Ingranaggi: l’importanza di prove specifiche

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Quando si affronta il tema della sperimentazione, una domanda alla quale si dovrebbe dare risposta è la seguente: quanto fedelmente si devono riprodurre in laboratorio le condizioni specifiche dell’applicazione in oggetto o quanto, piuttosto, si debbano determinare dati del materiale trasferibili al singolo caso mediante il calcolo?

Cercherò di rispondere alla domanda per il caso delle trasmissioni ad ingranaggi.

Ad un estremo vi è la sperimentazione sul componente e all’altro i test su provini  generici finalizzati a determinare le proprietà dei materiali o di quantificare alcune influenze particolari. Le prima ovviamente si riferisce alla singola applicazione mentre i secondi  forniscono informazioni utilizzabili nel progetto, almeno in linea di principio, di qualsiasi componente. Il legame tra le due è il metodo di calcolo: quanto più esso è affidabile, tanto più è possibile una verifica accurata del componente senza ricorrere a costose prove sullo stesso.

Senza spingersi fino alla sperimentazione sul componente è però possibile, ed è questo proprio il caso degli ingranaggi, utilizzare provini che non siano del tutto universali ma che contengano le peculiarità tipiche dell’applicazione: la dentatura, la scelta di una particolare geometria al piede, l’utilizzo di una specifica lavorazione e di un trattamento termico, che determinano un ben preciso stato della superficie, di sforzi residui ed una distribuzione di proprietà  che non sono indipendenti dalla specifica geometria. E’ quanto avviene ad esempio nelle prove di flessione a dente singolo le quali, pur non riproducendo l’ingranamento di due ruote dentate, consentono di determinare i dati sulla resistenza del materiale a fondo dente in modo assai più attendibile di quanto non si potrebbe fare ricavandoli da un provino del tutto generico e cercando di correggerli con dei coefficienti che tengano conto di tutti i sopracitati effetti che si hanno in una dentatura.

In modo del tutto analogo, sebbene siano possibili prove di fatica da contatto basate sull’utilizzo di dischi, nelle quali si possono impostare valori desiderati di pressione e scorrimento, ben più attendibili se l’obbiettivo è quello di determinare la resistenza a pitting di un materiale per ingranaggi, sono i risultati che si possono ottenere su ruote dentate provino, ingrananti in una macchina back-to-back, sia per i motivi già detti sia perché solo così si riproduce fedelmente quanto avviene in un ciclo di ingranamento, nel corso del quale le grandezze che influenzano il fenomeno, quali la ripartizione del carico, le curvature e gli strisciamenti, variano da punto a punto secondo andamenti tipici. Stesse considerazioni valgono per le prove sui lubrificanti: i tedeschi hanno dimostrato dati alla mano che se si utilizzano, anziché prove dedicate per ingranaggi, come ad esempio  la ben nota prova FZG, prove generiche di lubrificazione, si rischia di “scoprire” che la birra può essere un lubrificante anche migliore dell’olio per ingranaggi!

 

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