Gli additivi EP e il bronzo giallo coesistono con difficoltà. Scegliendo la composizione chimica dell'olio sbagliata, la mola in bronzo si corrode in 2.000 ore anziché in 30.000. Ecco come fare.
Per una coppia vite senza fine e ruota elicoidale industriale standard che opera a temperature della coppa inferiori a 70 gradi Celsius, l'olio minerale composto ISO VG 460 o 680 con additivi compatibili con i metalli gialli è la scelta predefinita più sicura. Al di sopra dei 70 gradi Celsius, passare a un olio sintetico PAO con la stessa gradazione di viscosità. Per un funzionamento continuo ad alta efficienza, il poliglicole (PAG) con una gradazione ISO inferiore (VG 320 o 460) riduce notevolmente la generazione di calore, ma il PAG è incompatibile con l'olio minerale e PAO, quindi la sua sostituzione richiede lo svuotamento e il lavaggio completi. L'errore di lubrificazione più costoso in assoluto è l'utilizzo di olio ipoide GL-5 o di un olio per differenziali generico su una ruota in bronzo: gli additivi EP a base di zolfo e fosforo corrodono i metalli gialli al di sopra dei 70 gradi Celsius e distruggono una ruota elicoidale in poche settimane.
Quasi tutti gli altri articoli sugli oli per ingranaggi mettono le tabelle di viscosità in cima e trattano la composizione degli additivi come un aspetto secondario. Per le coppie vite senza fine e ruota elicoidale, quest'ordine è sbagliato. La decisione che più di ogni altra, se presa con noncuranza, può causare danni maggiori è la scelta degli additivi, non il grado di viscosità. Se si scelgono gli additivi giusti, quasi qualsiasi viscosità ragionevole garantirà una durata accettabile. Se invece si scelgono gli additivi sbagliati, anche una viscosità perfettamente selezionata danneggerà la ruota in bronzo in pochi mesi.
Il problema è semplice. Il contatto di scorrimento tra vite senza fine e ruota richiede additivi per pressioni estreme: composti chimicamente attivi che formano una pellicola protettiva sacrificale sulla superficie metallica sotto l'effetto di elevate sollecitazioni di contatto. La classica chimica EP utilizza composti di zolfo e fosforo che si attivano ad alte temperature. Su un ingranaggio acciaio su acciaio (la maggior parte dei differenziali automobilistici, assali ipoidi), questi additivi funzionano perfettamente. Su una coppia vite senza fine in acciaio su ruota in bronzo, che è la configurazione industriale standard, lo zolfo attivato attacca il rame del bronzo, causando ossidazione, micro-pitting e, infine, perdita di metallo superficiale. La ruota non si blocca improvvisamente; si corrode lentamente dalla superficie di contatto verso l'interno, perdendo il profilo e la precisione dei denti fino a quando la trasmissione diventa inutilizzabile.
The conflict is real, the consequences are expensive, and the avoidance is straightforward — choose oils explicitly labelled “yellow metal safe” or “compounded for worm gears” or “deactivated sulphur EP additive package.” Modern formulations from major suppliers solve the problem; generic catalogue gear oils may or may not. Always check the technical data sheet before committing to a fill.
Su migliaia di installazioni di viti senza fine e ruote elicoidali, tre tipi di lubrificanti rappresentano la quasi totalità delle applicazioni di successo. Ciascuno ha punti di forza, punti deboli e un intervallo operativo specifico in cui risulta la soluzione ideale.
Una volta definita l'applicazione, la scelta raramente è semplice. Olio minerale composto per impieghi industriali ordinari al di sotto dei 70 gradi Celsius. Olio sintetico PAO per temperature più elevate o intervalli di cambio olio prolungati. Olio PAG (poliglicole) per la massima efficienza in applicazioni continue ad alto carico. La miscelazione delle diverse categorie di olio è la causa principale degli incidenti durante la manutenzione.
Olio base minerale con una percentuale di acidi grassi (sego inodore o equivalente sintetico) dal 4 al 10%, aggiunti come agente di miscelazione, oltre a inibitori di ruggine e ossidazione. La componente di acidi grassi fornisce lubrificazione limite direttamente, senza ricorrere ad additivi EP chimicamente attivi, eliminando completamente il rischio di corrosione del metallo giallo. Gli oli minerali miscelati sono i lubrificanti originali per ingranaggi a vite senza fine: le loro formulazioni sono state perfezionate per oltre un secolo.
Intervallo operativo: temperature ambiente fino a circa -5 gradi Celsius, temperatura della coppa fino a 80 gradi Celsius. Al di sopra degli 80 gradi, l'acido grasso inizia a ossidarsi e il lubrificante si degrada più rapidamente di quanto l'intervallo di cambio olio raccomandato possa compensare. Sotto lo zero, l'olio è troppo viscoso per essere spruzzato correttamente durante l'avviamento. L'intervallo di cambio olio è in genere di 4.000-6.000 ore di funzionamento in condizioni industriali normali. Il costo è il più basso delle tre categorie: l'olio minerale ISO VG 460 composto costa circa la metà di un olio sintetico di pari qualità.
Olio base di polialfaolefine (PAO), un idrocarburo sintetico, con additivi EP moderni più delicati, generalmente sicuri per i metalli gialli nelle loro formulazioni commerciali. Il PAO ha un indice di viscosità più elevato rispetto all'olio minerale, il che significa che la viscosità varia meno nell'intervallo di temperatura di esercizio. Ha anche una migliore stabilità termica: gli intervalli di cambio olio alla stessa temperatura della coppa sono in genere il doppio rispetto all'olio minerale composto.
Intervallo operativo: temperatura ambiente fino a -30 gradi Celsius, temperatura della coppa fino a 100-110 gradi Celsius. Intervallo di cambio olio da 8.000 a 12.000 ore. Il PAO è completamente compatibile con l'olio minerale: il passaggio dall'olio minerale al PAO non richiede un lavaggio, ma solo un rabbocco al successivo cambio. Costo circa 2-3 volte superiore a quello dell'olio minerale al litro. Il PAO è la scelta giusta quando la temperatura della coppa supera i 70 gradi durante il normale funzionamento, quando le condizioni ambientali estreme (avviamenti freddi in inverno, pomeriggi caldi in estate) causano variazioni di viscosità o quando l'estensione dell'intervallo di cambio olio si ripaga grazie alla riduzione dei costi di manodopera.
Il poliglicole alchilico (PAG) appartiene a una diversa famiglia di composti chimici sintetici che, fondamentalmente, non sono idrocarburi. Il PAG ha il coefficiente di attrito più basso tra tutti gli oli per ingranaggi comunemente utilizzati, il che si traduce direttamente in un aumento misurabile dell'efficienza delle coppie vite senza fine e ruota elicoidale. Un sistema di trasmissione che funziona con un'efficienza del 60% con olio minerale in genere guadagna dai 3 ai 6 punti percentuali con il PAG, e la temperatura di esercizio nella coppa dell'olio si riduce di 15-20 gradi Celsius a parità di carico. Per le applicazioni a funzionamento continuo con più turni, questi vantaggi si sommano, generando un significativo risparmio energetico.
Finestra operativa: temperatura ambiente fino a -40 gradi Celsius, temperatura della vasca fino a 130 gradi Celsius. Intervallo di drenaggio da 16.000 a 20.000 ore: il più lungo delle tre categorie. Il trucco: PAG è incompatibile con l'olio minerale e il PAO sinteticoLa loro miscelazione crea una melma che ostruisce le parti interne del cambio. Il passaggio da un olio a base di idrocarburi a un olio PAG richiede lo svuotamento completo, due lavaggi con olio leggero e il rabbocco: in genere, un intervento di manutenzione di un giorno per un cambio sigillato. L'olio PAG attacca anche alcuni materiali delle guarnizioni (nitrile, alcuni poliuretani) e la maggior parte delle vernici, quindi le guarnizioni del cambio devono essere compatibili con l'olio PAG prima del passaggio. Il costo è circa 4-6 volte superiore a quello dell'olio minerale al litro.
Quando un cliente mi dice di voler passare dall'olio minerale al PAG, la prima domanda che pongo è se abbia la disciplina di manutenzione necessaria per farlo correttamente. Il PAG può prolungare notevolmente gli intervalli di cambio olio e ridurre sensibilmente i costi dell'elettricità, ma solo se la conversione viene effettuata con uno svuotamento completo e un doppio lavaggio. Nei cambi convertiti solo parzialmente (qualcuno ha rabboccato con PAG in una coppa che conteneva ancora qualche litro di olio minerale residuo) si formano morchie nel giro di poche settimane e l'intero riempimento deve essere rifatto. Per gli ambienti in cui la disciplina di manutenzione è scarsa, rimanere con il PAO è spesso la scelta più saggia, anche se costa di più solo come lubrificante: il rischio operativo di contaminazione è significativamente inferiore.
Una volta definita la composizione chimica, la viscosità è la seconda decisione da prendere. Gli oli per ingranaggi a vite senza fine hanno una viscosità maggiore rispetto alla maggior parte degli altri oli per ingranaggi, perché il contatto di scorrimento richiede un film idrodinamico più spesso rispetto al contatto di rotolamento.
Gli oli ISO VG 460 e 680 sono i più utilizzati nei riduttori industriali a vite senza fine e ruota elicoidale. L'ISO VG 220 è impiegato in trasmissioni leggere a basso carico. L'ISO VG 1000 (o mescola AGMA 8A) è utilizzato nei riduttori industriali ad alto carico e a grande distanza tra gli assi, che operano a bassi regimi.
| ISO VG | Grado AGMA | Viscosità cinematica approssimativa a 40 °C | Utilizzo tipico della trasmissione a vite senza fine |
|---|---|---|---|
| VG 220 | AGMA 5 | 220 cSt | Unità di piccole dimensioni, per impieghi leggeri, a bassa temperatura ambiente |
| VG 320 | AGMA 6 | 320 cSt | Uso medio, impostazione predefinita PAG |
| VG 460 | AGMA 7 | 460 cSt | Industriale generale, predefinito per composti minerali |
| VG 680 | AGMA 8 | 680 cSt | Industriale pesante, ambiente caldo, carico elevato |
| VG 1000 | AGMA 8A | 1000 cSt | Azionamenti molto grandi, bassi giri al minuto, per impieghi gravosi |
Due regole pratiche sono fondamentali per la maggior parte delle scelte relative alla viscosità dell'olio. Innanzitutto, quando si passa da un olio minerale a uno sintetico con un indice di viscosità più elevato, è consigliabile scegliere un grado ISO inferiore: un olio minerale VG 680 ha una viscosità a temperatura di esercizio pressoché equivalente a un PAO VG 460 o a un PAG VG 320. In secondo luogo, è preferibile un olio con viscosità più elevata a temperature ambiente e carichi maggiori, e un olio con viscosità inferiore per l'avviamento a freddo e per le trasmissioni ad alta velocità. Per il primo riempimento, una via di mezzo (iniziando con un olio minerale VG 460 per quasi tutte le trasmissioni industriali generiche) va bene, ma è necessario regolare la viscosità in base alla temperatura dell'olio nella coppa e alle condizioni dell'olio al primo cambio.
La temperatura ambiente e quella della sump sono le due variabili che più di ogni altra influenzano la scelta della composizione chimica del substrato. Un semplice diagramma ad albero decisionale risolve la questione in tre semplici passaggi.
Domanda 1: Qual è la temperatura di equilibrio del serbatoio a pieno carico?
Al di sotto dei 70 gradi Celsius → l'olio minerale composto va bene. Tra 70 e 90 gradi → passare all'olio sintetico PAO. Al di sopra dei 90 gradi → è necessario l'olio poliglicolico PAG o un raffreddamento supplementare.
Domanda 2: Per quante ore al giorno è in funzione il servizio di trasporto?
Meno di 8 ore intermittenti → il composto minerale copre economicamente il costo. Da 8 a 16 ore al giorno → PAO se la sump è calda, minerale se rimane fredda. 16 ore o più continue → PAG si ripaga grazie al risparmio di elettricità entro 18 mesi nella maggior parte degli impianti.
Domanda 3: La temperatura della coppa dell'olio varierà di oltre 60 gradi Celsius tra l'avvio a freddo e il pieno funzionamento?
Sì (installazioni esterne, impianti non riscaldati, avviamenti invernali) → l'olio sintetico è fortemente preferito per il suo indice di viscosità più elevato. Il PAO è la scelta più sicura. Il PAG è ancora meglio, ma vale la pena solo se l'utilizzo continuo giustifica il costo.
Nei report che riceviamo dai clienti che richiedono la sostituzione di componenti, si riscontrano ripetutamente tre tipologie di guasto. Ognuna di esse è prevenibile, ognuna è costosa ed ognuna è stata causata da una decisione di manutenzione che ha trascurato uno dei principi descritti nelle sezioni precedenti. Comprendere questi schemi aiuta a evitarli sulle proprie apparecchiature.
Un piccolo produttore vietnamita di nastri trasportatori ha rabboccato le coppe dell'olio del cambio sulla propria linea di assemblaggio con olio per assali ipoidi API GL-5, della stessa gradazione di viscosità ISO della specifica originale, ma molto più economico al litro, che era rimasto sullo scaffale della manutenzione perché la stessa officina effettuava anche la manutenzione di autocarri. Entro tre mesi, le ruote in bronzo hanno mostrato un'ossidazione superficiale visibile attraverso l'oblò di ispezione. Al sesto mese, la corrosione dei fianchi dei denti era così grave da causare un calo dell'efficienza di trasmissione dell'8% e un aumento udibile della rumorosità di esercizio. Diagnosi: il GL-5 contiene additivi EP aggressivi a base di zolfo e fosforo che si attivano al di sopra dei 70 gradi Celsius, e le ruote in bronzo funzionavano a temperature comprese tra 75 e 80 gradi. Lo zolfo attivo ha attaccato il rame, producendo scaglie nere di solfuro di rame e corrodendo la superficie dei denti della ruota dalla zona di contatto verso l'esterno. Soluzione: svuotare, lavare con olio minerale leggero, riempire con olio per ingranaggi ISO VG 460 specifico per metalli gialli. Le ruote dovevano essere sostituite; il risparmio sull'olio per differenziali economico è costato al cliente quindici volte il costo originale della sostituzione del cambio in termini di richieste di garanzia.
Un impianto coreano di confezionamento alimentare ha deciso di passare dall'olio minerale ISO VG 460 al PAG ISO VG 320 per prolungare gli intervalli di cambio olio sulla sua linea di produzione a turni. Il team di manutenzione ha svuotato le coppe, le ha riempite con PAG e ha riavviato la linea. Entro due settimane, le coppe del riduttore hanno mostrato una visibile melma: un deposito gelatinoso marrone che galleggiava sulla superficie del PAG. L'efficienza della trasmissione era diminuita, la temperatura della coppa era salita di 15 gradi rispetto al previsto e una guarnizione del riduttore aveva iniziato a trasudare. Diagnosi: l'olio minerale residuo rimasto nella coppa dopo il primo svuotamento (in genere dal 5 al 10% del volume di riempimento aderisce alle superfici interne e alle sedi dei cuscinetti) aveva reagito con il PAG, formando la caratteristica melma da incompatibilità. La procedura di conversione aveva saltato la fase di lavaggio. Soluzione: completare un secondo svuotamento, lavare con olio di lavaggio compatibile con il PAG, riempire con PAG fresco, sostituire le guarnizioni interessate. La lezione: il passaggio dagli idrocarburi ai PAG richiede svuotamento → lavaggio → riempimento, mai solo svuotamento → riempimento.
Un produttore giapponese di miscelatori ha acquistato riduttori a vite senza fine standard per montaggio orizzontale e li ha installati su alberi di agitatori verticali senza modificare il livello di riempimento dell'olio. Il volume di riempimento specificato per il montaggio orizzontale immergeva la vite senza fine per circa il 30% del suo diametro, una quantità adeguata per la lubrificazione a sbattimento. Con il riduttore ruotato di 90 gradi, lo stesso volume di riempimento lasciava la vite senza fine immersa solo per il 5% all'avvio. Entro il primo mese, i denti della ruota hanno mostrato segni di usura su un lato. Diagnosi: l'insufficiente immersione dell'olio nell'orientamento verticale ha impedito alla filettatura della vite senza fine di raccogliere abbastanza olio per creare un film idrodinamico adeguato all'avvio. Il sistema di azionamento funzionava in condizioni di lubrificazione limite ad ogni avviamento a freddo. Soluzione: rabboccare il livello di riempimento fino al segno specificato dal fornitore per il montaggio verticale e verificare che lo sfiato e l'indicatore del livello dell'olio fossero posizionati correttamente per il nuovo orientamento. Lezione appresa: il livello dell'olio è importante quanto la sua composizione chimica e la modifica dell'orientamento di montaggio comporta sempre una modifica del volume di riempimento corretto.
Only for the shortest possible duration to limp the equipment to a maintenance shutdown. Motor oil and hydraulic oil lack the viscosity and the boundary lubrication additives needed for sliding-contact gearing. Running on either fluid for more than a few hours under load will scuff the bronze wheel. If the original lubricant is unavailable in the field, ISO VG 220 or higher hydraulic oil is less bad than ISO VG 32 hydraulic oil. Do not extend an “emergency fill” beyond the next scheduled service window.
Check the technical data sheet for ASTM D130 copper strip corrosion test results. A rating of 1A or 1B means yellow-metal-safe and suitable for bronze worm wheels. A rating of 2 or higher is borderline. A rating of 3 or 4 means the oil will corrode bronze under normal operating temperatures and should not be used. Most modern industrial worm gear oils explicitly list “1B at 121°C” or similar in the data sheet — if the data sheet is silent on copper compatibility, treat the oil as suspect.
L'olio composto utilizza acidi grassi (in genere dal 4 al 10% di sego non acido o equivalente sintetico) miscelati all'olio base minerale per fornire lubrificazione diretta. L'olio per ingranaggi EP utilizza additivi chimicamente attivi (zolfo, fosforo, borati) che reagiscono con la superficie metallica ad alta pressione di contatto per formare una pellicola sacrificale. Per le ruote a vite senza fine in bronzo, l'olio composto è intrinsecamente più sicuro perché non contiene additivi chimicamente attivi che potrebbero corrodere il metallo giallo. Anche i moderni oli per ingranaggi EP con zolfo disattivato sono sicuri, ma la sicurezza dipende interamente dalla formulazione: l'olio composto è l'opzione predefinita più conservativa.
L'intervallo di cambio olio dipende dalla composizione chimica, dalla temperatura della coppa e dal ciclo di lavoro. Valori tipici: olio minerale composto da 4.000 a 6.000 ore di funzionamento, olio sintetico PAO da 8.000 a 12.000 ore, olio poliglicolico PAG da 16.000 a 20.000 ore. La temperatura della coppa dimezza tutti questi valori al di sopra dei 90 gradi Celsius (regola di Arrhenius: la degradazione chimica raddoppia approssimativamente per ogni 10 gradi Celsius). Per le apparecchiature critiche, l'analisi dell'olio ogni 1.000-2.000 ore fornisce un intervallo di sostituzione basato sulle condizioni più accurato rispetto alla sostituzione basata sul calendario.
Nei piccoli azionamenti sigillati a vita, sì: la maggior parte degli attuatori per sedili automobilistici, dei timer per elettrodomestici e dei piccoli riduttori a vite senza fine azionati da motori a corrente continua utilizzano grasso PAO addensato con sapone di litio a vita. Il compromesso: il grasso non migra all'interno del riduttore come fa l'olio, quindi la dissipazione del calore è scarsa e la capacità di carico è inferiore. Per gli azionamenti industriali superiori a 1 kW, l'olio è la soluzione giusta; per i microattuatori inferiori a 50 W, il grasso è solitamente preferibile per la semplicità della tenuta.
I lubrificanti registrati NSF H1 per il contatto accidentale con gli alimenti sono disponibili in versioni minerali composte e sintetiche PAO, entrambe formulate per essere sicure per i metalli gialli. Le prestazioni sono in qualche modo compromesse rispetto agli equivalenti di grado industriale perché la scelta degli additivi è limitata dalle normative FDA: gli oli H1 hanno intervalli di cambio olio più brevi e una capacità di carico inferiore rispetto agli equivalenti di grado industriale. Per le applicazioni farmaceutiche e alimentari che utilizzano coppie di viti senza fine e ruote elicoidali in acciaio inossidabile, questo compromesso è accettabile; per le coppie di ruote in bronzo in ambienti regolamentati, è generalmente più economico passare a componenti in acciaio inossidabile e ottenere la conformità normativa senza penalizzare l'efficienza.
Per un set di ingranaggi nudi installato in un alloggiamento costruito dal cliente, il cliente sceglie e aggiunge il lubrificante e deve assumersi la responsabilità della compatibilità dell'additivo con il bronzo. Per un completo riduttore a vite senza fine Se il riduttore viene spedito pre-riempito, il fornitore ha già specificato e aggiunto l'olio corretto in fabbrica e la scheda tecnica sull'unità dovrebbe corrispondere al lubrificante al suo interno. Quando si ordina un riduttore pre-confezionato, è sempre necessario verificare che il tipo di lubrificante indicato sulla targhetta corrisponda alle specifiche dell'ordine: a volte si verificano sostituzioni durante la produzione ed è fondamentale che il team di manutenzione sappia cosa c'è effettivamente nella coppa dell'olio per il successivo cambio.
Il messaggio principale da ricordare di questo articolo è l'importanza della composizione chimica degli additivi rispetto al grado di viscosità. Una coppia vite senza fine e ruota elicoidale tollera un errore di viscosità di un grado e perde solo pochi punti percentuali di efficienza. Lo stesso sistema, tuttavia, non tollera un pacchetto di additivi errato: un errore in questo senso danneggia la ruota in bronzo in modo sensibilmente più rapido di qualsiasi altro errore di manutenzione. Specificare sempre un olio adatto ai metalli gialli. Controllare sempre la scheda tecnica prima di cambiare marca. Effettuare sempre uno svuotamento completo e un lavaggio prima di passare da un tipo di olio minerale a uno PAO o PAG. E verificare sempre il livello di riempimento della coppa in base all'effettivo orientamento di montaggio, non a quello predefinito del catalogo.
Per i team di progettazione OEM coreani e giapponesi che desiderano una specifica del lubrificante adatta a una geometria di trasmissione e a un ciclo di lavoro specifici, il nostro ufficio tecnico raccomanda una composizione chimica dell'olio, una viscosità e un intervallo di cambio in base al profilo operativo effettivo. Catalogo standard set di ingranaggi a vite senza fine in bronzo fosforoso e bronzo all'alluminio spedire con una specifica di riempimento consigliata — richiedere un revisione delle specifiche di lubrificazione se la temperatura di esercizio, il ciclo di lavoro o l'ambiente di lavoro differiscono dalle ipotesi del catalogo.
Inviaci la marca e il codice prodotto dell'olio, la temperatura dell'olio nella coppa del cambio e il ciclo di lavoro. Verificheremo la compatibilità degli additivi con il materiale dei tuoi cerchi e ti consiglieremo un prodotto sostitutivo se il livello attuale dell'olio sta mettendo a rischio il bronzo.
Redattore: Cxm
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