Progettazione, affidabilità e sperimentazione di sistemi rotore-cuscinetto (Resp. Brusa-Delprete)

Com’è noto un elemento cruciale dell’architettura di tutte le macchine sono i cuscinetti, ovvero i supporti che permettono di vincolare alla parte fissa del sistema, gli elementi che ruotano od oscillano all’interno della macchina per espletate le sue funzioni. Il cuscinetto è un sistema esso stesso, tipicamente dotato di elementi in moto relativo e in contatto tra loro per trasmettere le azioni che ricevono dal sistema, in condizione di lubrificazione controllata. Nella sua semplicità questo elemento di macchina in realtà pone severe difficoltà di caratterizzazione, benché dal suo comportamento in esercizio dipenda in modo rilevante quello dinamico dell’intero sistema. Esso è inoltre sede di vari tipi di danneggiamento, che è cruciale individuare precocemente per intervenire efficacemente sul sistema. Per contro, il cuscinetto è come un elemento sensibile della macchina, che recepisce le anomalie del funzionamento dell’intero sistema e le amplifica rendendole manifeste. Due sono, quindi, le esigenze dell’industria attualmente in tema di cuscinetti: affinare i metodi sperimentali di rilevamento delle caratteristiche e dei danni che si manifestano in funzionamento, monitorare con opportuni sensori il cuscinetto per rilevare sia i difetti che emergono dal suo funzionamento così come i guasti che su questo si ripercuotono.

L’unità di ricerca si dedica alla modellazione del comportamento strutturale e fluido-strutturale accoppiato di cuscinetti a corpi volventi, lubrificati ma anche a sospensione magnetica, in ottica di affidabilità, durata, sensorizzazione per il monitoraggio e della caratterizzazione in esercizio, specie per taglie di impiego nelle macchine industriali più grandi.

Laboratorio Sperimentale

Allo scopo l’unità ha costruito un banco prova per la caratterizzazione e la sensorizzazione dei cuscinetti industriali, con configurazione autoequilibrata delle azioni sui cuscinetti in prova. Il sistema, ha come caratteristiche innovative la possibilità di misurare il momento resistente di cuscinetti di prova, in equilibrio tra loro all’interno di un equipaggio mobile, mentre l’albero di prova è supportata da altri al banco. La configurazione del banco consente azioni fino a 200 kN radiali e assiali, una velocità di rotazione massima di 2500 rpm e fino a una coppia resistente di 150 Nm. Il banco è modulare e ammette l’assemblaggio di cuscinetti con diametro esterno fino a 420 mm circa.

Fig.1: Laboratorio di caratterizzazione e sensorizzazione dei cuscinetti industriali – banco prova.

In questo ambito sono condotte ricerche che riguardano i seguenti temi:

• Digital Twin e Model Based Systems Engineering applicati al sistema rotore-cuscinetto;
• Modellazione e simulazione dinamica;
• Affidabilità e durata;
• Valutazione della vita residua, del danneggiamento e delle condizioni di guasto;
• Tecniche di prova sperimentali;
• Machine condition monitoring;
• Machine learning e Artificial Intelligence applicatialla diagnostica e alla prognostica di sistema;
• Dinamica e controllo di macchinario rotante;
• Progettazione e ottimizzazione dei cuscinetti.