PILLOLE DI LABORATORIO

VIBRAZIONE PER COMPONENTI SU MOTORI ENDOTERMICI

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VIBRAZIONE PER COMPONENTI SU MOTORI ENDOTERMICI

Quando si progettano i componenti montati su motore o quando si devono eseguire prove di vibrazione, il focus fondamentale è lo studio del numero di ordini di vibrazione.

Tipicamente gli accelerometri saranno montati sul blocco motore o testata per ottenere input di eccitazione. Le accelerazioni vengono misurate durante il passaggio dal motore al minimo a condizioni di pieno carico a farfalla completamente aperta.

L’analisi viene eseguita per studiare ed estrarre la dominante ordini motore. Se esiste una frequenza di risonanza nella struttura, l’evidenza verrà osservata nei risultati.

Il test che verrà eseguito per simulare questa condizione sarà lo sweep sine che terrà conto dei livelli di frequenza e ampiezza misurati direttamente sul motore.

Una progettazione ottimale e le frequenze…

L’obiettivo di una progettazione ottimale, rispetto alle vibrazioni del motore, è evitare qualsiasi risonanza strutturale all’interno del normale regime operativo del motore.

L’intervallo di frequenza fondamentale durante l’intervallo di funzionamento del motore può essere determinato come mostrato nell’Equazione 1.

Tuttavia, gli ordini del motore dominanti sono più focalizzati poiché i livelli di vibrazione sono generalmente più alti tra tutti gli ordini armonici del motore. La gamma di frequenze dell’ordine dominante può essere ottenuto e può dipendere dal tipo di motore come mostrato nell’Equazione 2 (assumendo motori a quattro tempi).

Il motore I4 a quattro tempi passa da 600 giri/min a 6500 giri/min e ha ordine dominante della gamma di frequenza del 2° ordine da 20 Hz a 220 Hz. Oltre alla frequenza di risonanza stessa, il fattore di amplificazione (Q) e lo smorzamento sono anche fattori importanti. Come mostrato nella Figura 1 per il caso di un motore 4 in linea, la frequenza di risonanza del componente a 182 HZ rientra in pieno nel secondo ordine. (tratto fino a 220 Hz).

    test RSTD

Il Laboratorio Plastlab con personale estremamente qualificato e competente nel settore vibrazione esegue e fornisce consulenza per le prove di vibrazioni.

Le frequenze di risonanza…e il test RSTD

Idealmente i componenti montati sul motore dovrebbero essere progettati con la prima frequenza di risonanza al di sopra della gamma operativa del motore.

Tuttavia in pratica ci sono componenti le cui frequenze di risonanza non possono essere migliorate facilmente. Sovente in questi casi si decide di operare cercando di ridurre lo smorzamento utilizzando gommini tipo silent block.

Una volta ottimizzato il componente in termini di smorzamento si può condurre un test alla Frequenza di risonanza per un numero di cicli pari al limite di fatica del materiale con cui è stato realizzato il componente.

TEST RSTD

La funzione per eseguire questo tipo di test si chiama RSTD. Un test RSTD comporta l’esecuzione di una scansione sinusoidale per cercare le risonanze di una struttura, quindi soffermandosi su tali risonanze per indagare su come si comporta la struttura. L’impostazione per lo sweep sinusoidale ha tutte le caratteristiche del controllo della vibrazione sinusoidale per cui l’utente può specificare le frequenze di inizio e fine, la velocità di sweep e la risoluzione della frequenza dello spettro, ovvero i punti per sweep.

La durata del test può essere specificata in cicli o in durata temporale. Il parametro che permette allo shaker di totalizzare il numero di cicli impostati è il massimo cambiamento di frequenza impostato. Tipicamente durante il test nel caso in cui la frequenza di risonanza diminuisca, la macchina raggiunta la soglia massima impostata si ferma e normalmente questo è indice di rottura del componente. Nel caso in cui la frequenza rimanga costante e comunque nel range impostato, il componente raggiungerà il numero di cicli secondo impostazioni, generalmente quello corrispondente al limite di durata a fatica.

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Un grazie speciale, va a Noris Vivarelli, grande esperto settore vibrazioni e fluido-dinamico, nonché Responsabile di Laboratorio del Plastlab, il quale ci sensibilizza su questo tema così da fornirci nuovi contenuti per queste #pilloledilaboratorio!

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