cuscinetti volventi modi di guasto e cause

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P.P. Falcone Agosto 2012

Falcone s.a.s.

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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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

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Modo di guasto: SPELLATURA (Peeling)


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)


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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Modo di guasto: ABRASIONE (Scoring) e SMERIGLIATURA (Smearing)


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 cilindrici Fig. 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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Modo di guasto: USURA – USURA ABRASIVA (Wear)


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)


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 sfere Fig. 19 – C. a rulli cilindrici

Fig. 21 – C. a rulli cilindrici Fig. 22 – C. orientabile a rulli cilindrici

Fig. 24 – Sfera di c. assiale Fig. 23 – C. a sfere radiale

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Modo di guasto: DENTELLATURA (Denting) o INDENTATURA (Indentation)


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





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Modo di guasto: USURA DA STRISCIAMENTO o SFREGAMENTO (Fretting wear)


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’albero 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)


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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Modo di guasto: BRUNITURA (Discoloration)


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)


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 conici Fig. 37 – C. obliquo a sfere


Fig. 39 – C. orientabile a rulli

Fig. 41 – C. obliquo a sfere

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Modo di guasto: CORROSIONE e RUGGINE (Corrosion and rust)


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)


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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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)


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. 52 – C. a rulli cilindrici Fig. 53 – C. a sfere


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Modo di guasto: DANNI ALLA GABBIA (Cage damages)


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 sfere Fig. 58 – C. a sfere

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cuscinetti volventi modi di guasto e cause

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