Riassunto analitico
In questa tesi di laurea magistrale viene esposto uno studio sperimentale condotto nel Laboratorio di Trasmissioni e Meccanica delle Vibrazioni presso il Dipartimento di Ingegneria “Enzo Ferrari” dell’Università di Modena e Reggio Emilia, in collaborazione con due aziende del territorio, Bonfiglioli e Marposs che collaborano con questo progetto nominato DiaPro4.0.
L’obiettivo del presente lavoro di studio è quello di andare ad analizzare le vibrazioni emesse da alcune coppie di ruote dentate aventi differenti gradi di usura e sottoposte a diverse condizioni di carico.
Studio condotto con il fine di poter stabilire tramite delle applicazioni di calcolo una diagnostica delle condizioni di usura delle ruote dentate ed una prognostica sulla vita utile rimanente.
La campagna di test sperimentali è stata eseguita su coppie di ruote dentate a denti dritti montate su un banco prova. Coppie di ruote aventi vari gradi di usura e danneggiamento, realizzate da un unico blocco di acciaio e trattate con tecniche differenti di trattamento superficiale come la cementazione, la nitrurazione e la tempra.
Durante i test si sono misurate alcune quantità fisiche caratteristiche del banco (e quindi indirettamente delle ruote), quali, ad esempio, l’accelerazione radiale, la velocità di rotazione e la coppia applicata agli alberi su cui vengono montate le varie coppie di ruote.
Attraverso un post-processamento dei segnali ottenuti si evince una possibile correlazione tra questi segnali e l’usura delle ruote differenziando i dati anche in base alla tipologia di realizzazione.
Per tanto lo scopo finale è quello di creare una tecnologia Industry 4.0 per dei motoriduttori industriali capace di permettere un risparmio di tempo e risorse alle aziende che adotteranno questa nuova tecnologia industriale.
Il controllo e l’analisi del comportamento dinamico delle trasmissioni meccaniche tramite ingranamenti è di fondamentale importanza per due ragioni.
La prima è quella di garantire la durabilità della trasmissione di ingranaggi, che è lo studio principale di questa campagna sperimentale. Mentre la seconda ragione è quella del rumore generato dal contatto dei denti che, nonostante non sia lo studio principale di questa campagna sperimentale, si è optato per ridurre l’impronta di contatto da una linea ad un punto grazie ad una leggera “bombatura” della faccia laterale dei denti.
Un parametro comunemente usato in letteratura come output dei test di ruote dentate è il DTE (Dynamic Trasmission Error) che è definito come segue:
DTE=r_1 θ_1 (t)+r_2 θ_2 (t) (1)
Il quale rappresenta la legge dell’errore di trasferimento di moto lungo la linea d’azione delle ruote dentate in un certo istante di tempo t.
I parametri r_1 e r_2 sono i rispettivi raggi di base delle ruote 1 e 2, mentre θ_1 (t) e θ_2 (t) sono le componenti di moto angolare alternato, misurate dalle posizioni nominali delle ruote dentate ad una velocità di rotazione nota. Questo è l'equivalente dinamico del più noto errore di trasmissione statico STE ma che molti studi sperimentali sulle ruote dentate cilindriche pubblicati in letteratura utilizzano per questi scopi. [1]
Applicando la formuletta al caso in esame si ricava:
DTE=r(θ_1 (t)+θ_2 (t)) (2)
Dove r=60,5mm;
θ_1 (t)≡angolo instantaneo di rotazione del pignone;
θ_2 (t)≡angolo instantaneo di rotazione della corona;
Per quanto riguarda l’efficienza meccanica, essendo un banco con rapporto di trasmissione unitario, viene calcolata tramite il rapporto dei segnali che verranno letti da ciascun torsiometro (3).
η=T_gear/T_pinion (3)
Dove T_gear≡Coppia della corona;
T_pinion≡Coppia del pignone.
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