Lo stato dell’arte di ingranaggi e trasmissioni

Ingranaggi per l’e-mobility, riduzione del rumore, micropitting e scuffing. Questi sono solo alcuni dei temi “caldi” su cui discute la comunità di esperti in ingranaggi e trasmissioni.

Lo stato dell’arte di ingranaggi e trasmissioni

La centocinquesima edizione del Fall Technical Meeting AGMA, che si è tenuta a Chicago dal 17 al 19 ottobre 2022, è tornata al suo format abituale, dopo due edizioni anomale a causa della pandemia da Covid-19. L’edizione del 2020 era infatti stata interamente virtuale e quella del 2021, pur essendo fruibile solo in presenza, si era svolta con una parte significativa degli interventi erogati in modalità preregistrata, vista l’impossibilità per i numerosi relatori non americani di partecipare fisicamente all’evento.

I quasi 100 partecipanti, solo di poco inferiori alle ultime edizioni in presenza, rappresentano un grande successo e confermano la voglia di incontrarsi e tornare alla normalità. Il FTM è formalmente un evento dedicato alla formazione continua ma, nella sostanza, gli elevati contenuti tecnico-scientifici delle presentazioni ne fanno anche un’occasione per fare il punto sullo stato della ricerca e innovazione, sia in ambito accademico che industriale.

IL FTM si svolge tradizionalmente su 5 sessioni tecniche, rigorosamente in serie, per non costringere i partecipanti a scegliere alcuni interventi a discapito di altri e per favorire l’ampia partecipazione alla discussione sugli argomenti oggetto delle presentazioni, che occupa uno spazio significativo del programma e da sempre caratterizza questo convegno.

Scuffing, mobilità elettrica, riduzione del rumore

La prima sessione è iniziata con un intervento di FZG dedicato a una nuova metodologia di prova per investigare la capacità di carico a scuffing degli oli per coppie coniche e ipoidi. Questi ingranaggi sono infatti caratterizzati da una sfavorevole combinazione di elevate velocità di strisciamento e sforzi di contatto che li espongono al pericolo di scuffing. Un test specifico, realizzato con l’utilizzo di un banco a ricircolo con riduttori ad assi concorrenti, consente di qualificare e differenziare con estrema attendibilità le proprietà dei lubrificanti espressamente concepiti per questa applicazione. Nella stessa sessione si è anche discusso dell’influenza delle finiture superficiali e della loro combinazione, nelle due dentature ingrananti, sulle perdite delle trasmissioni ad ingranaggi, con particolare riferimento alle applicazioni automobilistiche. Riferito alla mobilità, elettrica in particolare, anche il successivo intervento di Klingelnberg, che si è concentrato sulla qualità e le tecnologie di produzione, rispetto al loro impatto sul rumore, tema di grandissima attualità. Gli ingranaggi bi-elicoidali costituiscono una soluzione interessante per la riduzione del rumore, ma richiedono un’ottimizzazione basata sullo studio delle condizioni di contatto, che può essere proficuamente effettuato con il FEM.

Skiving, metrologia e Closed Loop

La sessione dei controlli è iniziata con un intervento dedicato allo skiving: è la lavorazione del momento ed è quindi oggetto di studi finalizzati ad ottimizzarla; la misurazione all’interno del processo consente di controllare costantemente il prodotto rispetto alle specifiche e di compensare le deviazioni. Il mondo dei controlli è in continuo fermento e la misurazione di altri parametri si aggiunge ai rilievi tradizionali sul fianco e l’elica. Gleason ha sottolineato l’importanza del PPC (profile of path of contact), che riflette in modo importante la qualità di costruzione degli ingranaggi, ma che non è misurabile direttamente sulle macchine tradizionali e ha illustrato alcuni metodi per rilevarlo.

La presentazione di Gleason era dedicata all’analisi del rumore degli ingranaggi per e-Drive e ai controlli nel processo per ridurlo

La metrologia ottica è ormai una tecnologia affermata e consente misure rapide e senza contatto: vista la sua novità, tuttavia, è necessario identificarne gli utilizzi più significativi e metterne a punto le modalità di applicazione, come evidenziato in un intervento di Klingelnberg.

La sessione si è conclusa con una Special Presentation, da parte di Gleason, dedicata all’analisi del rumore degli ingranaggi per e-Drive e ai controlli nel processo per ridurlo. Un nuovo approccio, basato sulla combinazione della prova rotolamento a doppio fianco e di rilievi laser, consente di effettuare controlli in tempi equivalenti a quelli della lavorazione e pertanto di ispezionare il 100% della produzione; la determinazione dei parametri di weaviness, di profilo e longitudinale, è di grande importanza per prevedere la rumorosità in esercizio. Questo nuovo principio è stato integrato in una cella di rettifica, che comprende un sistema di correzione closed loop.

Liebherr ha presentato e confrontato tra di loro alcuni metodi di produzione degli ingranaggi bielicolidali, sia di dentatura (fresatura a 5 assi e stozzatura), sia di finitura post trattamento

In continuità con la precedente, la sessione del manufacturing: dopo due interventi dedicati alla cementazione a bassa pressione e alla modellazione matematica dei processi di generazione delle ruote coniche, si è infatti ritornati al Closed Loop, oggetto di una presentazione pragmatica di Massimiliano Turci che, con il supporto di alcuni casi studio, ha mostrato come il concetto può essere declinato nella pratica e le sue implicazioni. L’intervento della Liebherr ha presentato e confrontato tra di loro alcuni metodi di produzione degli ingranaggi bielicolidali, sia di dentatura sia di finitura post trattamento, con particolare riferimento alla rettifica con mola a vite di piccolo diametro, la quale, grazie ai progressi negli abrasivi e nei macchinari, si propone come potenziale alternativa all’affermata rettifica di forma per questa tipologia di dentature.

Progettazione e calcolo

Variegata la sessione su applicazione, progettazione e calcolo. Dallo studio dell’influenza della geometria del raccordo al piede sugli sforzi negli ingranaggi in plastica rinforzata con fibra corta, si è passati alla sperimentazione sulla resistenza a flessione degli ingranaggi di grosso modulo temprati ad induzione, effettuata da FZG per confrontare tra di loro le diverse soluzioni di trattamento e per fornire dati attendibili per il calcolo. Grande interesse ha suscitato la presentazione dedicata agli ingranaggi planetari e alle sfide alle quali sono chiamati per essere applicati nei robot di prossima generazione. Il confronto tra le prestazioni dinamiche di un robot con quelle di alcuni organismi viventi evidenzia infatti la lunga strada ancora da percorrere, sia in tema di sistemi di controllo, sia di ottimizzazione meccanica. La FVA, associazione tedesca per la ricerca sulle trasmissioni ad ingranaggi, è sempre più attiva e presente agli eventi internazionali: all’AGMA è intervenuta presentando un contributo che ha sottolineato l’importanza di considerare la deformabilità delle casse nelle simulazioni del contatto tra le dentature, quando l’obbiettivo è lo studio della ripartizione di carico. Hanno completato la sessione gli interventi dedicati allo studio della rigidezza torsionale degli ingranaggi a vite e ai profili non convenzionali per i rotismi planetari. La sessione conclusiva, dedicata a sperimentazione e modalità di cedimento, si è aperta con il monitoraggio, con un intervento della Penn State University specificamente riferito agli ingranaggi, che si è concentrato sugli algoritmi messi a punto per prevedere le avarie sulla base dei segnali di accelerometri installati su un banco a ricircolo di potenza. L’FZG ha presentato un avanzamento sul calcolo rispetto alla frattura del fianco, caratterizzato dalla possibilità di tenere conto degli sforzi residui di trazione presenti alle elevate profondità del materiale. La messa a punto dei modelli strutturali dei sistemi complessi, quali un moltiplicatore di una turbina eolica, non può prescindere dalla validazione sperimentale, come mostrato nel paper congiunto Gamesa/Università di Delft, che ha presentato un sistema di misura basato su fibre ottiche a reticolo di Bragg, particolarmente vantaggiose, rispetto agli estensimetri, in applicazioni che richiedono numerosi punti di misura della deformazione. Non si è parlato solo di ingranaggi, grazie alla presentazione di WZL che ha presentato un banco prova per sperimentazione sugli accoppiamenti scanalati, finalizzato a valutare le prestazioni delle dentature bombate in presenza di disallineamenti. Last but not least, la presentazione di Robin Olson in tema di micropitting e di ISO/TS 6336-22, la specifica tecnica ISO dedicata a tale fenomeno.

Tra gli innovativi metodi di trattamento termico per ingranaggi emerge la cementazione a bassa pressione

Come è noto, il punto di vista degli americani è ancora abbastanza prudente rispetto alla possibilità di innalzare la specifica a livello di Standard. In particolare, i casi studio presentati dalla Olson hanno evidenziato che il metodo di calcolo è attendibile quando l’applicazione oggetto di analisi ha parametri di progetto e di funzionamento non troppo discosti da quelli del banco prova ma che può andare in crisi quando gli stessi sono significativamente diversi, come ad esempio accade per le dentature di grandi dimensioni e modulo delle turbine eoliche. La proposta è di perseverare nell’utilizzo del metodo con l’obbiettivo di accrescere le conoscenze e di costruire ulteriore esperienza, così da affinarlo e creare i presupposti per la sua trasformazione in Standard.

Revisione dello Standard 925-B22

Tutte le fasi del convegno AGMA si rivelano un’ottima occasione di incontro. L’Award Luncheon si è concluso con una cerimonia di premiazione dei membri, che si sono distinti nelle attività a favore dell’associazione. Quest’anno sono stati insigniti del riconoscimento i membri del comitato tecnico che, sotto la guida di Robin Olson, ha portato a termine la revisione dello Standard 925-B22, la cui precedente edizione (A03) risaliva al 2003, “Effect of Tribology and Lubrication on Gear Surface Distress”. Il Fall Technical Meeting del 2023 si terrà a Detroit, dal 16 al 18 ottobre, abbinato al Motion + Power Technology Expo, evento espositivo che si svolge con cadenza biennale.

(di Carlo Gorla)