Analisi dell’impronta di contatto per riduttori di veicoli a pilotaggio remoto

Il ricorso all’utilizzo del software KISSsoft consente l’analisi dell’impronta di contatto per riduttori di sistemi aerei a pilotaggio remoto (UAV) durante la prova di prototipi.

La simulazione KISSsoft per la ricerca

Nell’ambito di un progetto di ricerca del Politecnico di Vienna, è stato testato un nuovo disegno di riduttore per un UAV (Unmanned Aerial Vehicle) ed è stata dimensionata la micro-geometria della ruota conica, grazie al supporto del software KISSsoft, al fine di ottimizzare l’impronta di contatto. Questa dentatura è stata poi testata sul banco di prova in un riduttore prototipo e sono state eseguite prove dell’impronta di contatto per la validazione del dimensionamento.

Nella prima prova le impronte di contatto a banco e nella simulazione non erano però coerenti. Dopo un’analisi dei disallineamenti nell’ambito della simulazione e la correzione delle distanze di montaggio sul set di ruote coniche nel banco di prova, è stato possibile dimostrare la corrispondenza dell’impronta di contatto.

Il Dipartimento di Ricerca dei componenti di macchine del Politecnico di Vienna, sotto la direzione del Prof. Weigand, ha focalizzato la propria ricerca sui sistemi di azionamento di veicoli aerei. La ricerca comprende gli organi di trasmissione di piattaforme ad ala rotante di ogni dimensione, ma anche i riduttori di aeromobili e turbine.

Le attività vanno dal dimensionamento del progetto agli aspetti relativi alla certificazione e ai test su banco di prova, passando per l’analisi dettagliata dei riduttori. I nuovi concetti di trasmissione nel campo degli UAV rappresentano un segmento in forte crescita nel campo dell’aeronautica. Essi comprendono ad esempio gli elicotteri a pilotaggio remoto con una massa al decollo nell’ordine di centinaia di chilogrammi.

Il Camcopter S-100 della casa austriaca Schiebel Elektronische Geräte è un elicottero a pilotaggio remoto con una massa complessiva al decollo (MTOW) di 200 kg e un carico di 50 kg, che viene azionato da un motore Wankel. La velocità massima è pari a 240 km/h, l’altezza di volo massima è di 5.500 m e la durata di volo può raggiungere di minimo 6 ore (Figura 1).

Figura 1 – Camcopter S-100 in volo.

Nell’ambito del progetto di ricerca OHA (riduttori per elicotteri ottimizzati made in Austria), nato dalla collaborazione tra il Politecnico di Vienna e Schiebel, è stato testato un nuovo disegno di riduttore su un banco di prova costruito appositamente per il Camcopter S-100, presso l’Istituto di Tecnica delle costruzioni del Politecnico di Vienna. La coppia conica testata è la coppia in uscita del rotore principale con un rapporto di trasmissione di circa 1,9 e un angolo tra gli assi diverso da 90°. Il set di ruote coniche è stato realizzato con il metodo di produzione convenzionale “face milling”.

La micro-geometria è stata dimensionata espressamente per questo set di ruote, poiché in considerazione della costruzione estremamente leggera, in aeronautica le deformazioni dei singoli ingranaggi sono maggiori rispetto, ad esempio, agli ingranaggi per riduttori nel settore industriale. Il set di ruote, unitamente alle nuove specifiche per l’impronta di contatto del Politecnico di Vienna, è stato consegnato al produttore di ruote coniche con l’incarico procedere alla fabbricazione e di determinare le modifiche dei fianchi (Figura 2).

Figura 2 – Set di ruote coniche della coppia in uscita del nuovo riduttore.

Sul banco di prova, la posizione dell’impronta di contatto del set di ruote coniche non si è rivelata soddisfacente. L’impronta di contatto era nettamente spostata verso i bordi di testa e di piede della corona conica. È stata così evidenziata la problematica e la sfida consistente nella determinazione con il KISSsys – sistema integrativo di KISSsoft – della causa dell’errore e nella definizione dei parametri fondamentali per l’eliminazione della causa.

La coppia conica è stata quindi dimensionata con KISSsys, mentre l’impronta di contatto comprensiva delle relative bombature longitudinali e del profilo (così come delle correzioni dell’angolo di spirale o di pressione) è stata modellata e calcolata con livelli di carico differenti.

 

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