Guida alla diagnostica e alla risoluzione dei problemi: Rumori e vibrazioni anomale nei riduttori

1. Descrizione del problema e ambito di applicazione

Il presente manuale è destinato alla diagnosi e alla risoluzione dei problemi legati a rumori e vibrazioni anomali nei riduttori industriali. Questi sintomi sono spesso i primi segni di guasti di componenti potenzialmente critici come problemi di cuscinetti, ingranaggi o lubrificazione. Una diagnostica tempestiva e accurata è fondamentale per prevenire guasti catastrofici che portano a tempi di inattività delle apparecchiature e significative perdite finanziarie.

Questo documento copre i seguenti tipi di apparecchiature: ingranaggi a vite senza fine, ingranaggi cilindrici, ingranaggi conici, ingranaggi planetari utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni industriali (trasportatori, pompe, miscelatori, estrusori, ecc.).

Classificazione della gravità del malfunzionamento:

• Critico: rumore acuto e forte (esplosione, stridore), vibrazione intensa con un'ampiezza superiore a 10 mm/s (RMS) o rapido aumento della temperatura (> 90°C). L'arresto immediato dell'apparecchiatura è obbligatorio.
• Significativo: rumore costante e insolito (ronzio, ululato, clic) o vibrazione nell'intervallo 4,5-10 mm/s (RMS). Si consiglia una sosta di ispezione programmata.
• Minore: leggero rumore intermittente o leggero aumento delle vibrazioni (2,8-4,5 mm/s RMS) che potrebbero indicare un'usura precoce. È necessario un monitoraggio rafforzato.

2. Precauzioni

⚠ AVVERTENZA DI SICUREZZA ⚠
Prima di iniziare qualsiasi lavoro diagnostico, assicurarsi che l'apparecchiatura sia completamente diseccitata e bloccata secondo la procedura LOTO (Lockout/Tagout). Verificare l'assenza di tensione elettrica con l'ausilio di appositi dispositivi. Prestare attenzione all'energia immagazzinata nelle molle, nei sistemi idraulici o pneumatici. Utilizzare i dispositivi di protezione individuale (DPI): occhiali di sicurezza, cuffie, guanti, scarpe da lavoro con punta metallica. Superfici calde, lubrificanti sotto pressione e parti mobili presentano un rischio di lesioni.
⚠ SEGUIRE SEMPRE LE ISTRUZIONI DI SICUREZZA DEL PRODUTTORE DELL'APPARECCHIATURA ⚠

3. Strumenti diagnostici necessari

Per una diagnosi efficace del rumore e delle vibrazioni degli ingranaggi, sono necessari strumenti specializzati:

4. Lista di controllo della valutazione iniziale

Prima di iniziare una diagnostica dettagliata, è necessario raccogliere dati grezzi ed effettuare un'ispezione visiva. Ciò contribuirà a restringere la gamma di potenziali malfunzionamenti.

5. Algoritmo diagnostico sistematico

Questo algoritmo aiuterà a identificare sistematicamente la fonte del rumore e delle vibrazioni.

1. Valutazione iniziale e sicurezza:
   1. Seguire i passaggi nella sezione 4. Lista di controllo per la valutazione iniziale
   2. Assicurati che tutte le Precauzioni (Sezione 2) siano seguite.
   3. Determinare la natura del rumore e delle vibrazioni:
   • Se il rumore è acuto, battente, stridente e la vibrazione è intensa (> 10 mm/s RMS) - arrestare immediatamente l'apparecchiatura. Vai al punto 6.
   • Se il rumore è un ronzio/ululato costante e la vibrazione è pari a 4,5-10 mm/s RMS, continuare la diagnosi.
   • Se il rumore è periodico o la vibrazione è pari a 2,8-4,5 mm/s RMS – monitoraggio rafforzato, diagnostica programmata.
2. Diagnostica utilizzando un analizzatore di vibrazioni:
   1. Installare gli accelerometri sulla scatola del cambio nelle direzioni radiale e assiale, vicino ai cuscinetti e agli ingranaggi.
   2. Misurare il livello generale di vibrazione (velocità, mm/s RMS) e accelerazione (g RMS).
   3. Eseguire un'analisi dello spettro delle vibrazioni.
   • Se si osservano picchi di vibrazione a frequenze multiple della frequenza di rotazione dell'albero (1X, 2X, 3X):
     • Causa probabile: sbilanciamento o disallineamento dell'albero.
     • Azione: controllare l'allineamento dell'albero (capitolo 7.1) e il bilanciamento del rotore. Vai al punto 3.
   • Se si osservano picchi di vibrazione alle frequenze caratteristiche dei cuscinetti (BPFI, BPFO, BSF, FTF):
     • Causa probabile: Usura o danneggiamento del cuscinetto.
     • Azione: utilizza uno stetoscopio acustico per localizzare. Vai al punto 4.
   • Se si osservano picchi di vibrazione alle frequenze di innesto delle marce (GMF) e alle relative armoniche:
     • Causa probabile: Usura degli ingranaggi, gioco errato, danni agli ingranaggi.
     • Azione: vai al punto 5.
   • Se la vibrazione è a banda larga, non presenta picchi evidenti:
     • Causa probabile: carenza di petrolio, cavitazione, supporti allentati, risonanza.
     • Azione: vai al punto 6.
3. Diagnosi del disallineamento degli alberi:
   1. Misurare il disallineamento degli alberi del motore e del cambio utilizzando un indicatore di tipo orologio.
   2. Criteri: il disallineamento radiale e assiale consentito non deve superare 0,05 mm per velocità fino a 1500 giri/min. Per velocità più elevate i requisiti sono più severi (0,02-0,03 mm).
   3. Se il disallineamento supera la norma:
      • Causa probabile: disallineamento dell'albero.
      • Azione: eseguire l'allineamento preciso (Sezione 8.1).
4. Diagnosi dei cuscinetti:
   1. Utilizzare uno stetoscopio acustico per individuare il rumore sulla scatola degli ingranaggi, in particolare vicino ai gruppi dei cuscinetti.
   2. Stimare la temperatura delle unità cuscinetto utilizzando una termocamera. Norma: la temperatura del cuscinetto non deve superare la temperatura ambiente di oltre 40°C ed essere inferiore a 90°C.
   3. Analizzare il lubrificante per la presenza di metalli soggetti a usura (Fe, Cr, Mn - per cuscinetti in acciaio; Cu, Pb, Sn - per separatori/boccole in bronzo).
   4. Se lo stetoscopio rileva un rumore stridente/frusciante, la termocamera - surriscaldamento locale, analisi dell'olio - aumento del contenuto di metalli soggetti a usura:
      • Causa probabile: Usura o danneggiamento del cuscinetto.
      • Azione: smontaggio, ispezione visiva, sostituzione dei cuscinetti (capitolo 8.2).
5. Diagnostica degli ingranaggi:
   1. Misurare il gioco degli ingranaggi utilizzando tastatori o comparatore. Il divario normativo è specificato nella documentazione del produttore. Solitamente 0,08-0,25 mm per ingranaggi medio-piccoli.
   2. Eseguire un'ispezione visiva dei denti attraverso i portelli di ispezione o con un boroscopio (se disponibile). Cercare segni di vaiolatura, scheggiature, ammaccature, usura eccessiva, spostamento della zona di contatto.
   3. Analizzare il lubrificante per la presenza di metalli soggetti ad usura (Fe, Sn – per denti in acciaio; Cu, Pb – per coppie di viti senza fine in bronzo).
   4. Se la distanza è maggiore del normale, i denti sono visivamente danneggiati o l'analisi dell'olio mostra un contenuto significativo di metalli da usura:
      • Causa probabile: Usura, danni o regolazione impropria degli ingranaggi.
      • Azione: Smontaggio, riparazione/sostituzione ingranaggi, regolazione del gioco (capitolo 8.3).
6. Diagnosi del sistema di lubrificazione e altre cause:
   1. Eseguire un'analisi completa della lubrificazione (sezione 7.4).
   2. Controllare la forza del fissaggio del cambio alla fondazione, nonché il fissaggio delle coperture e di altri elementi dell'alloggiamento. Stringere i bulloni secondo le normative.
   3. Se l'analisi dell'olio mostra degrado, contaminazione, acqua eccessiva, livello basso:
      • Causa probabile: Problemi di lubrificante (livello basso, contaminazione, tipo sbagliato).
      • Azione: Sostituzione del lubrificante, dei filtri, eliminazione delle perdite (capitolo 8.4).
   4. Se gli elementi di fissaggio sono allentati:
      • Causa probabile: Elementi di fissaggio allentati.
      • Azione: Stringere gli elementi di fissaggio, controllare le fondamenta.

6. Matrice delle cause del malfunzionamento

Questo grafico ti aiuterà ad abbinare i tuoi sintomi alle cause, ai test e ai risultati attesi più probabili.

7. Analisi delle cause profonde di ciascun malfunzionamento

7.1. Disallineamento degli alberi

Spiegazione: Il disallineamento si verifica quando gli assi di rotazione degli alberi del motore e del riduttore non giacciono sulla stessa linea retta. Può essere uno spostamento parallelo, angolare o combinato. I motivi principali sono: installazione errata, deformazione del telaio, deformazione termica, usura del giunto. Ciò provoca sollecitazioni cicliche su alberi, cuscinetti e guarnizioni, causando attrito e vibrazioni eccessivi.

Come verificare: misurare il disallineamento utilizzando un sistema di livellamento laser o due indicatori di tipo orologio. Indicatore critico: disallineamento radiale o angolare superiore a 0,05 mm per la maggior parte delle applicazioni industriali. Inoltre, l'analisi dello spettro delle vibrazioni mostrerà i picchi dominanti alla frequenza di rotazione 1X, 2X, 3X.

Danno potenziale: usura prematura di cuscinetti, guarnizioni dell'albero, giunto, affaticamento dell'albero, possibile rottura dell'albero durante il funzionamento a lungo termine. Può anche causare un surriscaldamento locale, diagnosticato da una termocamera.

7.2. Usura o danneggiamento dei cuscinetti

Spiegazione: i cuscinetti sono componenti critici che supportano gli alberi e riducono l'attrito. L'usura può essere causata da una lubrificazione insufficiente o errata, contaminazione del lubrificante, installazione non corretta (carichi d'urto durante l'installazione), sovraccarico, vibrazioni o affaticamento del materiale. I danni includono vaiolatura, vaiolatura, usura abrasiva e corrosione da sfregamento.

Come confermare:

• Analisi acustica: Fruscio, stridore, clic localizzati vicino al cuscinetto utilizzando uno stetoscopio.
• Analisi delle vibrazioni: Lo spettro delle vibrazioni mostrerà le frequenze caratteristiche dei cuscinetti (BPFI, BPFO, BSF, FTF) e le loro armoniche. Il livello di vibrazione complessivo supera i 4,5 mm/s RMS.
• Termografia: Surriscaldamento locale del supporto (> 90°C).
• Analisi del lubrificante: Contenuto aumentato di metalli soggetti ad usura (Fe, Cr, Mn per acciaio, Cu per separatori) e particelle più grandi di 5 micron.
• Ispezione visiva (dopo lo smontaggio): Vaiolature, avvallamenti, vaiolature sulle piste, danni al separatore, scolorimento.

Danno potenziale: aumento dell'attrito, surriscaldamento, inceppamento dell'albero, danni alle sedi dei cuscinetti, danni agli ingranaggi dovuti allo spostamento dell'albero. È possibile distruggere la scatola del cambio.

7.3. Usura o danni agli ingranaggi

Spiegazione: gli ingranaggi trasmettono la coppia. La loro usura può essere causata da sovraccarico costante, carichi d'urto, lubrificazione insufficiente, ambiente aggressivo, particelle abrasive nel lubrificante, affaticamento del materiale. Tipi comuni di usura: vaiolatura (fatica superficiale), usura abrasiva, usura adesiva (grippaggio), deformazione plastica, rigatura eccessiva, rottura dei denti.

Come confermare:

• Analisi acustica: ronzii, ululati, stridii che cambiano con il carico. Bussare quando i denti si rompono.
• Analisi delle vibrazioni: picchi di vibrazione alle frequenze di innesto dei denti (GMF) e alle relative armoniche. Bande laterali aggiuntive attorno al GMF possono indicare una modulazione dell'usura.
• Ispezione visiva (attraverso un boroscopio o dopo lo smontaggio): Rilevazione di vaiolature (cavità sulla superficie dei denti), grippaggi, scheggiature, crepe, graffi abrasivi.
• Misurare il gioco: Un gioco che supera la norma (es. > 0,3 mm per ingranaggi medi) indica un'usura eccessiva.
• Analisi del lubrificante: Maggiore contenuto di metalli soggetti ad usura (Fe, Sn) e particelle di grandi dimensioni.

Danno potenziale: riduzione dell'efficienza della trasmissione, aumento del rumore e delle vibrazioni, inceppamento degli ingranaggi, distruzione di denti e alloggiamenti, guasti catastrofici.

7.4. Problemi di petrolio

Spiegazione: Il grasso svolge le funzioni di riduzione dell'attrito, raffreddamento, rimozione dello sporco e protezione dalla corrosione. I problemi includono: basso livello dell'olio, degradazione dell'olio (ossidazione, perdita di additivi), contaminazione (acqua, polvere, particelle metalliche), utilizzo del tipo sbagliato di olio. Tutti questi fattori influiscono in modo critico sulla durata di cuscinetti e ingranaggi.

Come confermare:

• Ispezione visiva: Basso livello dell'olio, scolorimento, torbidità, presenza di sedimenti o schiuma.
• Analisi del lubrificante (secondo DSTU ISO 2909, DSTU ISO 3104):
  • Viscosità: Variazione (aumento o diminuzione) della viscosità oltre il ±10% di quella iniziale.
  • Contenuto di acqua: > 0,05% per la maggior parte degli oli.
  • Numero di acido (AN): Aumento di AN di oltre 0,5 mg KOH/g.
  • Analisi spettrale: Aumento del contenuto di metalli da usura (Fe, Cu, Cr), elementi inquinanti (Si - polvere).
  • Contatore di particelle: Classe di pulizia ISO 4406:1999 (solitamente non superiore a 18/15/12 per i riduttori).
• Termografia: Surriscaldamento generale del cambio dovuto all'aumento dell'attrito.

Danno potenziale: usura accelerata di ingranaggi e cuscinetti, corrosione, surriscaldamento, aumento del consumo di energia, rapida distruzione dei componenti.

8. Procedure dettagliate per la risoluzione dei problemi

8.1. Correzione del disallineamento degli alberi

1. ⚠ SICUREZZA: Segui la procedura LOTO.
2. Pulire le superfici dei cuscinetti sotto il motore e il riduttore.
3. Scollegare il giunto che collega gli alberi.
4. Utilizzare un sistema di livellamento laser o due indicatori di tipo orologio per misurare con precisione il disallineamento.
5. Regolare la posizione del motore/riduttore aggiungendo o rimuovendo spessori metallici calibrati (cursori) sotto i nottolini.
6. Spostare il motore/riduttore orizzontalmente utilizzando attrezzi speciali per ottenere valori di disallineamento accettabili (< 0,05 mm radialmente e angolarmente).
7. Serrare i bulloni di ancoraggio del motore/riduttore alla fondazione alla coppia specificata dal produttore (es. M12: 80Nm, M16: 160Nm).
8. Ricontrollare l'allineamento dopo il serraggio, poiché il serraggio potrebbe causare lievi modifiche.
9. Collegare la frizione, controllarne lo stato.
10. VERIFICA: avviare l'apparecchiatura e ripetere l'analisi delle vibrazioni e la termografia. Il livello di vibrazione dovrebbe diminuire in modo significativo e la temperatura dovrebbe normalizzarsi.

8.2. Sostituzione dei cuscinetti

1. ⚠ SICUREZZA: Segui la procedura LOTO. Scaricare il grasso (se è previsto lo smontaggio).
2. Smontare il riduttore dall'attrezzatura se sul posto non è possibile la sostituzione completa dei cuscinetti.
3. Smontare la scatola del cambio seguendo le istruzioni del produttore.
4. ⚠ PROTEZIONE: proteggere le superfici esposte dalla contaminazione.
5. Espellere i cuscinetti danneggiati con un estrattore adatto. NON UTILIZZARE METODI DI IMPATTO CHE POSSONO DANNEGGIARE L'ALBERO O IL PUNTO DI ATTERRAGGIO.
6. Pulire accuratamente le sedi dei cuscinetti sull'albero e nell'alloggiamento. Controllali per l'assenza di danni, sbavature, produzione.
7. Riscaldare i nuovi cuscinetti ad una temperatura di 80-100°C (ad esempio in un riscaldatore a induzione o in un bagno d'olio) per facilitare il posizionamento sull'albero. NON SURRISCALDARE!
8. Installare i cuscinetti sugli alberi utilizzando strumenti di montaggio speciali o una pressa idraulica.
9. Assemblare il cambio, rispettando le coppie di serraggio dei bulloni della scatola (es. M10: 50 Nm, M14: 120 Nm) e regolando i giochi.
10. Rabboccare il lubrificante fresco del tipo e del volume consigliati dal produttore (capitolo 8.4).
11. VERIFICA: Avviare l'attrezzatura. Monitorare il rumore, le vibrazioni e la temperatura dei cuscinetti. La temperatura dovrebbe stabilizzarsi entro poche ore di funzionamento.

8.3. Riparazione/sostituzione degli ingranaggi e regolazione del gioco

1. ⚠ SICUREZZA: Segui la procedura LOTO. Scaricare l'olio.
2. Smontare il cambio e smontarne l'alloggiamento.
3. Eseguire un'ispezione visiva di tutti gli ingranaggi. Sostituire gli ingranaggi danneggiati (con scheggiature, vaiolature significative, crepe) o eccessivamente usurati.
4. Pulire tutti i componenti dai vecchi lubrificanti e dallo sporco.
5. Quando si sostituiscono gli ingranaggi, assicurarsi che vengano utilizzati pezzi di ricambio che rispettino le specifiche del produttore (materiale, classe di precisione, trattamento termico). Si consigliano pezzi di ricambio certificati da UkrSEPRO.
6. Installare nuovi ingranaggi e regolare lo spazio laterale (gioco) tra i denti. Utilizzare un indicatore del tipo a orologio e/o un'astina di livello. Lo spazio deve rientrare nei limiti specificati dal produttore (ad esempio, 0,10-0,20 mm). La regolazione può essere effettuata con l'aiuto di distanziatori o spostando i gruppi di cuscinetti.
7. Applicare uno strato sottile di pennarello sulla superficie dei denti per controllare il punto di contatto. Ruotare l'ingranaggio a mano e valutare la posizione e la dimensione della zona di contatto. Dovrebbe essere simmetrico e coprire il 70-80% della lunghezza del dente.
8. Assemblare il cambio serrando tutti gli elementi di fissaggio alla coppia consigliata.
9. Aggiungi olio fresco.
10. VERIFICA: Far funzionare il cambio al minimo, poi gradualmente sotto carico. Controlla il rumore, le vibrazioni e la temperatura. Eseguire un'analisi delle vibrazioni per confermare l'assenza di picchi al GMF.

8.4. Ripristino del sistema di lubrificazione

1. ⚠ SICUREZZA: Segui la procedura LOTO.
2. Scaricare completamente il vecchio grasso dalla scatola del cambio.
3. Lavare le cavità interne della scatola del cambio con uno speciale grasso di lavaggio o un solvente consigliato se il grasso è fortemente contaminato o degradato. Seguire le istruzioni del produttore del detersivo.
4. Sostituire tutti i filtri dell'olio e i paraolio se danneggiati o con perdite.
5. Riempire con grasso fresco, il cui tipo e viscosità corrispondono pienamente alle specifiche del produttore del riduttore e alle condizioni operative (ad es. ISO VG 220 per carichi moderati, ISO VG 320 per carichi pesanti). Utilizzare lubrificanti conformi allo standard DSTU ISO 3448.
6. Controllare il livello dell'olio utilizzando un'astina o un vetro spia. Il livello dovrebbe essere compreso tra il punteggio minimo e quello massimo.
7. VERIFICA: Avviare il riduttore. Controllare la temperatura, assicurarsi che non ci siano perdite. Dopo 50-100 ore di funzionamento, si consiglia di prelevare un campione del lubrificante per l'analisi di controllo per confermare la purezza e l'assenza di una rapida degradazione.

9. Precauzioni

10. Pezzi di ricambio e componenti

La sostituzione tempestiva dei componenti usurati è fondamentale per la longevità del cambio. Prestare attenzione alla qualità e alla conformità dei componenti alle norme (ad esempio cuscinetti secondo ISO, guarnizioni secondo EN). Tutti i pezzi di ricambio devono avere certificati di qualità adeguati, incluso UkrSEPRO per il mercato ucraino.

Tutti i pezzi di ricambio e i lubrificanti necessari che soddisfano gli standard internazionali e dispongono dei certificati necessari sono disponibili nel catalogo elettronico UNITEC-D: https://www.unitecd.com/e-catalog/

11. Collegamenti

• DSTU ISO 10816-1:2003: Vibrazioni. Valutazione delle vibrazioni della macchina in base ai risultati delle misurazioni su parti non rotanti.
• DSTU ISO 2909:2009: Petrolio e prodotti petroliferi. Calcolo dell'indice di viscosità mediante viscosità cinematica.
• DSTU ISO 3104:2008: Prodotti petroliferi. Liquidi trasparenti e opachi. Determinazione della viscosità cinematica e calcolo della viscosità dinamica.
• DSTU ISO 3448:2009: Lubrificanti liquidi industriali. Classificazione della viscosità ISO.
• ISO 4406:1999: Trasmissione di potenza idraulica. liquidi Metodo per codificare il livello di inquinamento da particelle solide.
• ISO 492:2014: Cuscinetti a rulli. Cuscinetti radiali. Tolleranze
• Manuali originali per l'uso e la manutenzione dei riduttori UNITEC-D GmbH.
• Guide UNITEC-D: https://www.unitecd.com/maintenance-guides/