• Mechanical transmission
• Dynamic
• Diagnostic
• Condition Monitoring

La presente relazione ha lo scopo di sintetizzare il lavoro svolto nell’ambito del Dottorato di Ricerca in Ingegneria Meccanica presso la scuola Leonardo Da Vinci del Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Nucleare e della Produzione (DIMNP) dell’Università di Pisa. Il lavoro nasce con la volontà di approfondire, da un punto di vista teorico e sperimentale, le problematiche connesse alla progettazione di sistemi avanzati per la diagnostica ed il monitoraggio da applicare alle trasmissioni meccaniche operanti in condizioni severe di velocità e carico. Le campagne sperimentali seguite dal DIMNP, in collaborazione con alcune tra le più importanti aziende del panorama industriale italiano, hanno sempre fornito occasioni di approfondimento teorico oltre che la preziosa possibilità di provare su banco i sistemi di monitoraggio progettati e realizzati.
In particolare la campagna sperimentale sul danneggiamento da scuffing per ingranaggi, nata da una collaborazione tra il DIMNP, la AMTesting e Avio Propulsione Aerospaziale, ha permesso di investigare i fenomeni di innesco del danneggiamento sugli ingranaggi e la loro previsione, sia attraverso modelli previsionali del rischio, che attraverso sistemi per il monitoraggio delle reali condizioni di funzionamento delle trasmissioni. Da tale attività sono nate e si sono sviluppate importanti riflessioni sui legami che intercorrono tra l’innesco del danneggiamento, la dinamica connessa al funzionamento degli ingranaggi ed il comportamento vibratorio delle macchine su cui questi funzionano. Tali riflessioni si sono infine concretizzate nella progettazione e nella realizzazione di un sistema di monitoraggio in grado di rilevare le temperature e le deformazioni dei denti di ingranaggi durante l’esercizio, con la possibilità di attribuire alcuni danneggiamenti imprevisti, al funzionamento della trasmissioni in condizioni prossime alla risonanza.

Una attività sperimentale di carattere più squisitamente diagnostico, seguita dal DIMNP in collaborazione con il Dipartimento di Matematica Applicata dell’Università di Pisa, ha consentito di rivolgere l’attività di ricerca verso un differente componente delle trasmissioni meccaniche: il cuscinetto volvente. In quel caso gli spunti nati nell’ambito della sperimentazione hanno suggerito approfondimenti teorici, i quali hanno portato alla formalizzazione di un metodo diagnostico innovativo per la identificazione del danneggiamento sui cuscinetti volventi, inseriti in trasmissioni meccaniche multi-mesh. La metodologia diagnostica è stata inoltre provata su banco in diverse condizioni di funzionamento, mostrando risultati di considerevole interesse scientifico.
Una più recente collaborazione tra il DIMNP, General Electric Oil & Gas e la AMTesting, ha infine dato occasione di investigare il comportamento, in condizioni statiche e dinamiche, di un terzo componente estensivamente usato nelle trasmissioni meccaniche, soprattutto quelle operanti ad elevate velocità: il cuscinetto fluidodinamico. L’attività di ricerca ha avuto sin dall’inizio una vocazione teorica e sperimentale, spaziando dalla focalizzazione dei modelli numerici più largamente utilizzati per la previsione delle prestazioni dei cuscinetti, fino all’approfondimento sui modelli teorici di riferimento per la caratterizzazione sperimentale del loro comportamento, e la verifica su banco di tali modelli. Da tale attività è nata la partecipazione ad una campagna sperimentale di monitoraggio del comportamento di cuscinetti fluidodinamici a pattini oscillanti, svolta presso il Turbomachinery Laboratory della Texas A&M University, con utilizzo di una specifica attrezzatura di prova.
Anche per tali motivi, la presente relazione è suddivisa in tre parti fondamentali, ognuna delle quali dedicata alle attività di ricerca legate ai sistemi di monitoraggio dei tre fondamentali componenti delle trasmissioni meccaniche: gli ingranaggi, i cuscinetti volventi, i cuscinetti fluidodinamici. In ognuna delle tre parti verranno sempre presi in considerazione sia le attività teoriche legate alla progettazione dei sistemi di diagnostica e monitoraggio, sia le attività sperimentali, con descrizione delle attrezzature di prova sulle quali tali sistemi hanno sempre avuto una verifica di carattere sperimentale.