Monitoraggio e diagnostica dei sistemi meccanici. Gianluca D Elia

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1 Monitoraggio e diagnostica dei sistemi meccanici Gianluca D Elia

2 Tipi di cuscinetti

3 Principalidifettielorocause-1 Il contatto tra elementi rotolanti e piste e caratterizzato da elevata pressione superficiale Gli elementi rotolanti sono soggetti a fenomeni di fatica superficiale La maggior parte dei malfunzionamenti si manifesta in un danno superficiale nelle piste o negli elementi rotolanti Ildannosuperficialepiúcomuneeilpitting Pitting- asporto di materiale in superficie che daluogo a scalfitture sulle piste o sugli elementi volventi

4 Principalidifettielorocause-2 Cause dei difetti nei cuscinetti a rotolamento Sovraccarichi (disallineamento, Velocita superiore ai limiti picchi di carico, montaggio scorretto) Difetti creati prima o durante Passaggio di correnti elettriche il montaggio (cattiva manipolazione al magazzino) Contaminazione (tenute inefficienti) Vibrazioni Difetti nel materiale Scarsa lubrificazione Difetti di produzione Ambiente operativo severo

5 Conseguenze dei difetti superficiali Ogni volta che un elemento volvente incontra un danno superficiale(cratere) avviene un impatto. Gli impatti originano treni di forze impulsive che sono sorgenti di vibrazione e rumore

6 Caratteristiche del segnale vibratorio- 1 Ogni danno localizzato e caratterizzato da una frequenza, detta frequenza caratteristica, che é proporzionale alla velocita di rotazione del cuscinetto La frequenza caratteristica é la frequenza degli impatti dellelemento volventeconildannoedipendeda: caratteristichegeometrichedelcuscinetto numerodielementirotolanti localizzazionedeldanno(anelloesterno,anellointerno, ) La vibrazione, che viene misurata sul carter, é la risposta della struttura all eccitazione impulsiva periodica Amplitude -.5 Amplitude Time[s] Frequency[Hz]

7 Caratteristiche del segnale vibratorio- 2 Iltrenodiforzeimpulsiveeccitalefrequenzadirisonanzadelcarter,ela vibrazione prodotta si presenta sotto la forma di un treno di picchi seguiti da oscillazioni alle frequenze naturali della struttura(che si smorzano rapidamente) La frequenza del difetto l inverso della periodicitá del treno y(t) =e ζt Xcos(2πf n t +φ)

8 Caratteristiche del segnale vibratorio- 3 Lintensita dellimpulso generato dallattraversamento del danno superficiale é proporzionale al carico agente sullelemento rotolante al momento del passaggio sul difetto stesso Seildannoésullanellorotanteosuunelementorotolante,ilcarico agente al momento del passaggio sul danno dipende dalla posizione radiale, perció varia periodicamente e lintensita dellimpulso é modulata

9 Frequenze caratteristiche- 1 Ognivoltacheunelementorotolanteattraversaildannohaluogoun impatto Seilmotodellesfereodeirulliavvienesenzastrisciamento,éfaciletrovare la frequenza di tali impatti dallo studio della cinematica del cuscinetto (nellipotesi che un solo difetto sia presente) Percuscinettiarulliα =

10 Frequenze caratteristiche- 2 Difettosull anellointerno f i = z n e n i (1 +λcosα) 12 Difettosull anelloesterno f e = z n e n i (1 λcosα) 12 Difettosuicorpivolventi f v = n e n i 1 (λcosα) 2 12 λ Difettosullagabbia f p = n e +n i 12 +n e n i 12 λcosα Dove: n i :velocitádell anellointernoespressainrpm n e :velocitádell anelloesternoespressainrpm λ:éilrapportod/d

11 Tecnica classica di analisi dei cuscinetti

12 Modello ciclostazionario del segnale Il moto di rotolamento degli elementi volventi non é perfetto, ma avvengono degli slittamenti Questo introduce una piccolissima componente random all interno del periodo caratteristico del difetto Il segnale generato da un difetto é ciclostazionario del secondo ordine x(t) = + 1= h(t it)q(it) +n(t)

13 Analisi dati cuscinetti- 1 1 Amplitude Time[s] Amplitude Frequency[Hz] 1 4

14 Analisi dati cuscinetti amplitude frequency[hz] Cyclic Modulation Spectrum frequency[hz]; f =16Hz cyclicfrequency[hz]; α=.78154hz

15 Analisi dati cuscinetti Amplitude Time[s] 2 Amplitude Frequency[Hz] 1 4

16 Analisi dati cuscinetti amplitude frequency[hz] Cyclic Modulation Spectrum frequency[hz]; f =16Hz cyclicfrequency[hz]; α=.78154hz