Calcolo della resistenza di un ingranaggio conico mediante la combinazione di più metodi

Il processo di progettazione dei riduttori conici è sicuramente complesso. Sono disponibili svariati metodi di calcolo anche molto specifici, ma che possono portare a risultati diversi in termini di sollecitazioni o fattori di sicurezza. Questo studio confronta i vari procedimenti proposti dalle normative ISO e l’analisi dei contatti attraverso un esempio pratico.

In linea di principio, per la valutazione della resistenza degli ingranaggi conici, sono disponibili più approcci, tra cui le normative e l’analisi del contatto sotto carico (LTCA). Questi differiscono per tipo di risultati ottenibile, livello di dettaglio, precisione e tempo di calcolo. Ecco perché vengono applicati in diverse fasi del design.

La Figura 1 (a sinistra) mostra un confronto tra i metodi. I vari approcci forniscono diversi tipi di risultati. I risultati relativi alla durata si ottengono solo mediante normative o prove sperimentali.

Al contrario, l’approccio LTCA fornisce una indicazione molto precisa delle sollecitazioni in esercizio, ed è possibile considerare dettagli come gli errori di fabbricazione e i disallineamenti reali. I valori di disallineamento sono ottenuti da un’analisi di progettazione del sistema, che fornisce la posizione esatta dei due elementi durante l’ingranamento considerando le deformazioni dovute alla deflessione di alberi, cuscinetti e alloggiamenti.

Normative

La valutazione della resistenza degli ingranaggi conici secondo standard come AGMA, ISO… si concentra su calcoli analitici (basati su formule). La geometria dell’ingranaggio conico viene convertita in un ingranaggio cilindrico virtuale. Ciò consente di applicare gli stessi approcci di calcolo utilizzati per gli ingranaggi cilindrici, opportunamente modificati mediante alcuni fattori correttivi specifici per gli ingranaggi conici.

Le norme per il calcolo della capacità di carico forniscono un’indicazione delle sollecitazioni che si hanno in esercizio (di contatto, di flessione…) e dei valori massimi consentiti. Il confronto permette di pervenire ai fattori di sicurezza e a una stima della durata.

La valutazione mediante normative rappresenta un approccio di calcolo semplificato che consente una valutazione molto rapida della macro-geometria. Ciò è particolarmente utile nella fase di pre-dimensionamento, in quanto può essere combinato con metodi “DOE” per lo studio di numerose configurazioni.