{"id":23327,"date":"2024-07-01T03:32:38","date_gmt":"2024-07-01T01:32:38","guid":{"rendered":"https:\/\/test.cfdfeaservice.it\/index.php\/2024\/07\/01\/alberi-di-trasmissione-progettazione-a-fatica\/"},"modified":"2024-07-01T03:32:38","modified_gmt":"2024-07-01T01:32:38","slug":"alberi-di-trasmissione-progettazione-a-fatica","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/test.cfdfeaservice.it\/index.php\/2024\/07\/01\/alberi-di-trasmissione-progettazione-a-fatica\/","title":{"rendered":"Alberi di trasmissione: progettazione a fatica"},"content":{"rendered":"
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I principali meccanismi di cedimento degli alberi sono dovuti a corrosione, usura, sovraccarico statico e fatica. I primi due, corrosione e usura, raramente determinano il cedimento dell\u2019albero della macchina e, nelle rare occasioni in cui lo fanno, lasciano evidenze chiare. Degli altri due meccanismi, la fatica \u00e8 pi\u00f9 frequente rispetto al sovraccarico statico. I cedimenti da sovraccarico sono causati da tensioni che superano la tensione limite del materiale, la quale assume un valore specifico a seconda che il materiale dell\u2019albero sia duttile o fragile. Generalmente, gli alberi impiegati nella progettazione di macchine sono acciai al carbonio basso o medio legati e relativamente duttili. Di conseguenza, quando su questi materiali viene applicato un sovraccarico estremo, essi subiscono una deformazione plastica prima di giungere a rottura.<\/strong><\/p>\n

di Giorgio De Pasquale ed Elena Perotti<\/em><\/p>\n

La progettazione a fatica<\/h2>\n

La fatica \u00e8 stata identificata molto tempo fa dalla comunit\u00e0 scientifica. Uno dei primi test di fatica documentati risale al 1829 ad opera di tale W. Albert. Il cedimento per fatica avviene a causa della comparsa (superficiale) e della propagazione (in profondit\u00e0) di microfratturazioni, o cricche, nel materiale. Questo danneggiamento risulta essere progressivo, irreversibile, indotto dall\u2019applicazione di carichi variabili anche di entit\u00e0 nettamente inferiore alla tensione limite statica. Quindi, il cedimento per fatica \u00e8 dovuto alla formazione e propagazione di cricche. \u00c8 possibile che azioni di corrosione <\/strong>agiscano in concomitanza con il carico di fatica e accelerino il cedimento dell\u2019albero. <\/p>\n

Altro aspetto decisivo \u00e8 il fatto che il danneggiamento a fatica \u00e8 di natura statistica, cos\u00ec come la durata di vita a fatica di un particolare componente. Ci\u00f2 significa che la progettazione a fatica non consente di determinare con precisione la durata di un componente (in modo appunto \u201cdeteministico<\/strong>\u201d), ma piuttosto di calcolare la probabilit\u00e0 con cui si prevede un guasto, sulla base di una grande popolazione di campioni. <\/p>\n

L\u2019innesco delle cricche di fatica si localizzano solitamente sulla superficie del componente, in presenza preferibilmente di un difetto (microscopico o macroscopico) oppure di un punto di intensificazione delle tensioni, come la discontinuit\u00e0 rappresentata dalla cava di una chiavetta, una scanalatura, uno spigolo non raccordato, una filettatura (laddove nasce il cosiddetto \u201ceffetto di intaglio\u201d). Un esempio di cedimento per fatica \u00e8 rappresentato in Figura 1, in cui si mostra la superficie di rottura di un albero motore in AISI 4320; l\u2019innesco del fenomeno di fatica \u00e8 partito cedimento \u00e8 partito dalla cava della chiavetta in alto nei punti B e si \u00e8 propagato progressivamente come evidenziato dalle classiche striature parallele. <\/p>\n

Quando la sezione dell\u2019albero si \u00e8 ridotta al punto da non essere in grado di reggere il carico statico, \u00e8 avvenuto il cedimento del componente in modo plastico, nella zona C. Il fenomeno del cedimento per fatica \u00e8 particolarmente insidioso poich\u00e9 avviene, si \u00e8 detto, a carichi molto minori dei valori di guardia per il collasso statico, e inoltre il danneggiamento avviene internamente al componente ed \u00e8 pressoch\u00e9 invisibile a normali ispezioni visive. Gli unici modi per rilevare un danneggiamento da fatica in corso sono di tipo indiretto, ad esempio con l\u2019uso di radiografie, liquidi penetranti o misurando la risposta in frequenza. Si tratta comunque di procedure che implicano il fermo impianto per ispezioni programmate.<\/p>\n

Dal punto di vista della progettazione, l\u2019approccio \u201csafe life\u201d<\/strong> consiste nel dimensionare i componenti a fatica in modo tale che un loro eventuale cedimento non possa avvenire entro la durata di servizio prevista, consentendo con la manutenzione programmata, di sostituire i componenti critici con un ragionevole anticipo rispetto all\u2019eventualit\u00e0 di un danneggiamento in corso. Di contro, l\u2019approccio di progettazione \u201cfail safe\u201d prevede l\u2019impiego di pi\u00f9 componenti in configurazione ridondante, tale per cui un eventuale cedimento di uno di essi non pregiudichi il funzionamento del sistema, proprio grazie ad un altro componente omologo che entra in funzione al suo posto.<\/p>\n

Caratteristiche degli alberi<\/strong><\/h2>\n

L\u2019albero \u00e8 un elemento rotante delle macchine, di solito di sezione circolare, che trasmette potenza o movimento da un punto ad un altro, oppure da una macchina che genera potenza verso una macchina che assorbe potenza. \u00c8 uno degli elementi pi\u00f9 comuni e fondamentali utilizzati in varie modalit\u00e0 negli equipaggiamenti meccanici. Gli elementi collegati all\u2019albero producono sollecitazioni diverse, riconducibili a carichi di tipo flessionale, assiale e torsionale. L\u2019albero deve essere sufficientemente resistente per sopportare queste sollecitazioni, sia in campo statico sia dinamico, laddove possono intervenire effetti di amplificazione dovuti a vibrazioni o risonanze. Allo stesso modo, l\u2019albero deve resistere al cedimento per fatica, pertanto il processo di progettazione coinvolge varie fasi e spesso alcune iterazioni tra una fase e l\u2019altra. Le principali sono queste:<\/p>\n