esterno lu-
cidato).
Sede del cuscinetto, sull’al-
bero o nel supporto, irrego-
lare per cattiva lavorazione
o per corrosione (Fig. 33).
I micro-movimenti sono
causati da vibrazioni o dal-
le piccole deformazioni e-
lastiche degli anelli prodot-
te dal passaggio dei corpi
volventi (Fig. 34).
Modo di guasto: MACCHIE (Speckles)
Come si presenta Descrizione Possibili Cause
Le macchie sulle super-
fici di contatto sono co-
stituite da piccolissime
ammaccature, da depo-
sito di olio, da alterazioni
chimiche del metallo.
Ingresso di corpi estranei (Fig. 35 –
ammaccature) o contaminanti
attraverso le tenute.
Depositi di olio deteriorato (Fig. 36 –
pista esterna).
Reazione sul metallo di olio o acqua.
Fig. 31 – C. obliquo a sfere Fig. 32 – C. orientabile a rulli
cilindrici
Fig. 33 – C. radiale a sfere Fig. 34 – C. radiale a sfere
Fig. 35 – Sfera di c. obliquo Fig. 36 – C. orientabile a rulli
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9. Modo di guasto: BRUNITURA (Discoloration)
Come si presenta Descrizione Possibili Cause
Cambiamento di colore,
dal giallo-oro al bruno e
al blu (“brunitura”).
A temperature sopra i
200 °C si ha minore du-
rezza dell’acciaio e de-
grado del lubrificante.
Surriscaldamento dovuto a lubrifica-
zione inadeguata (Fig. 37 – anello in-
terno). Reazione dell’olio a tempera-
ture elevate. Ingresso di contaminanti
(Fig. 38 – piccolissima quantità di ac-
qua) attraverso le tenute deteriorate.
Modo di guasto: GRIPPAGGIO (Seizure)
Come si presenta Descrizione Possibili Cause
Saldatura, dovuta a fu-
sione, tra superfici in
movimento relativo, tan-
to estesa da bloccarle
del tutto. I componenti
interessati risultano bru-
niti o anneriti (per bru-
ciatura del lubrificante).
È, spesso, la conse-
guenza estrema di altri
modi di guasto, che pro-
vochino incrementi della
temperatura e brunitura.
Surriscaldamento dovuto a:
lubrificazione inadeguata o man-
cante (Fig. 39 – anello interno e
rulli bruniti e fusi, con residui della
gabbia in ottone) o eccessiva;
giochi interni insufficienti (Fig. 40
– pre-carico eccessivo);
carico eccessivo (Fig. 41), o velo-
cità di rotazione troppo elevata;
entrata di acqua e detriti;
difetti dell’albero o del supporto;
forte flessione dell’albero.
Fig. 38 – C. a rulli coniciFig. 37 – C. obliquo a sfere
Fig. 40 – C. a rulli conici
Fig. 39 – C. orientabile a rulli
Fig. 41 – C. obliquo a sfere
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10. Modo di guasto: CORROSIONE e RUGGINE (Corrosion and rust)
Come si presenta Descrizione Possibili Cause
È il risultato dell’aggressione
chimica di fattori ambientali (acqua,
ossigeno dell’aria) o di fluidi
corrosivi (reagenti chimici; additivi o
contaminanti del lubrificante)
penetrati nel cuscinetto. La
superficie aggredita presenta
macchie e chiazze con segni di
usura, vaiolatura (con ossido nelle
cavità), ossidazione, ruggine.
Formazione di condensa
nel cuscinetto fermo, a ma-
gazzino o a bordo macchi-
na (Fig. 42 – corrosione
nella zona di contatto rulli).
Entrata di acqua (Fig. 43) o
fluidi corrosivi.
Presenza di acqua nel
lubrificante (Fig. 44 e 45).
Modo di guasto: CRICCHE e ROTTURE (Cracks and fractures)
Come si presenta Descrizione Possibili Cause
Le cricche (cracks) sono
fessurazioni o crepe del
materiale (anelli, corpi
volventi) senza distacco
di parti.
Eccessiva interferenza (Fig. 46 – per
temperatura dell’albero troppo eleva-
ta).
Carico eccessivo, intermittente.
Shock termico da riscaldamento per
sfregamento (anello - sede) o stri-
sciamento (Fig. 47 – anello - battuta).
Fig. 42 – C. a rulli cilindrici Fig. 43 – C. orientabile a rulli
cilindrici
Fig. 44 – C. a rulli conici Fig. 45 – C. a rulli cilindrici
Fig. 46 – C. orientabile a rulli Fig. 47 – C. a rulli conici
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11. Come si presenta Descrizione Possibili Cause
Quando si ha questo di-
stacco solitamente si
parla di rottura (fractu-
re).
Geometria della sede di calettamento
errata.
Urti o colpi (di martello) in fase di
installazione o smontaggio (Fig. 48).
Crepe conseguenti a sfaldatura, usu-
ra, smerigliatura, corrosione da sfre-
gamento, indentatura (Fig. 49).
Modo di guasto: DANNO ELETTRICO (Electrical damage)
Come si presenta Descrizione Possibili Cause
Il passaggio di corrente elettrica attra-
verso gli elementi del cuscinetto causa,
nei punti di contatto, delle scariche che
bruciano la pellicola di lubrificante e
fondono il metallo. Si formano quindi,
per corrosione elettrica (electrical cor-
rosion) piccoli crateri simili a vaiolatura
(electrical pitting – Fig. 52), ondulazioni
o scanalature (fluting) visibili anche ad
occhio nudo. Il loro ingrandimento evi-
denzia fenomeni di fusione ad arco, sia
sulle piste che sui corpi volventi, con
cavità arrotondate e senza ossido, di
colore grigio scuro o nero. Il grasso ha
odore di bruciato.
Differenza di potenziale
elettrico (anche cariche
elettrostatiche) tra gli a-
nelli; è sufficiente una
tensione superiore a 0,3
V per cuscinetti a sfere
(Fig. 50), 0,5 V per
quelli a rulli (Fig. 51).
Tensione di alta fre-
quenza indotta da stru-
menti o dispositivi usati
vicino al cuscinetto, o
dalle armoniche di un
inverter (Fig. 53).
Fig. 48 – C. a rulli conici Fig. 49 – C. orientabile a rulli
Fig. 51 – C. a rulli conici
Fig. 52 – C. a rulli cilindrici Fig. 53 – C. a sfere
Fig. 50 – C. a sfere
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12. Modo di guasto: DANNI ALLA GABBIA (Cage damages)
Come si presenta Descrizione Possibili Cause
Situazione 1: deforma-
zione, alveoli schiaccia-
ti, tracce di urti.
Situazione 2: rottura;
rottura dei rivetti o delle
colonnine degli alveoli.
Situazione 3: usura de-
gli alveoli. Usura degli
anelli laterali per stri-
sciamento contro gli
anelli del cuscinetto.
Urti o colpi nel trasporto o maneggio
(Fig. 54 – gabbia in acciaio stampato),
oppure in fase di montaggio.
Montaggio erroneo (urti, colpi).
Disassamento, disallineamento (Fig.
55).
Vibrazioni eccessive; velocità eccessi-
va (cuscinetti a sfere).
Calettamento troppo forzato (interfe-
renza eccessiva).
Grippaggio del cuscinetto.
Corpo estraneo incuneato tra gabbia e
corpo volvente.
Surriscaldamento (gabbie in plastica o
poliammide – Fig. 56).
Usura eccessiva – v. situazione 3 (Fig.
57).
Cattiva lubrificazione (Fig. 57).
Entrata di particelle abrasive (Fig. 58).
Sovraccarico assiale.
Forti accelerazioni o decelerazioni.
Disallineamento (Fig. 59).
Fig. 54 – C. obliquo a sfere Fig. 55 – C. obliquo a sfere
Fig. 56 – C. a sfere Fig. 57 – C. obliquo a sfere
Fig. 59 – C. obliquo a sfereFig. 58 – C. a sfere
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