Depressurizzazione per migliorare l’efficienza degli ingranaggi

Nell’articolo vengono riportati i risultati di uno studio numerico, validato mediante confronto con test sperimentali, in cui si mostra un metodo alternativo per ridurre le perdite di potenza nelle trasmissioni a ingranaggi.

In passato molti gruppi di ricerca hanno investito tempo e denaro per cercare di massimizzare l’efficienza delle trasmissioni a ingranaggi. Molte fonti di perdita, come lo strisciamento tra i denti, il contributo dei cuscinetti e delle tenute, risultano ormai ottimizzate anche grazie a modelli analitici che permettono il confronto di differenti soluzioni costruttive già dalle prime fasi della progettazione. Il punto critico che tutt’oggi è oggetto di molti studi è la minimizzazione delle perdite legate al lubrificante. Il lubrificante, infatti, ha la doppia funzione di ridurre gli attriti e smaltire il calore. Tuttavia, essendo un fluido viscoso, la sua movimentazione (sbattimento) causa anch’essa dissipazioni energetiche. È quindi fondamentale saper scegliere la giusta quantità di lubrificante che garantisca il corretto funzionamento del sistema senza però introdurre troppe perdite. In tal senso, recentemente il repentino aumento della potenza di calcolo, assieme allo sviluppo di strumenti software dedicati, ha permesso di simulare con buona precisione quello che avviene in una trasmissione ad ingranaggi durante il suo funzionamento, permettendo di ottimizzare quelli che sono i flussi di olio e minimizzare le relative perdite di potenza. Questo avviene solitamente agendo sulla quantità di lubrificante e sulla geometria dei vari componenti in modo da favorire la lubrificazione delle sole zone di interesse e minimizzare al contempo lo sbattimento.

In questa analisi vengono descritti i risultati di uno studio numerico, validato tramite confronto con test sperimentali, in cui si illustra un metodo alternativo per limitare le perdite di potenza.

Introduzione

I riduttori a ingranaggi hanno un ruolo fondamentale nella trasmissione della potenza. Essi vantano un ottimo livello di affidabilità e costi contenuti rispetto a molte soluzioni alternative come le trasmissioni idrostatiche o idrodinamiche o i sistemi CVT a catena.

Sebbene la loro efficienza sia già molto elevata, i mercati globali spingono per un suo ulteriore aumento.

Da un lato, nuovi materiali e trattamenti permettono un innalzamento delle performance meccaniche [1] e una riduzione dei costi produttivi [2], dall’altro geometrie particolari come le cosiddette “low-loss-gear” [3-5] o gli ingranaggi asimmetrici [6-7] permettono di ottenere efficienze e capacità di carico maggiorate.

Il lubrificante, sempre necessario, ha un impatto diretto sulla capacità di carico della trasmissione, sull’usura [8], sullo scuffing [9] e sulla resistenza a fatica da contatto [10-11]. La quantità ottimale di lubrificante deve essere scelta in modo tale da garantire la corretta lubrificazione di tutti gli organi meccanici in ogni condizione di funzionamento, il corretto smaltimento del calore e le minori perdite possibili. Tipicamente la quantità di lubrificante veniva scelta tramite metodi empirici o sulla base di una vasta campagna sperimentale. Oggigiorno gli strumenti numerici di simulazione stanno colmando questo gap favorendo la valutazione ed ottimizzazione delle geometrie interne del riduttore in funzione della lubrificazione. In questo modo è possibile confrontare già in fase progettuale differenti soluzioni costruttive e valutare per ognuna la corretta lubrificazione e il rendimento [12-13].

 

 

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