Indice
1 Introduzione 1
1.1 I cuscinetti YEL e YET . . . . 1
1.2 Aspetti preliminari dello studio effettuato . . . . 6
1.3 Finalità del progetto . . . 10
2 Il fenomeno del fretting 12 2.1 Danneggiamenti tipici dei cuscinetti volventi . . . 12
2.1.1 Fatigue . . . . 14
2.1.2 Wear . . . . 17
2.1.3 Corrosion . . . 18
2.1.4 Electrical erosion . . . 20
2.1.5 Plastic deformation . . . . 21
2.1.6 Fracture and cracking . . . 23
2.2 Il danneggiamento da fretting . . . . 24
2.2.1 Definizioni ed origini storiche del fenomeno . . . 25
2.2.2 Meccanismi di danneggiamento del fretting . . . . 27
2.2.3 Fretting wear . . . 33
2.2.4 Fretting fatigue . . . 36
2.2.5 Parametri di influenza sul fretting . . . 45
2.2.6 Contromisure al danneggiamento da fretting . . . . 54
3 Analisi ed ottimizzazione del banco prova SKF 58 3.1 Caratteristiche del banco prova SKF . . . 58
3.1.1 Caratteristiche del banco prova . . . 58
3.1.2 Strumenti di monitoraggio e controllo . . . 63
3.2 Modelli di carico . . . 66
3.2.1 Modello di carico SKF . . . . 67
3.2.2 Revisione del modello SKF . . . 70
3.2.3 Nuovo modello di carico . . . 79
4 Condition monitoring dei cuscinetti volventi 91 4.1 Introduzione alla manutenzione . . . . 91
4.1.1 Principi della manutenzione predittiva . . . 93
4.2 L’analisi delle vibrazioni nella manutenzione predittiva . . . . 97
4.2.1 Metodi di misurazione delle vibrazioni . . . 98
4.2.2 Osservazioni sulle vibrazioni nelle macchine rotanti . . . . 106
4.3 @ptitude Observer . . . 113 iv
Indice v
5 Studio sulla resistenza meccanica del cuscinetto YET 206 120
5.1 Analisi svolte durante lo studio . . . 121
5.1.1 Analisi comparativa del trattamento termico dell’IR . . . . 121
5.1.2 Analisi dell’influenza dell’accoppiamento albero-foro . . . . 122
5.2 Parametri considerati nello studio . . . 123
5.2.1 Parametri geometrici . . . 123
5.2.2 Parametri fisici . . . 125
5.2.3 Parametri di carico . . . 125
5.3 Prove sperimentali sul cuscinetto YET 206 . . . 126
5.3.1 Misurazioni sui campioni del test . . . 127
5.3.2 Caratteristiche tecniche dei componenti del test . . . 128
5.3.3 Configurazione di carico del test . . . 129
5.3.4 Risultati del test . . . 133
5.3.5 Analisi delle vibrazioni . . . 140
5.4 Analisi FEM del cuscinetto YET 206 . . . 146
5.4.1 Modello geometrico e mesh . . . 146
5.4.2 Condizioni di carico e vincoli . . . 150
5.4.3 Comportamento meccanico del cuscinetto YET 206 . . . . 153
6 Conclusioni 158 6.1 Interpretazione dei risultati sperimentali e FEM . . . 158
6.2 Proposte per sviluppi futuri . . . 161
Elenco delle figure
1.1 Esempio di unità Y SKF. . . . 2
1.2 Schema dei cuscinetti YEL e YET. . . . 2
1.3 Disallineamento massimo dei cuscinetti Y . . . . 3
1.4 Principali quote dei cuscinetti YET e YEL. . . . 5
1.5 Montaggio dei cuscinetti YEL e YET. . . . 6
1.6 Tolleranze sul diametro del foro dell’anello interno. . . . 7
1.7 Limiti di velocità di rotazione . . . . 7
1.8 Cedimento dei cuscinetti Y . . . . 8
1.9 Banco prova di SKF in Svezia . . . . 9
1.10 Profilo di tempra ad induzione . . . 10
2.1 Danneggiamento per fatica subsuperficiale detto a “farfalla”. . . . 14
2.2 Propagazione del fenomeno di fatica subsuperficiale . . . 15
2.3 Micro-cricche causate da fatica superficiale. . . 15
2.4 Area affetta da “microspall”. . . 16
2.5 Area danneggiata dal fenomeno detto “grey stain”. . . 16
2.6 Usura abrasiva sulle piste di un cuscinetto a due corone di rulli. . 17
2.7 Smearing . . . 18
2.8 Moisture corrosion . . . 19
2.9 Fretting corrosion . . . 19
2.10 False brinneling . . . 20
2.11 Electrical pitting . . . . 21
2.12 Electrical fluting . . . . 21
2.13 True brinelling . . . 22
2.14 Indentation . . . 22
2.15 Forced fracture . . . 23
2.16 Frattura per fatica . . . . 24
2.17 Schema base per la descrizione del fretting. . . 28
2.18 Andamento delle tensioni nel contatto. . . 28
2.19 Fretting loop . . . 29
2.20 Transitorio del fretting . . . 30
2.21 Running Condition Fretting Map. . . 30
2.22 Material Response Fretting Map. . . . 31
2.23 Influenza della rugosità sul fretting . . . . 34
2.24 Andamento del coefficiente d’attrito all’aumentare del numero di cicli di fretting . . . 35
2.25 Delaminazione . . . 36 vi
Elenco delle figure vii
2.26 Bande di scorrimento lungo piani intersecanti. . . . 37
2.27 Bande di scorrimento lungo piani paralleli. . . 38
2.28 Strutture di dislocazioni . . . 39
2.29 Modi della frattura . . . 39
2.30 Stage I e Stage II di propagazione della frattura. . . 40
2.31 Effetto del fretting sulla curva S-logN. . . 40
2.32 Dati sperimentali sul danno da fretting . . . . 41
2.33 Giunzioni a freddo tra le superfici di contatto soggette a fretting. . 43
2.34 Fase di smearing dovuta a fretting. . . 43
2.35 Fase di delaminazione dovuta a fretting. . . . 44
2.36 Frattura per fretting fatigue su una superficie affetta da delaminazione. 45 2.37 Propagazione di una frattura per fretting fatigue . . . 46
2.38 Fratture per fretting fatigue lungo il bordo delle aree di “stick” e “slip”. . . 46
2.39 Effetto delle tensioni residue sul comportamento a fretting. . . 48
2.40 Andamento del coefficiente d’attrito in funzione della massima pressione di contatto e della rugosità. . . 49
2.41 Effetto della pressione ambientale sul coefficiente d’attrito e sull’usura. 51 2.42 Ossido di ferro dovuto a fretting . . . 53
3.1 Il banco prova SKF . . . 59
3.2 Banco prova SKF con le gabbie aperte . . . 60
3.3 Visione frontale del banco prova SKF . . . . 61
3.4 Spessori di forzamento . . . 62
3.5 Pannello di controllo del PLC . . . . 64
3.6 Sensore SKF CMPT 2310T montato su una unità Y SKF. . . . . 64
3.7 Centralina SKF Multilog On-Line System IMx-T. . . 65
3.8 Modello di carico SKF . . . . 67
3.9 Forze e vincoli ipotizzati dal modello SKF. . . 69
3.10 Modello di carico SKF modificato . . . . 71
3.11 Sistema principale isostatico del modello SKF modificato . . . 72
3.12 Sistema tridimensionale quattro volte iperstatico . . . 76
3.13 Nuovo modello di carico . . . 80
3.14 Sistema principale isostatico del nuovo modello di carico . . . . . 81
3.15 Nuovo modello di carico tridimensionale . . . 83
3.16 Schema di riferimento per la linea elastica . . . . 84
4.1 Confronto tra i tempi di manutenzione . . . 92
4.2 Esempio di grafico tendenziale (trend). . . 95
4.3 Evoluzione rispetto alla “baseline” . . . 96
4.4 Direzioni e punti di misura tipici sul supporto di un cuscinetto volvente. . . 98
4.5 Struttura schematizzata di un accelerometro. . . 99
4.6 Fattori di scala per una funzione sinusoidale. . . 101
4.7 Grafico “time waveform” relativo ad un segnale di accelerazione. . 102
4.8 Schematizzazione semplificata del metodo FFT. . . 103
Elenco delle figure viii
4.9 Spettro del segnale di accelerazione elaborato con la tecnica dell’in-
viluppo. . . 104
4.10 Spettro di vibrazione in presenza di disallineamento. . . 107
4.11 Spettro di vibrazione in presenza di sbilanciamento. . . 108
4.12 Spettro di vibrazione in presenza di allentamento. . . 109
4.13 Spettro di vibrazione in presenza di un cuscinetto danneggiato. . . 111
4.14 Spettro dell’inviluppo di un cuscinetto danneggiato. . . 111
4.15 Spettro di inviluppo in presenza di un difetto sull’anello esterno. . 112
4.16 Spettro di inviluppo in presenza di sidebands . . . 113
4.17 Esempio della “gerarchia” dei punti di misura per il monitoraggio di un impianto eolico. . . 114
4.18 Schermata di setting dello spettro per un punto di vibrazione o inviluppo. . . 115
4.19 Schermata di setting del trend per un punto di vibrazione o inviluppo.116 4.20 Schermata di setting degli allarmi. . . 117
4.21 Grafico cronologico. . . 118
4.22 Grafico 3D. . . 118
4.23 Grafico multi-trend. . . 119
5.1 Linea elastica nel piano orizzontale e verticale per gli alberi del banco prova. . . 134
5.2 Momento flettente relativo agli assi orizzontale e verticale per gli alberi del banco prova. . . 135
5.3 Immagini del cuscinetto YET 206 “Standard T.T.” nella posizione 1.136 5.4 Immagine al microscopio stereoscopico del cuscinetto 1 . . . 136
5.5 Immagini del cuscinetto YET 206 “Standard T.T.” nella posizione 4.137 5.6 Usura dell’albero . . . 138
5.7 Immagini dei cuscinetti YET 206 che hanno raggiunto le 500 ore di durata del test. . . 139
5.8 Spettro di inviluppo relativo al cuscinetto in posizione 1. . . 142
5.9 Spettro di inviluppo relativo al cuscinetto in posizione 2. . . 142
5.10 Spettro di inviluppo relativo al cuscinetto in posizione 3. . . 143
5.11 Spettro di inviluppo relativo al cuscinetto in posizione 4. . . 143
5.12 Spettro di inviluppo relativo al cuscinetto in posizione 5. . . 144
5.13 Spettro di inviluppo relativo al cuscinetto in posizione 6. . . 144
5.14 Spettro di inviluppo relativo al cuscinetto in posizione 7. . . 145
5.15 Spettro di inviluppo relativo al cuscinetto in posizione 8. . . 145
5.16 Modellazione geometrica del cuscinetto YET 206. . . 147
5.17 Sezione del modello FEM . . . 149
5.18 Modellazione geometrica del cuscinetto YET 206. . . 151
5.19 Effetto dell’inclinazione dell’eccentrico sulla pressione di contatto. 154 5.20 Tensione di contatto di Von Mises dell’IR per accoppiamenti tra gli eccentrici differenti. . . 155
5.21 Effetto del gioco albero-foro sulla pressione di contatto del foro dell’anello interno e del collare di fissaggio eccentrico. . . 156
Elenco delle figure ix
5.22 Effetto del gioco albero-foro sui movimenti relativi tra collare di fissaggio eccentrico e anello interno. . . 157
Elenco delle tabelle
5.1 Misurazioni effettuate sulle unità SY 30 FM utilizzate nel test. . . 129
5.2 Caratteristiche geometriche e meccaniche dell’albero utilizzato nel test. . . 129
5.3 Configurazione di carico dei cuscinetti del test. . . 133
5.4 Dati rilevati alla fine del test. . . 133
5.5 Dati relativi alle vibrazioni rilevate durante il test. . . 140
5.6 Parametri delle quattro condizioni geometriche modellate. . . 148
x
