I servomotori sono costruiti per la precisione, sia che si tratti di mantenere una posizione, di aiutare a tracciare un percorso utensile o di mantenere una velocità impostata sotto carico. 

Ma anche i sistemi più affidabili hanno i loro limiti. Se si spingono troppo in là, se si saltano i controlli di routine o se si opera in condizioni non ottimali, si iniziano a vedere i guasti dei servomotori, a volte in modo graduale, a volte in modo (letteralmente) eclatante.

Questo articolo esamina i guasti più comuni dei servomotori, come si sviluppano e cosa si può fare per individuarli prima che causino danni gravi.

Quali sono i sintomi più comuni di un servomotore difettoso?

I servomotori di solito non si guastano senza preavviso, ma quando si guastano, raramente sono impercettibili. Individuare tempestivamente i problemi può salvarvi da fermi macchina imprevisti ed evitare riparazioni più costose. Ecco a cosa prestare attenzione e perché si verificano questi guasti ai servomotori:

• Strani rumori: I rumori di smerigliatura, ronzio o scatto possono indicare qualsiasi cosa, dai cuscinetti usurati ai guasti elettrici o all'usura meccanica interna.
• Vibrazioni: Vibrazioni eccessive o improvvise indicano solitamente un disallineamento, un problema al rotore o un allentamento di qualcosa all'interno dell'alloggiamento.
• Surriscaldamento: Se il motore si surriscalda più del previsto, potrebbe trattarsi di un carico eccessivo, di un flusso d'aria insufficiente o di problemi elettrici più profondi.
• Funzionamento irregolare: Variazioni casuali della velocità, balbuzie o perdita di sincronizzazione sono spesso indice di guasti all'encoder, cablaggio difettoso o comunicazione errata con il sistema di controllo.
• Perdita di precisione ed efficienza: Fatica a mantenere la posizione o consuma più energia del solito? Spesso si tratta di un problema di anello di retroazione, di resistenza meccanica o di usura dell'encoder.
• Errori del sistema di controllo: Se il sistema di controllo presenta errori, è probabile che segnali problemi di carico, surriscaldamento o collegamenti di feedback interrotti.

Guasti comuni dei servomotori

Questa sezione tratta i soliti sospetti quando i servomotori si mettono di traverso.

Per ogni guasto, analizzeremo quali sono le cause, come individuarlo tempestivamente e cosa si può fare per prevenire (o almeno contenere) il danno prima che distrugga l'intero sistema.

Surriscaldamento

Il surriscaldamento è uno dei guasti più dannosi dei servomotori. Se non viene controllato, il calore eccessivo può friggere gli avvolgimenti, rompere l'isolamento e compromettere le prestazioni complessive.

Perché si verifica questo problema

• Temperature ambientali elevate: Il funzionamento dei motori in ambienti caldi li spinge oltre i limiti termici di sicurezza.
• Percorsi di raffreddamento bloccati: Polvere, detriti o accumuli intorno all'alloggiamento del motore possono ostacolare il flusso d'aria e intrappolare il calore.
• Cicli di lavoro lunghi: Il funzionamento continuo senza sufficiente riposo non dà tempo al calore di dissiparsi.
• Scarsa ventilazione: Gli spazi stretti con un flusso d'aria limitato non consentono al motore di respirare.
• Interni usurati: Le parti che invecchiano generano più attrito, il che significa più calore.

Sintomi e segni

• Eccesso di calore: Un evidente accumulo di calore durante o dopo il funzionamento indica un potenziale surriscaldamento.
• Decolorazione: I componenti scoloriti possono indicare un'esposizione eccessiva alla temperatura.
• Odore di bruciato: Un odore di bruciato indica spesso un danno all'isolamento o un riscaldamento eccessivo dei componenti.

Metodi di rilevamento

• Sensori di temperatura: Monitoraggio in tempo reale dei livelli di calore del motore.
• Imaging termico: Rileva i punti caldi e la distribuzione non uniforme del calore.
• Ispezione manuale: Identificare i segni di surriscaldamento attraverso l'ispezione fisica.

Consigli per la prevenzione e la manutenzione

• Ventilazione adeguata: Assicurarsi che i motori funzionino in ambienti ben ventilati.
• Ambienti a clima controllato: Se possibile, far funzionare i motori a temperatura e umidità controllate.
• Manutenzione regolare: Pulire i sistemi di raffreddamento e sostituire le parti usurate per garantire prestazioni costanti.
• Ventole di raffreddamento: Installare ventole aggiuntive per migliorare il flusso d'aria.
• Meccanismi di sicurezza: Utilizzare sistemi che attivano lo spegnimento quando vengono superati i limiti di sicurezza della temperatura.

Guasto del cuscinetto

La rottura dei cuscinetti è uno dei guasti più comuni dei servomotori. Quando i cuscinetti si guastano, l'attrito aumenta, il rumore si fa sentire e, in breve tempo, il motore inizia a faticare. Poiché i cuscinetti fanno girare l'albero in modo fluido, qualsiasi problema in questo punto può compromettere l'efficienza e causare problemi di prestazioni più gravi.

Perché si verifica questo problema

• Normale usura: I cuscinetti si degradano nel tempo a causa del funzionamento continuo e dei cicli di carico.
• Installazione o reinstallazione non corretta: Il disallineamento dovuto a un'installazione errata accelera l'usura dei cuscinetti e causa inefficienza.
• Contaminazione: Sporco, polvere e altre particelle possono infiltrarsi nel sistema dei cuscinetti, causando usura abrasiva e guasti.
• Sovraccarico: Carichi eccessivi oltre i limiti di progetto causano stress e degrado precoce dei cuscinetti.
• Scarsa lubrificazione: Una lubrificazione insufficiente o degradata aumenta l'attrito, con conseguente usura più rapida.

Sintomi e segni

• Suoni anomali: Rumori stridenti, cigolanti o stridenti durante il funzionamento indicano che il cuscinetto è in difficoltà.
• Aumento delle vibrazioni: Vibrazioni eccessive spesso indicano un disallineamento o un'usura dei cuscinetti.
• Generazione di calore: I cuscinetti surriscaldati provocano attrito e potenziali danni.

Metodi di rilevamento

• Sensori di vibrazione: Monitorare e rilevare i segni precoci di schemi di movimento anormali nell'apparato motorio.
• Ispezione manuale: Controlli regolari per rilevare rumori, calore o segni di usura.
• Monitoraggio della temperatura: Traccia continuamente i livelli di calore per identificare il surriscaldamento.

Consigli per la prevenzione e la manutenzione

• Controllo di routine e sostituzione dei cuscinetti: Programmare le ispezioni e sostituire i cuscinetti secondo le necessità.
• Utilizzare i sensori di vibrazione: La diagnosi precoce può prolungare la durata di vita del motore.
• Tecniche di installazione corrette: Assicurare l'allineamento durante l'installazione dei cuscinetti.
• Mantenere puliti i cuscinetti: Ridurre al minimo la contaminazione pulendo regolarmente i componenti del motore.
• Lubrificazione: Applicare una lubrificazione adeguata per ridurre l'usura e l'attrito.

Guasto ai freni

I guasti ai freni dei servomotori possono causare errori di posizionamento e tempi di fermo imprevisti. Poiché il freno ha il compito di mantenere la posizione, è soggetto a usura, soprattutto se viene utilizzato troppo spesso o se è costretto a gestire arresti frequenti o di emergenza.

Perché si verifica questo problema

• Arresto ripetitivo e E-Stop: I servofreni non sono in genere progettati per arresti frequenti o per ripetuti arresti di emergenza, il che comporta un'usura accelerata.
• Contaminazione: Polvere, olio e altri agenti contaminanti possono compromettere il funzionamento dei freni e portare a un degrado delle prestazioni.
• Design chiuso: Molti servomotori con gradi di protezione elevati, come l'IP65, ospitano internamente i freni, complicando le ispezioni e le sostituzioni.

Sintomi e segni

• Rumori insoliti: I rumori stridenti o di stridio durante il funzionamento del motore possono indicare problemi ai freni.
• Funzionamento irregolare: Il movimento irregolare del motore o i problemi di controllo spesso indicano un malfunzionamento dei freni.
• Generazione di calore: L'eccessivo calore intorno all'area dei freni indica un imminente guasto ai freni.

Metodi di rilevamento

• Ispezione visiva: Controlli di routine per rilevare segni di usura, contaminazione o danni.
• Test delle prestazioni: Valutazione delle prestazioni dei freni in condizioni di carico per identificare le incongruenze.
• Imaging termico: Le termocamere aiutano a rilevare una distribuzione insolita del calore nell'impianto frenante.

Consigli per la prevenzione e la manutenzione

• Innestare correttamente i freni: Innestare i freni solo quando il motore è fermo per ridurre al minimo l'usura dinamica.
• Utilizzare freni specializzati per le soste frequenti: Per le applicazioni che richiedono arresti ripetuti, utilizzare freni progettati per l'arresto dinamico, come i freni a molla o a doppia faccia C.
• Ispezione regolare: Programmare ispezioni di routine per monitorare l'usura e la contaminazione.
• Mantenere ambienti puliti: Mantenere l'area di lavoro libera da agenti contaminanti come polvere e olio.
• Installazione corretta: Seguire le corrette procedure di installazione per garantire il funzionamento e la durata dei freni.

Il servomotore non gira

Se un servomotore non gira, si è in presenza di un guasto. Che si tratti del motore, dell'azionamento o del controllore, qualcosa nella catena del segnale è rotto. Il risultato è un fermo macchina, chiaro e semplice.

Perché si verifica questo problema

• Problemi del controller:
  • Problemi di uscita del DAC: Se l'uscita del convertitore digitale-analogico (DAC) non è corretta, il motore potrebbe non girare.
  • Software obsoleto: L'utilizzo di un software non corretto o non aggiornato può compromettere la funzione motoria.
• Problemi di trasmissione:
  • Efficienza dell'azionamento: Un funzionamento inefficiente del convertitore di frequenza può compromettere le prestazioni del motore.
  • Guasto dell'unità: Un azionamento guasto può impedire al motore di girare.

Sintomi e segni

• Inattività motoria: Il motore non si muove come previsto.
• Errori del sistema di controllo: Vengono visualizzati messaggi di errore o guasti nel sistema di controllo.
• Mancanza di risposta: Il motore non reagisce agli input di controllo.

Metodi di rilevamento

• Diagnostica del sistema di controllo: Controllare che il controllore e l'azionamento non presentino guasti utilizzando strumenti di diagnostica.
• Test manuali: Prova la risposta del motore agli ingressi di controllo diretto.
• Analisi del software: Esaminare il software di controllo per individuare eventuali errori o codice obsoleto.

Consigli per la prevenzione e la manutenzione

• Aggiornamenti regolari del software:
  • Mantenere il software aggiornato: Aggiornare regolarmente il software di controllo per evitare problemi di compatibilità.
• Manutenzione dell'unità:
  • Autotest di routine: Eseguire periodicamente l'autotest dell'unità.
  • Riparazioni tempestive: Affrontare tempestivamente i problemi delle unità.
• Manutenzione del controller:
  • Verifica delle impostazioni: Controllare regolarmente le impostazioni del software/hardware del controllore.
  • Controllare i parametri: Assicurarsi che i profili di guadagno, velocità e accelerazione siano corretti.

Il servomotore si spegne ad alta velocità

Se un servomotore si spegne ad alta o alla massima velocità, di solito significa che qualcosa non funziona nella protezione da sovraccarico, nel raffreddamento o nel sistema elettrico. In ogni caso, se non si interviene, si rischia un fermo macchina.

Perché si verifica questo problema

• Sistema di protezione da sovraccarico difettoso: Un sistema di protezione da sovraccarico malfunzionante può arrestare prematuramente il motore quando è sottoposto a un carico eccessivo.
• Surriscaldamento rapido: Il funzionamento ad alta velocità senza un raffreddamento sufficiente causa il danneggiamento dei componenti interni e l'arresto.
• Cuscinetti inadeguati: I cuscinetti sottoposti a scarsa manutenzione o installati in modo improprio contribuiscono al surriscaldamento e al guasto del motore.
• Fusibili bruciati o vecchi: I fusibili obsoleti o bruciati interrompono il flusso elettrico, causando arresti.
• Condensatori difettosi: I condensatori difettosi interferiscono con le funzioni elettriche del motore, causando arresti.
• Malfunzionamento del contagiri: Letture imprecise del numero di giri possono causare regolazioni errate e costringere il motore a spegnersi.
• Cadute di tensione o cablaggio scadente: L'instabilità elettrica o il cablaggio difettoso possono causare un funzionamento irregolare del motore.

Sintomi e segni

• Il motore si spegne inaspettatamente: Il motore si arresta dopo aver raggiunto velocità elevate.
• Surriscaldamento: Il motore diventa insolitamente caldo.
• Rumori insoliti: Rumori sferraglianti o lamentosi provenienti dal motore.
• Prestazioni incoerenti: Velocità del motore fluttuante o arresti imprevisti ad alta velocità.

Metodi di rilevamento

• Imaging termico: Rileva i punti caldi di surriscaldamento del motore.
• Monitoraggio delle prestazioni: Controllare le prestazioni del motore per individuare eventuali segni di sovraccarico o surriscaldamento.
• Ispezione visiva: Cercare segni di danni fisici o di surriscaldamento.
• Test elettrici: Utilizzare un multimetro per verificare la presenza di problemi quali fusibili bruciati o condensatori danneggiati.

Consigli per la prevenzione e la manutenzione

• Manutenzione regolare: Eseguire controlli di routine per garantire il corretto funzionamento di tutti i componenti.
• Soluzioni di raffreddamento: Installare dispositivi di raffreddamento aggiuntivi come ventole o dissipatori di calore per evitare il surriscaldamento.
• Ispezioni elettriche: Ispezionare regolarmente il cablaggio, i fusibili e i condensatori per verificare che non siano usurati o danneggiati.
• Calibrazione del contagiri: Calibrare periodicamente il contagiri per mantenere una lettura accurata della velocità.

Albero motore rotto

La rottura di un albero è una delle conseguenze più gravi: blocca il motore e può distruggere tutto ciò a cui è collegato. Di solito è dovuto a sollecitazioni meccaniche, disallineamento o sovraccarico e, se non viene preso in tempo, il danno si diffonde rapidamente.

Perché si verifica questo problema

• Progettazione meccanica inadeguata: Quando l'albero non è progettato per gestire forze di carico radiali eccessive, può rompersi sotto sforzo, causando il guasto del motore.
• Carico bloccato o grave sovraccarico: Se il motore è sottoposto a un sovraccarico momentaneo o a un carico bloccato, l'albero subisce un brusco aumento della forza, che può provocarne la rottura.
• Disallineamento durante il montaggio: L'allineamento non corretto tra il motore e i componenti collegati crea una sollecitazione non uniforme sull'albero, che può portare a fratture.

Sintomi e segni

• Perdita di coppia del motore: La rottura o il danneggiamento dell'albero comporta la perdita di potenza del motore, che non riesce a trasmettere efficacemente la coppia.
• Rumore sferragliante o anomalo durante il funzionamento del motore: Suoni insoliti, come lo stridio, possono indicare un problema meccanico dell'albero.
• Motore poco reattivo anche se alimentato: Il motore potrebbe non funzionare affatto, anche se viene fornita l'alimentazione elettrica, a causa della rottura dell'albero.

Metodi di rilevamento

• Ispezione visiva dell'albero motore e dei componenti collegati: Controllare che l'albero non presenti crepe, deformazioni o disallineamenti visibili.
• Monitoraggio della coppia durante il funzionamento: Monitorare la coppia erogata dal motore per individuare eventuali cali improvvisi che potrebbero indicare un guasto all'albero.
• Analisi delle vibrazioni per rilevare squilibri o disallineamenti: I sensori di vibrazione possono aiutare a identificare modelli anomali che suggeriscono problemi all'albero, come uno squilibrio o un disallineamento.

Consigli per la prevenzione e la manutenzione

• Progettare i motori per gestire le forze di carico previste: Assicurarsi che il motore e l'albero siano progettati per accogliere il carico massimo previsto per evitare sovraccarichi.
• Monitoraggio delle operazioni sul lato carico per rilevare eventuali sollecitazioni eccessive: Controllare regolarmente il lato di carico del motore per verificare che non sia soggetto a forze superiori alla sua capacità progettuale.
• Garantire l'allineamento di precisione durante l'assemblaggio: Utilizzare metodi di allineamento precisi durante l'installazione per evitare disallineamenti che potrebbero causare la rottura dell'albero.

Problemi di lubrificazione

Quando la lubrificazione si rompe, l'attrito aumenta, il calore aumenta e le prestazioni subiscono un calo. Mantenete le parti in movimento adeguatamente lubrificate, altrimenti rischiate l'usura, l'inefficienza e, infine, il guasto del motore.

Perché si verifica questo problema

• Lubrificazione inadeguata: Aumenta l'attrito, causando usura e surriscaldamento.
• Contaminazione: Sporco e detriti degradano la qualità del lubrificante, aumentando l'attrito e l'usura.
• Lubrificante inadeguato: L'uso di tipi incompatibili può ridurre l'efficacia e danneggiare i componenti.

Sintomi e segni

• Rumori o vibrazioni insoliti durante il funzionamento: Una lubrificazione insufficiente o degradata provoca un aumento dell'attrito, che spesso si manifesta con rumori e vibrazioni stridenti o insoliti.
• Surriscaldamento dovuto all'attrito: Senza un'adeguata lubrificazione, l'attrito aumenta, causando il surriscaldamento del motore, che può danneggiare ulteriormente i componenti.
• Diminuzione delle prestazioni motorie: L'aumento dell'attrito e del calore determina una riduzione dell'efficienza, causando un funzionamento lento o irregolare del motore.

Metodi di rilevamento

• Ispezione visiva per rilevare eventuali segni di usura o rumorosità: Ispezionare il motore e i componenti circostanti per verificare l'eventuale presenza di usura visibile, rumori insoliti o segni di perdita di lubrificante.
• Monitoraggio della temperatura del motore per verificare il surriscaldamento: Monitorare costantemente la temperatura del motore per rilevare aumenti anomali che potrebbero indicare una lubrificazione insufficiente o un attrito eccessivo.
• Analisi delle prestazioni per individuare le inefficienze: Valutare regolarmente le prestazioni e l'efficienza del motore per individuare i segni di inefficienza legati all'attrito, come la diminuzione della potenza o l'aumento del consumo energetico.

Consigli per la prevenzione e la manutenzione

• Implementare un programma di lubrificazione di routine: Stabilire un programma regolare per la lubrificazione delle parti mobili, assicurandosi che rimangano adeguatamente lubrificate e prive di contaminanti.
• Utilizzare il lubrificante appropriato per il motore: Scegliere sempre il lubrificante adatto al modello di motore e alle condizioni operative specifiche per garantire prestazioni e protezione ottimali.
• Sigillare il motore per evitare la contaminazione: Utilizzare guarnizioni e coperture protettive per evitare che gli agenti contaminanti penetrino nel motore e compromettano la qualità e il funzionamento del lubrificante.

Guasti del servomotore classificati per gravità

Come si è detto nell'introduzione, non tutti i guasti sono uguali. Alcuni guasti possono essere catastrofici e causare un guasto immediato del sistema, mentre altri hanno un effetto negativo più graduale sulle prestazioni del sistema. In ogni caso, un grammo di prevenzione vale più di un chilo di cura, quindi se notate qualcosa che non va nell'hardware del vostro servomotore, non indugiate e fatelo riparare il prima possibile.

Valutazione della gravità Spiegazione:

• 5: Guasto catastrofico con fermo macchina immediato
• 4: Impatto grave, rischio di danni significativi, necessità di un'azione correttiva urgente
• 3: Impatto moderato, danno progressivo, notevole degrado delle prestazioni
• 2: Impatto lieve, degrado graduale per periodi prolungati
• 1: Impatto trascurabile, facilmente gestibile

È necessario riparare o sostituire un servomotore guasto?

La decisione si basa su costi, tempi di fermo, età del motore, disponibilità dei ricambi e piani di aggiornamento.

La sostituzione è solitamente preferibile se i costi di riparazione raggiungono il 50-70% del prezzo di un motore nuovo o se i tempi di inattività compromettono la produttività. È anche la scelta più intelligente per i motori più vecchi con problemi frequenti, parti difficili da trovare o scarse prestazioni dopo la riparazione.

La copertura della garanzia può far pendere la bilancia verso l'alto riducendo i costi e rendendo più chiara la scelta.

Quanto dovrebbe durare un servomotore?

I servomotori hanno in genere una durata di vita compresa tra 20.000 e 30.000 ore di funzionamento in condizioni standard. Questa stima dipende da fattori quali i modelli di utilizzo, la qualità della manutenzione e le condizioni ambientali. 

Per ulteriori approfondimenti sulla longevità dei servomotori e sulle migliori pratiche per garantire una durata ottimale, consultare le informazioni fornite da Controlli di movimento avanzati.

Conclusione

I servomotori offrono precisione, velocità e affidabilità, ma problemi come surriscaldamento, guasti meccanici e fattori ambientali possono compromettere le prestazioni.

Installare l'hardware in modo corretto e in un ambiente pulito è un buon modo per iniziare la vita operativa di un servo.

Un monitoraggio costante, una diagnostica intelligente e un ambiente pulito e stabile sono la chiave per mantenere i servosistemi in perfetta efficienza una volta operativi.

Il rilevamento precoce dei guasti con strumenti come i sensori di temperatura e gli analizzatori di vibrazioni può anche aiutare a prevenire danni e tempi di fermo una volta che il sistema è in funzione. 

Come dice il proverbio, l'azione precoce batte il rimpianto tardivo, quindi affrontate i problemi dei servomotori prima che diventino seri. Perché quando un servo si guasta a metà ciclo, l'unica cosa che si muove velocemente è il vostro livello di stress.