Guasto da fatica dei cuscinetti: come lo stress da contatto volvente porta a crepe e scheggiature

I cedimenti per fatica rimangono la causa principale di danni prematuri ai cuscinetti, responsabili di oltre il 60% dei cedimenti nelle applicazioni industriali. I cuscinetti volventi, composti da un anello interno, un anello esterno e corpi volventi (palline o rulli) e una gabbia, operano sotto carichi ciclici, con elementi volventi che trasmettono continuamente le forze tra gli anelli.

A causa della piccola area di contatto tra gli elementi volventi e le piste di rotolamento, il risultatostress da contatto hertzianoè estremamente elevato, soprattutto in condizioni di alta velocità o di carichi pesanti. Questo ambiente di stress concentrato porta astress affaticamento, che si manifesta sotto forma di vaiolatura superficiale, crepe e infine sfaldamento.

Che cosa è la fatica da stress?

Lo stress da affaticamento si riferisce adanni strutturali localizzaticausato da carichi ciclici ripetuti al di sotto della resistenza a trazione massima del materiale. Mentre la maggior parte delcuscinettorimane deformato elasticamente, le zone microscopiche subiscono una deformazione plastica nel tempo, che alla fine ne determina il cedimento. Il processo si svolge tipicamente in tre fasi progressive:

1. Inizio della microfrattura

• Si verifica a livelli sotterranei (0,1–0,3 mm sotto la superficie della pista).

• Causato da concentrazioni di stress cicliche sulle imperfezioni microstrutturali.

2. Propagazione delle crepe

• Le crepe si sviluppano gradualmente lungo i percorsi di massima sollecitazione di taglio.

• Influenzato da difetti dei materiali e cicli di carico operativi.

3. Frattura finale

• Il danno superficiale diventa visibile comesfaldamento or vaiolatura.

• Quando le crepe raggiungono dimensioni critiche, il materiale si stacca dalla superficie.

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Considerazioni sulla fatica per veicoli elettrici pesanti

In veicoli per il trasporto di merci di grandi dimensioni (LGV)Eveicoli pesanti(veicoli pesanti)—in particolare nelle varianti elettriche—la resistenza alla fatica è ancora più critica a causa di:

• Gamma di giri più ampia:I motori elettrici operano su bande di velocità più ampie rispetto ai motori a combustione, aumentando le frequenze di carico ciclico.

• Maggiore coppia in uscita:Una trasmissione di coppia più pesante richiede cuscinetti con maggiore resistenza alla fatica.

• Impatto del peso della batteria: La massa aggiuntiva delle batterie di trazione aumenta lo stress sui componenti della trasmissione, in particolarecuscinetti delle ruote e del motore.

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Principali fattori che contribuiscono alla fatica da stress

√ Carichi alternati

I cuscinetti nei sistemi dinamici sono costantemente esposti a variazionicarichi radiali, assiali e di flessioneQuando gli elementi volventi ruotano, la sollecitazione da contatto si sposta ciclicamente, creando elevate concentrazioni di sollecitazioni nel tempo.

√Difetti materiali

Inclusioni, micro-fessure e vuoti all'interno del materiale del cuscinetto possono agire comeconcentratori di stress, accelerando l'insorgenza della fatica.

√scarsa lubrificazione

Una lubrificazione insufficiente o degradata aumentaattrito e calore, riducendo la resistenza alla fatica e accelerando l'usura.

√Installazione non corretta

Disallineamenti, adattamenti non corretti o serraggi eccessivi durante l'installazione possono causare sollecitazioni impreviste, compromettendo le prestazioni dei cuscinetti.

Comprendere e mitigare la fatica da stress è essenziale per garantire una lunga durata in applicazioni impegnative, in particolare nei veicoli elettrici pesanti. Sebbene i progressi nei materiali e nella tecnologia di simulazione abbiano migliorato la resistenza alla fatica, un'adeguataselezione, installazione e manutenzione dei cuscinettisono ancora fondamentali per prestazioni e affidabilità.

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