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5 ANALISI DI UN SEGNALE VIBRAZIONALE NEL DOMINIO DEL TEMPO
5.1 R (RMS) 19OOT MEAN SQUARE
5.2 C ( , CF) 22REST FACTOR FATTORE DI CRESTA
5.3 E (ER) 24NERGY RATIO
5.4 K 26URTOSIS
5.5 FM0 & FM4 295.6 T (TSA) 30IME SYNCHRONOUS AVERAGING
6 ANALISI DI UN SEGNALE VIBRAZIONALE NEL DOMINIO DELLA FREQUENZA
6.1 S F ’ 33ERIE DI OURIER PER L ANALISI NEL DOMINIO DELLA FREQUENZA DI SEGNALI VIBRAZIONALI PERIODICI
6.2 T F ’ 38RASFORMATA DI OURIER PER L ANALISI NEL DOMINIO DELLA FREQUENZA DI SEGNALI NON PERIODICI
6.3 I F :MPLEMENTAZIONE DELLA TRASFORMATA DI OURIER NEI PROGRAMMI DI CALCOLO LA TRASFORMATA RAPIDAF (FFT) 40DI OURIER
6.4 A 43NALISI CEPSTRALE DI SEGNALI VIBRAZIONALI
6.5 F (FRF) ’REQUENCY RESPONSE FUNCTION PER L ANALISI NEL DOMINIO DELLA FREQUENZA DELLA RISPOSTA DI UN48SISTEMA DINAMICO
6.6 T ’ 52ECNICA DI DEMODULAZIONE PER L ANALISI DEI SEGNALI VIBRAZIONALI
7 ANALISI DI UN SEGNALE VIBRAZIONALE NEL DOMINIO DEL TEMPO E DELLA FREQUENZA
8 APPLICAZIONE DELLE TECNICHE DI
SIGNAL PROCESSING PER L'ANALISI DI SEGNALI VIBRAZIONALI SPERIMENTALI DI INGRANAGGI
CONCLUSIONI
INTRODUZIONE
Una prerogativa fondamentale delle macchine è l'affidabilità e la durabilità affinché l'investimento si riveli vantaggioso. Il progresso tecnologico contribuisce alla progettazione di macchine e di tutti gli organi che la compongono per fornire al cliente un prodotto di qualità, ma contribuisce anche a perfezionare i metodi di analisi per monitorarne lo stato.
Durante la vita operativa delle macchine possono insorgere malfunzionamenti che riducono la qualità del loro operato portando nei casi peggiori ad una loro rottura. Dunque efficienti ed efficaci metodi di analisi, diagnostica e prognostica dei problemi che possono occorrere alle macchine vanno di pari passo con una buona progettazione.
Le macchine si distinguono in energetiche, quanto sono volte ad effettuare scambi energetici o a trasformare l'energia da una
Le differenze tra un buon funzionamento del sistema ed in condizioni di malfunzionamento sono evidenti. Il cedimento di un organo meccanico, nel nostro caso delle ruote dentate, è la rottura del materiale di cui è costituito ed è il risultato di una sovrasollecitazione che supera il limite di resistenza meccanica caratteristico di tale materiale e/o dell'utilizzo del componente in condizioni operative non ottimali.
Il cedimento nel caso degli ingranaggi è dovuto comunemente a quattro meccanismi:
- Fatica
- Usura
- Scuffing
- Pitting
2.1 FATICA
In un ingranaggio, in cui si ha l'ingranamento di due ruote dentate, ciascuna delle due ha i propri denti sottoposti ad uno sforzo di flessione che è variabile nel tempo a causa del braccio della forza di contatto che varia durante l'ingranamento delle ruote. La variazione del braccio è dovuta al moto relativo tra i denti in presa, moto di rototraslazione.
La frattura per fatica inizia a manifestarsi solitamente dopo un enorme numero di cicli di funzionamento e il meccanismo di frattura si suddivide in tre fasi: innesco, propagazione e rottura. L'innesco della frattura inizia solitamente alla base del dente e si propaga lungo il suo spessore. Propagandosi si ha la riduzione progressiva della sezione resistente del dente fino a che questa non risulta insufficiente per sopportare il carico, giungendo così ad una rottura di tipo fragile. In un cedimento per fatica la superficie dove è avvenuta la frattura mostra i segni tipici di questo tipo di rotture: presenta le "linee di spiaggia" nella zona di propagazione del crack mentre la zona di frattura fragile risulta brillante e puntinata.
Nella figura sottostante si osserva una tipica superficie nata da una frattura per fatica di un dente di una ruota ed il modo in cui, partendo dalla base del dente, la frattura tende a propagarsi.
92.2 U SURAÈ un meccanismo
continuo che si manifesta quando il sottile film di fluido lubrificante che separa i denti in presa di una coppia di ruote dentate viene interrotto e si ha il contatto diretto tra le superfici dei denti. L'usura si manifesta sempre in quanto durante il funzionamento il materiale degli organi di macchina in contatto e in moto relativo si consuma. Le cause che accelerano tale meccanismo sono ad esempio una lubrificazione inadeguata, la presenza di particelle abrasive nel lubrificante che scalfiscono la superficie dei denti o ancora la corrosione delle superfici. Il processo, una volta iniziato, accelera sempre di più consumando progressivamente il materiale e portando ad un indebolimento dei denti nonché a ripercussioni sul moto a causa di una variazione del rapporto di condotta. 2.3 SCUFFING Consiste nello sfregamento dei fianchi di due denti in presa. Quando tra due denti in presa, e dunque in moto relativo, si ha un notevole strisciamento dei loro fianchi il film di fluido lubrificante può essere interrotto e si ha il contatto diretto tra le superfici dei denti. Questo provoca un'usura accelerata e danni ai denti stessi. Le cause di questo fenomeno possono essere diverse, come ad esempio una lubrificazione inadeguata o una presenza di particelle abrasive nel lubrificante. Il fenomeno di scuffing può portare a un deterioramento del sistema e a un malfunzionamento delle ruote dentate.Il lubrificante interposto viene interrotto portando al contatto diretto, metallo su metallo, ed al distacco del materiale dal fianco dei denti. Eventualmente questo meccanismo di usura si può manifestare come microsaldature che si formano nelle zone del fianco di due denti in presa in cui lo strato di lubrificante è interrotto, le quali poi portano al distacco di materiale.
La figura mostra il risultato dello scuffing, in cui si nota come sulla superficie del dente il sfregamento abbia portato ad una sorta di "trascinamento" del materiale.
102.4 P ITTING
È il meccanismo più frequente che porta al cedimento degli ingranaggi, ed in generale al cedimento di tutti gli organi che si scambiano forze tramite il contatto tra due superfici, ed è causato dalla fatica superficiale. Consiste nella formazione di piccoli crateri, detti anche pits, dovuti alla rimozione del materiale sulla superficie del fianco dei denti i quali originano da piccoli crack.
superficiali o sub-superficiali. Si distingue in micropitting e macropitting. Quello più compromettente è il secondo: i crateri sono ben visibili ad occhio nudo e portano ad una notevole riduzione della resistenza meccanica dei denti affetti fino anche ad una loro frattura. Inoltre i pits fungono anche da concentratori di sforzi, portando ad avere picchi tensionali localizzati nelle zone in cui il cratere si è formato. I fattori che influenzano maggiormente questo meccanismo di usura sono:
- Lo stato della superficie dei denti, compresi eventuali trattamenti termici superficiali
- I carichi a cui sono sottoposti i denti
- Condizioni di lubrificazione, dovendo considerare anche l'ingresso del lubrificante nel cratere che può portare ad un suo ingrandimento
La figura successiva mostra due ruote soggette a pitting e notevolmente danneggiate.
11123 C :ONDITION MONITORING DI UN SISTEMA MECCANICO IN COSA CONSISTE E COME VIENE EFFETTUATO PER GLI
ovvero effettuare controlli e interventi preventivi in determinati intervalli di tempo, al fine di evitare guasti improvvisi e costosi. Questa strategia ha permesso di aumentare l'affidabilità dei sistemi e di ridurre i tempi di fermo macchina. Oggi, grazie all'evoluzione tecnologica, è possibile adottare una strategia di manutenzione predittiva, basata sull'utilizzo di sensori e sistemi di monitoraggio avanzati. Questi strumenti permettono di rilevare in tempo reale eventuali anomalie o segnali di guasto imminente, consentendo di intervenire tempestivamente e ridurre al minimo i tempi di fermo macchina. Inoltre, è fondamentale prestare attenzione alla scelta dei materiali e alla progettazione degli ingranaggi. Utilizzare materiali di alta qualità e adottare un design robusto e ben studiato permette di aumentare la resistenza e la durata degli ingranaggi, riducendo così la probabilità di guasti. Infine, una corretta lubrificazione e manutenzione degli ingranaggi è essenziale per garantire il corretto funzionamento nel tempo. Una lubrificazione adeguata riduce l'attrito e l'usura, prolungando la vita degli ingranaggi e garantendo un funzionamento ottimale. In conclusione, l'affidabilità degli ingranaggi è un elemento chiave per garantire la produttività e ridurre i costi nell'industria. Adottare strategie di manutenzione preventiva e predittiva, scegliere materiali di qualità e prestare attenzione alla lubrificazione sono tutti fattori fondamentali per assicurare un funzionamento affidabile e duraturo dei sistemi.che evitava guasti (talvolta catastrofici) ricorrendo a controlli e manutenzioni pianificati. Con l'avvento delle tecnologie più moderne, e con una accessibilità sempre maggiore nel tempo ad esse, si è affermato il condition monitoring, ovvero il controllo continuo dell'integrità del sistema. In altre parole, consiste nell'osservazione dello stato di salute della macchina per evitare guasti. Si basa sull'osservazione e sull'analisi di dati sulle vibrazioni, emissioni acustiche, temperature, pressioni. Rispetto alla manutenzione pianificata si ottengono vantaggi in termini di costi, in quanto si possono evitare controlli e manutenzioni a volte non necessari. È possibile schematizzare il condition monitoring in tre macrofasi: 1. Elaborazione Diagnostica 2. Acquisizione dati 3. Prognostica dati - Acquisizione dati: consiste nel raccogliere i dati
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