Progettazione, affidabilità e sperimentazione di sistemi di trasmissione di potenza (Resp. Rosso)

Qualunque sia la sorgente della potenza meccanica, è necessario un sistema di trasmissione di questa verso un utilizzatore, si voglia per cambiare la velocità di rotazione tra motore e utilizzatore o semplicemente per superare distanze che un semplice collegamento rigido non sarebbe in grado di gestire. Per assolvere a questo compito, in quasi tutte le macchine si utilizzano cinghie, catene e ruote dentate; dispositivi che presentano problematiche diverse ed estremamente correlate al campo di utilizzo e alle potenze gestite. La cinghia è un metodo semplice, estremamente flessibile, con notevoli vantaggi in termini di semplicità costruttiva e di riduzione di rumori e vibrazioni connesse alla trasmissione del moto; ha però un pesante limite in termini di durata e di potenza trasmissibile. Le catene sono altrettanto flessibili, ma gestendo potenze maggiori, necessitano di strutture più complesse e che innescano problematiche diverse, quali rumorosità, usura e trasmissione delle vibrazioni tra un dispositivo e l’altro. Le ruote dentate sono il sistema di trasmissione di potenza con la più alta densità di potenza gestibile, con la maggior resistenza, ma nel contempo sono anche generatrici di rumore e vibrazioni.

Le ruote dentate in primis, ma anche gli altri metodi di trasmissione, seppure utilizzate da secoli, presentano ancora aspetti da indagare e approfondire. Questo perché le esigenze di densità di potenza sono via via crescenti e la riduzione delle masse e l’incremento delle velocità di rotazione portano i sistemi di trasmissione a sollecitazioni, in particolare dinamiche, sempre maggiori. Le ruote dentate, in particolare, seppure considerate elementi molto affidabili, con requisiti di prestazione sempre maggiori mostrano il fianco a rumorosità, affaticamento e usura precoce. Se a questo si abbina il fatto che buona parte della rumorosità di una macchina deriva dagli organi di trasmissione, diventa di primaria importanza saper dimensionare correttamente ogni componente, al fine di incontrare le specifiche prestazionali e di comfort dell’utente finale.

Laboratorio Sperimentale

Allo scopo, l’unità ha costruito un banco prova capace di misurare l’errore statico di trasmissione che si genera in una coppia di ruote dentate ingrananti. Tale banco consente di applicare fino a 500 Nm di coppia all’ingranamento e misurare la rotazione relativa tra gli alberi dove sono montate le ruote con una precisione di 0,2 arcsec. Le ruote in prova possono andare da ruote cilindriche a denti diritti ed elicoidali a ruote coniche ad assi sghembi per arrivare anche a ruote cilindriche con dentatura interna. Il banco, infatti, consente di movimentare la parte mobile in modo da consentire l’ingranamento secondo diversi angoli tra gli assi. Le dimensioni di queste ruote possono andare da una ruota 17 denti modulo 1 mm fino ad una ruota con diametro primitivo di 500 mm. Il banco può essere attrezzato anche per misurare l’errore dinamico di trasmissione, inserendo in esso due motori elettrici che azionano le pulegge. L’unità sviluppa anche metodi di calcolo per simulare e progettare correttamente gli organi di trasmissione (con particolare riferimento alle ruote dentate).

Fig.1: Laboratorio di affidabilità e sperimentazione sistemi di trasmissione – banco prova.

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

• Digital Twin e Model Based Systems Engineering applicati ai sistemi di trasmissione;
• Modellazione e simulazione dinamica;
• Affidabilità e durata;
• Valutazione della vita residua, del danneggiamento e delle condizioni di guasto;
• Tecniche di prova sperimentali;
• Dinamica e controllo di sistemi di trasmissione;
• Progettazione e ottimizzazione dei cuscinetti.