Analisi dei risultati

Poich`e gli andamenti temporali dei carichi sono fortemente disturbati `e necessario verificarne i motivi. I disturbi potrebbero essere dovuti a cause intrinseche (disuniformit`a della magnetizzazione dei magneti) o cause estrinseche (attrezzatura di sperimentazione ed ambiente di lavoro).

Per tale indagine si `e usato la trasformata di Fourier. Nei grafici seguenti (fig.3.27−3.29) si riportano tre spettri di ampiezza dei carichi assiali relativi al cuscinetto MPN 15-45 (quelli relativi al 10-40 sono riportati in appendice B). Nei grafici seguenti non `e rappresentata l’ampiezza corrispondente al segnale 0 Hz ,relativa al segnale continuo della forza di repulsione dei magneti.

0 50 100 150 200 250 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 frequenza [Hz] Ampiezza [N] MPN15−45,500giri/min,gap=0.1mm,e=0

Figura 3.27: Spettro di ampiezza del carico assiale del cuscinetto MPN 15-45(gap = 0.1mm,500 giri/min)

0 50 100 150 200 250 0 2 4 6 8 10 12 frequenza [Hz] Ampiezza [N] MPN15−45,1500giri/min,gap=0.1mm,e=0

Figura 3.28: Spettro di ampiezza del carico assiale del cuscinetto MPN 15-45(gap = 0.1mm,1500 giri/min) 0 50 100 150 200 250 0 5 10 15 20 25 30 35 40 frequenza [Hz] Ampiezza [N] MPN15−45,3000giri/min,gap=0.1mm,e=0

Figura 3.29: Spettro di ampiezza del carico assiale del cuscinetto MPN 15-45(gap = 0.1mm,3000 giri/min)

Analizzando i tre spettri del cuscinetto MPN 15-45 si nota un picco significativo dell’ampiezza per tre frequenze ben identificabili:

– 8.3 Hz per lo spettro a 500 giri/min; – 25 Hz per lo spettro a 1500 giri/min; – 50 Hz per lo spettro a 3000 giri/min;

Poich`e le frequenze 8, 3 Hz, 25 Hz e 50 Hz sono rispettivamente pari alle frequenze relative alla rotazione del mandrino per 500 giri/min, 1500 giri/min e 3000 giri/min, una spiegazione possibile del picco `e che uno dei magneti MPN 15-45 possa avere un difetto superficiale; questa supposizione `e dettata dall’assenza dello stesso tipo di picco per il 10-40. Esaminando il magnete si `e infatti notata sulla sua superfice una scheggiatura ben evidente; tale difetto introduce una sinusoide avente frequenza 8, 3 Hz quando il magnete superiore ruota a 500

giri/min, 25 Hz quando ruota 1500 giri/min ed infine 50 Hz quando

ruota 3000 giri/min. Tutto ci`o permette di evidenziare l’importanza della integrit`a del magnete.

I picchi relativi alle altre frequenze potrebbero essere imputabili sia ai magneti, sia all’attrezzatura (giochi, vibrazioni ecc..) o a problemi di compatibilit`a elettromagnetica. In particolare i problemi di com- patibilit`a elettromagnetica potrebbero essere dovuti al fatto che l’at- trezzatura per le prove si trova ad operare in un ambiente dove sono presenti altre attrezzature in funzione. Il segnale in uscita dalle celle di carico infatti viene tramesso e acquisito da un computer. Nel siste- ma di misura ed acquisizione (cavi di segnale,computer ecc..) potreb- bero inserirsi segnali provenienti da altre attrezzature che sono in funzione nell’ambiente lavoro e da qualsiasi altro apparato che lavori con strumenti controllati da dispositivi elettronici di potenza (invert- er,converter,raddrizzatori ecc..).

Con lo scopo di verificare la reale incidenza di tali disturbi sono state effettuate alcune prove sul sistema in assenza dei magneti (segnale teorico in uscita dalle celle di carico nullo) ed in diverse situazioni:

– convert acceso e macchine nel laboratorio funzionanti (ambiente altamente disturbato);

– convert spento e macchine nel laboratorio funzionanti (ambiente parzialmente disturbato);

– convert spento e macchine nel laboratorio non funzionanti (am- biente non disturbato);

0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 −150 −100 −50 0 50 100 tempo [s] Carico assiale [N]

MPN15−45,prova senza magneti con inverter acceso

Figura 3.30: Carico assiale senza magneti con il converter e le attrezzature in funzione

Va ricordato che la rotazione al magnete superiore viene imposta dal- l’esterno mediante un converter collegato al motore dell’attrezzatura; tale converter quindi `e il dispositivo elettronico di potenza pi`u vicino all’attrezzatura e al sistema di acqisizione del segnale in uscita dalle celle di carico.

Nelle figure seguenti (fig. 3.30 − 3.34) si riportano gli andamenti dei carichi senza magneti nella condizione di maggior disturbo (convert ac- ceso e macchine nel laboratorio funzionanti) e gli spettri di ampiezza del segnale acqisito nelle tre condizioni senza magneti. Questa volta il tempo di campionamento del segnale `e pari 5000 Hz (una acquisizione ogni 0.0001 secondi).

Analizzando i tre spettri nelle tre condizioni si nota che il caso rel- ativo alla situazione in cui sia le attrezzature che il converter sono in funzione (ambiente altamente disturbato) `e quello con maggiori di- sturbi (fig.3.32). E’ tuttavia da notare che anche nel caso in cui le attrezzature e il converter sono spenti (ambiente non disturbato) vi `e comunque un disturbo anche se di entit`a inferiore agli altri due casi (fig. 3.34). Da tali prove si evince che il segnale acquisito durante le prove standard in presenza dei magneti `e sicuramente influenzato dai disturbi dovuti a problemi di compatibilit`a elettromagnetica. Di questo fatto occorre tenerne conto nell’analisi delle forze registrate.

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 −10 −8 −6 −4 −2 0 2 4 6 8 10 tempo [s] Carico radiale [N]

carichi radiali senza magneti con macchine e converter in funzione

Figura 3.31: Carichi radiali senza magneti con il converter e le attrezzature in funzione 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 frequenza [Hz] Ampiezza [N]

Prova senza magneti con le macchine funzionanti e converter acceso

Figura 3.32: Spettro di ampiezza del segnale senza magneti (ambiente altamente disturbato)

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 frequenza [Hz] Ampiezza [N]

Prova senza magneti con le macchine funzionanti e converter spento

Figura 3.33: Spettro di ampiezza per il segnale senza magneti (ambiente parzialmente disturbato)

Figura 3.34: Spettro di ampiezza per il segnale senza magneti (ambiente non disturbato)

Per quanto riguarda invece i problemi imputabili ai magneti ed alle parti meccaniche dell’attrezzatura `e necessaria un’analisi pi`u appro- fondita.

Il primo fattore dei citati problemi riguarda la non planarit`a e il non parallelismo sia delle superfici alle quali sono vincolati i magneti che dei magneti stessi. Mediante degli spessori calibrati interposti tra i due magneti, si `e visto infatti che la distanza tra le due superfici non era la stessa, ma presentava variazioni tra punti opposti delle due su- perfici di circa 0.05mm.

L’altro fattore che influisce, anche se in misura minore, `e la non uni- formit`a nella magnetizzazione dei magneti (paragrafo 3.1).

Infine c’`e da considerare che il mandrino sul quale `e montato il ma- gnete superiore ruota in maniera eccentrica.

Mediante misura laser si `e visto comunque che gli errori di eccentricit`a del mandrino sono minori di 0.015mm.

Tutti questi problemi spiegano anche la presenza di una forza radiale non nulla per eccentricit`a nulla tra i magneti.

Quanto sopra `e stato confermato dai dati acquisiti sui valori del cari- co assiale e radiale ottenuti ruotando manualmente il magnete su- periore,da 0◦ _{a 360}◦ _{con incrementi di 45}◦_{. Nelle figure seguenti}

(3.35 − 3.40) si riportano alcuni degli andamenti dei carichi ottenu- ti ruotando manualmente il magnete superiore a conferma di quanto detto.

Un’altro fattore che influisce nell’andamento dei carichi in rotazione `e la presenza di giochi meccanici del motore che inducono vibrazioni assiali e radiali del mandrino.

In assenza dei distubi legati sia ai problemi di compatibilit`a elettro- magnetica che ai magneti e all’attrezzatura di prova `e ipotizzabile che gli spettri di ampiezza avrebbero avuto un unico picco di ampiezza pari alla forza di repulsione assiale dei magneti in corrispondenza della frequenza nulla (0 Hz).