ITBO20100084A1 - Metodo di collaudo della durata di riduttori di velocita' e simili - Google Patents

Description

Descrizione

METODO DI COLLAUDO DELLA DURATA DI RIDUTTORI DI VELOCITÀ E

SIMILI

Campo tecnico

La presente invenzione ha per oggetto un metodo di collaudo della durata di riduttori di velocità e simili.

Arte nota

Sono noti metodi di simulazione numerica atti a prevedere il comportamento di macchine o di parti di esse in risposta alle sollecitazioni previste dalle specifiche di progetto e in base al tipo di applicazione. Tali metodi di simulazione prevedono ad esempio di costruire un modello geometrico virtuale del particolare meccanico da verificare e di operarne la suddivisione virtuale in una molteplicità di elementi finiti. Al modello virtuale così discretizzato sono attribuite le proprietà meccaniche proprie del materiale previsto dal progetto per il componente e infine vengono definite le sollecitazioni da applicare nel calcolo di simulazione in base a un modello fisico della specifica applicazione.

In genere i metodi di simulazione consentono di calcolare le tensioni e le deformazioni del modello virtuale in corrispondenza di punti discreti, detti “nodi†, dei suddetti elementi finiti. In tal modo à ̈ possibile ottenere una previsione in genere abbastanza precisa del comportamento del componente meccanico da verificare.

Tuttavia tali metodi, pur essendo in grado di costruire modelli virtuali di elevata precisione, rappresentativi non solo delle caratteristiche geometriche, ma anche di quelle tecnologiche dei componenti meccanici, presentano dei limiti nella previsione del comportamento di taluni componenti meccanici particolarmente complessi. È questo specificamente il caso degli ingranaggi, per la loro particolare complessità sia costruttiva che di applicazione. In particolare, per le applicazioni che coinvolgono ingranaggi, tali metodi di simulazione non sono in grado di calcolare in modo sufficientemente affidabile la durata fino all’insorgenza di un determinato evento dannoso o avaria da fatica della superficie, il cosiddetto “pitting†, o del piede del dente, quindi la rottura.

Sono altresì noti metodi di prototipazione rapida, che prevedono di realizzare modelli in scala ridotta dei componenti meccanici da verificare. Tuttavia tali prototipi in scala sono più che altro destinati alla verifica degli aspetti costruttivi e geometrici dei componenti meccanici di progetto, più che dei comportamenti dinamici e strutturali. Perciò la prototipazione non à ̈ in generale adatta a simulare il comportamento alle sollecitazioni, in particolare alle sollecitazioni a fatica cui sono soggetti usualmente i denti degli ingranaggi, per prevederne la durata.

Pertanto per verificare che la durata richiesta dal progetto per un determinato riduttore sia effettivamente garantita e in modo sufficientemente sicuro, sono usualmente effettuate delle prove di collaudo su almeno un esemplare del riduttore da verificare. Ciò risulta particolarmente oneroso, soprattutto nel caso in cui il riduttore sia complesso e/o di elevate dimensioni e la durata richiesta determini tempi di prova assai lunghi.

Presentazione dell’invenzione

Il compito della presente invenzione à ̈ quello di risolvere i problemi citati, escogitando un metodo di collaudo della durata di riduttori di velocità e simili, in grado di operare in modo efficace e affidabile il collaudo della durata di ingranaggi fino all’insorgenza di un danneggiamento.

Nell'ambito di tale compito, Ã ̈ ulteriore scopo della presente invenzione quello di fornire un metodo di collaudo che consenta di effettuare il collaudo della durata di ingranaggi in tempi relativamente ridotti.

Un altro scopo dell’invenzione à ̈ quello di escogitare un uso di un modello in scala di un riduttore di velocità per attuare il metodo di collaudo della durata di riduttori di velocità a ingranaggi secondo l’invenzione.

Gli scopi citati sono raggiunti, secondo la presente invenzione, dal metodo di collaudo della durata di riduttori di velocità e simili secondo la rivendicazione 1, nonché dall’uso di un modello in scala secondo la rivendicazione 9.

Breve descrizione dei disegni

I particolari dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione dettagliata di una forma di attuazione preferita del metodo di collaudo della durata di riduttori di velocità e simili, illustrata a titolo indicativo negli uniti disegni, in cui:

la figura 1 mostra una vista frontale di un riduttore di velocità a ingranaggi atto a essere collaudato mediante il metodo secondo l’invenzione,

la figura 2 mostra una vista in sezione longitudinale del riduttore di figura 1; la figura 3 illustra un diagramma rappresentativo della curva di durata di dentature definita dalla norma ISO 6336;

la figura 4 illustra in forma tabellare gli esiti delle fasi computazionali del metodo di collaudo in oggetto, secondo un esempio di realizzazione.

Forme di realizzazione dell’invenzione

Con particolare riferimento a tali figure, si à ̈ indicato nell’insieme con 1 un riduttore di velocità a ingranaggi atto a essere collaudato mediante il metodo di collaudo secondo l’invenzione.

Il riduttore di velocità 1 illustrato nelle figure 1 e 2 à ̈ del tipo epicicloidale, ma differenti tipi possono essere ugualmente previsti. In particolare, il riduttore 1 illustrato a titolo di esempio comprende quattro ruote dentate satelliti 2 portate girevolmente da un organo planetario 3. Il riduttore 1 prevede inoltre un pignone solare 4, montato centralmente e in presa ai satelliti 2. I satelliti 2, l’organo planetario 3 e il pignone solare 4 sono montati all’interno di una ruota a dentatura interna o corona 5, che à ̈ a sua volta in presa ai satelliti 2. Il pignone solare 4 à ̈ montato all’estremità di un albero 6, che a seconda dell’applicazione può essere motore o condotto. L’organo planetario 3 à ̈ montato liberamente girevole e coassiale all’albero 6, in modo tale che il moto rotatorio possa essere ceduto dal pignone solare 4 all’organo planetario 3 o alla corona 5 o viceversa in funzione del tipo di applicazione e del rapporto di riduzione desiderato. Più precisamente, nel caso in cui la corona 5 à ̈ mobile, condotta o motrice, l’organo planetario 3 à ̈ fisso dunque il funzionamento non risulta epicicloidale.

Il metodo di collaudo secondo l’invenzione prevede di verificare la durata delle ruote dentate del riduttore 1 reale mediante la costruzione di un modello in scala del riduttore 1 stesso o comunque della coppia di ruote che risulta dal calcolo maggiormente sollecitata. A tale scopo il modello in scala à ̈ atto a essere sottoposto a una prova diretta di collaudo a condizioni operative equivalenti a quelle previste dal progetto per il riduttore reale 1, come spiegato meglio in seguito. Tale verifica atta a essere effettuata non sull’esemplare reale di riduttore, ma sul corrispondente modello in scala, à ̈ dunque una verifica indiretta volta ad esempio a collaudare una coppia di ruote costituita dal pignone solare 4 e da uno qualsiasi dei satelliti 2 in presa.

In sostanza, il modello in scala à ̈ sottoposto a condizioni operative equivalenti a quelle previste dal progetto, cioà ̈ atte a provocare, in base al calcolo teorico, lo stesso grado di danneggiamento. Nel caso esemplificativo in cui si intervenga sull’entità del carico quale condizione operativa, il metodo prevede di predisporre dapprima per il modello un primo valore di carico e di calcolarne la durata fino a danneggiamento, poi di individuare un coefficiente incrementale da applicare a tale primo valore di carico per ottenere una valore di carico equivalente, alle medesime condizioni operative restanti, ad esempio di velocità angolare, tale da ottenere mediante il calcolo una durata calcolata fino al danneggiamento ridotta e sostanzialmente pari a un tempo di collaudo desiderato, più breve rispetto alla durata calcolata inizialmente per il riduttore da collaudare.

Il metodo prevede preferibilmente di calcolare in una fase computazionale intermedia, mediante un coefficiente incrementale intermedio, un valore intermedio di carico atto a determinare la stessa durata calcolata per il riduttore da collaudare, fino all’insorgere dell’evento di danneggiamento. In tal caso, il metodo prevede di individuare successivamente un corrispondente coefficiente incrementale atto a determinare la citata durata calcolata ridotta per il modello in scala, sostanzialmente pari al tempo di collaudo desiderato.

Eseguendo una prova diretta sul modello in scala alle condizioni operative equivalenti così calcolate, à ̈ dunque possibile verificare la durata calcolata per il riduttore da collaudare in tempi notevolmente ridotti.

Il metodo si applica anche nel caso in cui il progetto preveda carichi variabili, in particolare differenti livelli di carico rappresentabili secondo un determinato istogramma di carico. Come per un solo carico e secondo la medesima modalità, à ̈ possibile calcolare per il modello corrispondenti livelli di carico equivalenti, per intervalli di tempo corrispondenti, in percentuale rispetto al tempo totale di funzionamento della durata richiesta, in modo tale che il corrispondente istogramma di carico abbia lo stesso andamento e, per la citata fase intermedia di calcolo, la durata totale calcolata per il modello sia la stessa del riduttore di progetto. Successivamente vengono calcolati livelli di carico equivalenti, incrementati preferibilmente in modo proporzionale, tali da determinare una durata calcolata che sia ridotta a un tempo desiderato. Il modello viene allora sottoposto ai livelli di carico incrementati, per la durata calcolata ridotta che rappresenta il tempo di collaudo per il modello in scala. In particolare, la citata equivalenza à ̈ fondata su un procedimento di calcolo che tiene conto di tutte le usuali circostanze che condizionano la durata degli ingranaggi, in base alle determinazioni ad esempio della norma ISO 6336/2006, che consente di individuare curve di durata per gli ingranaggi, e fattori di correzione per tenere conto delle particolari condizioni di superficie delle ruote dentate oggetto di verifica.

Con particolare riferimento alla verifica della durata al pitting della coppia pignone solare 4 e satellite 2, occorre tenere presente che tale tipo di danneggiamento dei denti à ̈ un fenomeno di fatica di superficie, la cui probabilità, o pericolo di avaria, à ̈ rappresentata in modo molto preciso da una curva in un diagramma logaritmico avente in ascissa i cicli di applicazione NLe in ordinata un fattore di carico QW, rappresentativo del carico stesso in termini di forza o di momento torcente (si veda la figura 3). In particolare si osserva che il primo tratto della curva, dal punto indicato dalla lettera W al cosiddetto limite di fatica convenzionale indicato dalla lettera V, schematicamente rappresentato da una linea retta, à ̈ definito in modo inequivocabile dalla citata norma ISO 6336. Tale norma infatti definisce per tale tratto i citati fattori di superficie che consentono di tenere conto di tutte le circostanze delle differenti applicazioni che possono influire sull’insorgenza del danno. Utilizzando la curva di durata detta usualmente “life curve†à ̈ quindi possibile ottenere, dato il carico di progetto, una durata calcolata per l’ingranaggio fino all’insorgere del pitting. Considerazioni analoghe si possono applicare per il calcolo della resistenza a rottura.

Il citato concetto di equivalenza del metodo secondo l’invenzione fa riferimento altresì al concetto di danno Dnper un determinato livello di carico n, il solo previsto nel progetto oppure l’n-simo di una serie di molteplici livelli di carico, esprimibile quale rapporto tra la durata richiesta NL, ad esempio espressa in numero di ore di funzionamento, e la durata calcolata fino all’insorgenza del danneggiamento NLf, secondo la formula

N

D L

n N Lf

Il termine di durata all’insorgenza del danneggiamento NLfper il calcolo del danno Dnpuò essere calcolato, noti l’unico livello previsto o ciascun livello di carico dei molteplici previsti, dalla curva di durata del tipo illustrato in figura 3, per il tratto WV relativo alla sola durata finita (si veda la figura 3). Nel caso in cui siano previsti diversi livelli di carico, à ̈ possibile calcolare un danno cumulativo, assumendo che ciascun livello provochi un danno parziale calcolabile secondo la formula precedente, dato dalla somma di tali danni parziali, secondo la nota ipotesi di Miner.

Una volta eseguito il calcolo di durata per le dentature reali, per la coppia pignone solare 4 e satellite 2, si ottiene dunque come risultato una durata calcolata fino all’insorgenza del danneggiamento per fatica, ad esempio di superficie per il cosiddetto “pitting†o al piede del dente, cioà ̈ fino a rottura. Tale durata calcolata à ̈ superiore alla durata minima richiesta per il dato riduttore 1 reale, di un fattore rappresentativo del grado di sicurezza del progetto.

Successivamente sono applicate al medesimo metodo di calcolo prime condizioni operative per il modello in scala che si intende realizzare, definite da un solo livello o da una serie di molteplici livelli di carico, a seconda del caso, che determinano una corrispondente durata calcolata. In una fase intermedia di calcolo à ̈ possibile individuare coefficienti incrementali intermedi delle citate prime condizioni operative atti a determinare per il modello in scala una durata calcolata sostanzialmente pari a quella calcolata per il riduttore 1 reale.

Si procede allora a incrementare, mediante iterazioni successive del calcolo, le prime condizioni operative determinate o quelle intermedie se previste, fino a ottenere condizioni operative equivalenti per una durata calcolata ridotta, tali cioà ̈ da dare luogo a una durata calcolata pari a un tempo di collaudo desiderato, ad esempio al massimo 500 ore. In altre parole, fissato il numero di ore di collaudo desiderato, à ̈ possibile ricavare per iterazioni successive di calcolo l’entità delle condizioni operative equivalenti, ad esempio in termini di carico o dei molteplici livelli di carico, da applicare al modello in scala affinché la durata prestabilita equivalga, quanto agli effetti di danneggiamento sul modello, alla durata del riduttore reale. In altre parole, queste condizioni operative incrementate, ad esempio in termini di carichi incrementati, ma in alternativa di velocità rotazionali incrementate o di entrambe le condizioni, consentono di compiere sul modello in scala una verifica indiretta ma affidabile della durata del riduttore 1 reale in tempi di collaudo ridotti a piacere.

Secondo formule note, ad esempio e preferibilmente secondo le formule proposte dalla norma ISO 6336, à ̈ possibile individuare anche per il modello in scala specifici valori o fattori “correttivi†di superficie, in particolare per la rugosità, la velocità e la lubrificazione rispettivamente, affinché la curva di durata esemplificata in figura 3, sia adattata al caso specifico di applicazione e, pertanto, la prova di funzionamento sul modello in scala per l’intervallo di tempo desiderato e alle condizioni operative equivalenti, possa effettivamente equivalere, in termini di probabilità di insorgenza del danneggiamento, a una prova diretta di funzionamento eseguita sul riduttore 1 reale per la durata calcolata per il riduttore 1 reale.

Più precisamente, in base al tipo di applicazione, ai carichi e alle caratteristiche geometriche e tecnologiche, à ̈ possibile stabilire l’entità dei fattori correttivi che, secondo formule note, consentono di calcolare le pressioni di Hertz coinvolte. Tali fattori correttivi riguardano differenti circostanze che influiscono sulle pressioni agenti su ciascun dente, quali ad esempio la rigidezza.

È possibile e noto introdurre altresì un fattore di ripartizione della potenza o “sharing factor†per tenere conto della maggiore incidenza del carico o dei carichi applicati, ad esempio nel caso in cui una stessa ruota sia in presa con più di un pignone o viceversa. Una volta ottenute le pressioni di Hertz, à ̈ possibile ricavare il limite di fatica convenzionale, attraverso il quale à ̈ possibile derivare un valore di durata calcolata della coppia ruota-pignone in esame e quindi, nota la durata richiesta, un valore del danno Dnper la valutazione dell’equivalenza.

Si rileva che le citate formule note per il calcolo della resistenza degli ingranaggi al pitting in particolare, prevedono anche un fattore correttivo Zx per tenere conto dell’effetto delle dimensioni delle coppie ruote-pignoni. In realtà, però, tale fattore à ̈ notoriamente considerato pari all’unità, confermando il fatto che il collaudo effettuato sul modello in scala può essere considerato affidabile per la verifica degli effetti dannosi di condizioni operative equivalenti sul riduttore 1 reale.

In particolare à ̈ noto che la base empirica per il calcolo della resistenza al pitting di ruote dentate à ̈ data da una serie di risultati sperimentali per i cosiddetti “fattori di superficie†, ottenuti dall’istituto FZG su ingranaggi di prova con un interasse pari a 91,5 mm. È dimostrato che tali risultati sperimentali possono essere applicati indistintamente su ingranaggi di qualsiasi dimensione.

Per ciò che riguarda la realizzazione del modello in scala, à ̈ preferibile che le tecniche di lavorazione delle ruote dentate del modello in scala siano le stesse delle ruote corrispondenti del riduttore 1 reale da collaudare. A tale riguardo, ad esempio, à ̈ ammissibile che le lavorazioni meccaniche siano eseguite da esemplari diversi di macchine utensili, purché dello stesso tipo, ad esempio mediante dentatrici e rettificatrici.

Le caratteristiche geometriche degli ingranaggi del modello da realizzare per il collaudo devono essere in un rapporto di scala fisso rispetto a quelle degli ingranaggi corrispondenti del riduttore 1 reale. Ciò significa, ad esempio, che il numero di denti, la dimensione dell’interasse della coppia di ruote dentate da collaudare, nonché la larghezza della dentatura e i corrispondenti diametri di testa devono essere nello stesso rapporto di scala rispetto ai valori di progetto del riduttore 1 reale.

Il materiale di costruzione à ̈ lo stesso per il modello in scala e per il riduttore 1 reale.

Quanto ai trattamenti termici, se previsti per una o entrambe le ruote dell’ingranaggio da collaudare, essi devono essere dello stesso tipo, per ottenere l’equivalenza desiderata, cioà ̈ la medesima probabilità di avaria o grado di danneggiamento nel modello in scala ridotta e nel riduttore 1 reale.

Tuttavia, vi sono caratteristiche per le quali non à ̈ possibile mantenere il medesimo rapporto di scala per il riduttore 1 reale e per il modello perché dipendono ad esempio dalle tolleranze della lavorazione meccanica. Ad esempio, ciò riguarda la rugosità superficiale, ma anche, nel caso particolare di ingranaggi cementati, il cosiddetto “spessore efficace di cementazione†. In quest’ultimo caso ad esempio à ̈ preferibile scegliere per il modello in scala uno spessore efficace tale da ottenere uguale sollecitazione di compressione ideale al limite interno dello spessore efficace.

Si rileva al riguardo che il metodo à ̈ applicabile a qualsiasi tipo di materiale e di trattamento superficiale previsti per la coppia di ruote del riduttore 1 reale da collaudare. Il materiale di una o di entrambe le ruote della coppia da collaudare può infatti essere privo di alcun trattamento di indurimento, come nel caso in cui ad esempio il pignone della coppia risulti cementato, mentre la ruota atta ad essere accoppiata ad esso sia in acciaio semplicemente bonificato.

Al pari della rugosità superficiale e dell’eventuale spessore di indurimento, anche la rigidezza delle strutture portanti del modello non à ̈ ridotta in scala. Infatti, occorre prevedere strutture portanti di dimensioni maggiori rispetto a quelle calcolabili in base al rapporto di scala del modello, al fine di resistere ai carichi elevati che in genere risultano dal citato calcolo delle condizioni operative equivalenti, per un collaudo affidabile della durata in tempi relativamente ridotti.

Allo stesso modo non sono realizzate in scala, ma mantengono lo stesso carattere, le correzioni di profilo delle dentature, preferibilmente con una variazione graduale del profilo, al fine di evitare brusche diminuzioni del rapporto di condotta.

È preferibile infine mantenere la stessa classe di precisione delle dentature. Il metodo di collaudo della durata di riduttori di velocità e simili secondo l’invenzione à ̈ facilmente comprensibile dalla descrizione che precede.

Occorre ad esempio collaudare al pitting un riduttore 1 epicicloidale progettato con interasse pari a 203 mm, larghezza di dentatura di 190 mm, modulo pari a 10, numeri di denti pari a 19, 20 rispettivamente per il pignone solare 4 e per un satellite 2 ad esso accoppiato.

Dall’applicazione dei metodi di calcolo citati, à ̈ possibile calcolare la resistenza al pitting delle differenti dentature in termini di durata, cioà ̈ in numero di ore totali di funzionamento fino all’insorgenza del danneggiamento. Per accelerare i tempi computazionali à ̈ preferibile applicare i citati metodi di calcolo mediante l’ausilio di una procedura computazionale assistita da elaboratore elettronico che sia in grado di dare una risposta in termini di durata, come la procedura di calcolo nota con il nome di RHF. In base ai carichi di progetto noti, ad esempio variabili e precisamente differenziati su tre livelli di carico crescenti ciascuno con una determinata durata di funzionamento richiesta, à ̈ possibile calcolare le pressioni hertziane e quindi individuare nell’ingranaggio di progetto la ruota più debole, avente la minore durata calcolata fino al danneggiamento.

Come à ̈ visibile dalle tabelle 1 e 2 della figura 4, nel caso illustrato, per i momenti torcenti di progetto si ottiene una durata calcolata totale al pitting del pignone solare 4 pari a 6420 ore. Il calcolo tiene conto di tutti i fattori descritti in precedenza e, in particolare, di quelli geometrici, di carico e di superficie. Per una verifica maggiormente accurata, si à ̈ tenuto conto anche della ripartizione del carico, introducendo il già citato corrispondente fattore correttivo, rappresentativo dell’incidenza, quanto alla durata, del numero di satelliti 2 contemporaneamente in presa con il pignone solare 4. È opportuno altresì tenere conto nel calcolo della durata al pitting, della direzionalità del moto per la determinata applicazione che, nel caso ad esempio preveda un moto bidirezionale, ha l’effetto di ridurre l'affaticamento di superficie ripartendolo tra i due fianchi di ogni dente.

Nel caso illustrato si intende effettuare una prova diretta di collaudo su un modello in scala ridotta del riduttore 1 reale, avente modulo pari a 4, interasse di funzionamento pari a 81,2 mm, larghezza di fascia pari a 76 mm. Più precisamente, i dati geometrici della coppia costituente il modello sono determinati secondo una scala di riduzione pari al rapporto tra i corrispondenti moduli, del modello e del riduttore 1 reale di progetto, cioà ̈ pari a 4/10.

Come descritto in precedenza, la tecnologia di costruzione delle dentature e la classe di precisione devono essere, per il modello in scala, le medesime del riduttore 1 reale. Secondo gli stessi criteri occorre determinare, nel caso sia previsto un trattamento di indurimento superficiale per una o entrambe le ruote del riduttore 1 reale, ad esempio di cementazione, il corrispondente spessore di indurimento efficace del modello in scala, che dipende geometricamente dal diametro delle ruote oltre che dalla larghezza di fascia. È preferibile prevedere, per il calcolo, che lo spessore di indurimento efficace dipenda anche dall’entità del carico o dei livelli di carico applicati, confermando il fatto che come dato geometrico da considerare per il modello in scala, lo spessore d'indurimento non à ̈ proporzionale, secondo la scala adottata, a quello del riduttore reale.

Ovviamente à ̈ possibile applicare il metodo anche per il collaudo di ingranaggi ottenuti mediante diverse tecnologie di indurimento superficiale, quali ad esempio la tempra superficiale a induzione o la nitrurazione gassosa o al plasma. Tuttavia occorre considerare che la nitrurazione a gas o al plasma in particolare consente di ottenere uno spessore efficace comparabile a quello della cementazione solo per ingranaggi di piccole dimensioni, dei quali presumibilmente non risulta probabilmente vantaggioso realizzare modelli in scala ridotta.

Vengono successivamente calcolati i fattori correttivi in funzione delle dimensioni del modello in scala, preferibilmente secondo la norma ISO 6336, al fine di individuare la pendenza della curva di durata nel tratto WV della resistenza a vita finita per i primi tre carichi, almeno uno dei quali deve risultare compreso tra i punti W e V della curva medesima (fig. 3), al fine di ottenere, come indicato in precedenza, il corrispondente danno Dnparziale.

Per dedurre le percentuali di tempo di applicazione dei diversi livelli di carico si introducono nel calcolo, come dati di ingresso, le durate desiderate, sia per il riduttore reale sia per il modello.

Nel caso illustrato, una volta individuati i livelli di carico per il modello, tali da determinare la medesima durata calcolata totale al pitting di 6420 ore (si veda la tabella 3 di figura 4), si procede per iterazioni successive al calcolo dei livelli incrementati di carico al fine di ottenere la durata totale ridotta desiderata.

In pratica, si fissa la durata desiderata di collaudo, ad esempio pari a 500 ore e si applica il medesimo procedimento di calcolo della durata, con coefficienti incrementali dei carichi sempre maggiori, fino ad un coefficiente incrementale di collaudo, nel caso pari a 1,597, che determina una durata totale calcolata pari a quella desiderata di collaudo, cioà ̈ circa 500 ore (si veda la tabella 4 di figura 4). Si procede allora alla fase operativa di collaudo diretto sul modello in scala, applicando ad esso i livelli incrementati di carico calcolati, per la durata desiderata di collaudo.

Al termine della prova si osserva lo stato superficiale del modello in scala, per valutarne il grado di danneggiamento superficiale. Un buon esito della prova, cioà ̈ l’assenza di pitting o la presenza di un pitting appena iniziale, costituisce una verifica indiretta che il pignone solare 4 del riduttore 1 reale funzionerà senza pitting per il numero di ore di progetto, che secondo un determinato grado di sicurezza risultante sarà sufficientemente lontano dal numero di ore corrispondente alla durata calcolata nel caso illustrato pari a 6420 ore.

In alternativa alla modalità di attuazione descritta à ̈ possibile prevedere di abbreviare i tempi di collaudo, calcolando velocità di funzionamento equivalenti anziché carichi equivalenti. Ancora, à ̈ possibile prevedere di variare entrambi, rispetto ai dati di progetto, in modo da ottenere effetti di danneggiamento di pari rischiosità, quindi equivalenti.

Il metodo di collaudo della durata di riduttori di velocità e simili secondo l’invenzione consente di operare in modo efficace e affidabile il collaudo della durata dei riduttori di velocità a ingranaggi. Tale scopo à ̈ raggiunto principalmente mediante l’impiego di un modello in scala del riduttore da collaudare, al quale vengono applicati, secondo il metodo, condizioni di funzionamento equivalenti per un tempo di collaudo prestabilito, preferibilmente ridotto a piacere rispetto alla durata calcolata fino al danneggiamento per il riduttore 1 di progetto.

Una prerogativa dell’invenzione à ̈ data pertanto dal fatto che consente di effettuare una prova indiretta della resistenza e del funzionamento del riduttore reale 1, sul modello del quale sono applicati carichi costanti o variabili secondo il caso, oppure velocità di rotazione, proporzionali ed equivalenti ai valori delle corrispondenti condizioni operative secondo il progetto. Tale equivalenza, come descritto in precedenza, fa riferimento alla valutazione del medesimo danno per ciascun carico del progetto reale e per ciascun carico da applicare al modello. Un importante vantaggio del metodo in oggetto à ̈ costituito dal fatto che i tempi di collaudo possono essere ridotti notevolmente e a piacere. Inoltre, nonostante l’impiego di livelli di carico e/o velocità più elevati rispetto al caso reale, il metodo di collaudo in oggetto consente di ridurre il dispendio energetico complessivo. Nell’esempio illustrato, con il modello in scala ridotta secondo il rapporto di 4/10, per ridurre la durata a 500 ore, i carichi equivalenti risultano incrementati del 59,7% rispetto a quelli che darebbero una durata totale calcolata, per il pignone, pari a 6420 ore. Nonostante ciò, la potenza sul modello in scala si riduce a circa 0,10 rispetto a quella che sarebbe richiesta per il collaudo diretto del riduttore reale alle condizioni reali di progetto.

È altresì importante osservare che l’uso di un modello in scala ridotta rispetto al riduttore reale à ̈ particolarmente vantaggioso per realizzazioni ingombranti che richiederebbero costi sia di costruzione che di collaudo molto ingenti. Il modello, sia pure costruito con gli accorgimenti descritti per rispettare le condizioni di proporzionalità, risulta certamente più economico e agevolmente verificabile in qualsivoglia laboratorio di collaudo.

Nella pratica attuazione dell’invenzione, i materiali impiegati, nonché la forma e le dimensioni, possono essere qualsiasi a seconda delle esigenze.

Laddove le caratteristiche tecniche menzionate in ogni rivendicazione siano seguite da segni di riferimento, tali segni di riferimento sono stati inclusi al solo scopo di aumentare la comprensione delle rivendicazioni e di conseguenza essi non hanno alcun valore limitativo sullo scopo di ogni elemento identificato a titolo d’esempio da tali segni di riferimento.

Claims (10)

1. Rivendicazioni 1) Metodo di collaudo della durata di riduttori di velocità e simili, caratterizzato dal fatto che comprende le seguenti fasi operative: a. predisporre di una durata calcolata fino all’insorgere di un determinato stato di danneggiamento per un riduttore (1) da collaudare in base a dati di carico; b. predisporre secondo un determinato rapporto di scala un modello in scala di detto riduttore (1) da collaudare; c. predeterminare un tempo di collaudo desiderato ridotto rispetto a detta durata calcolata; d. calcolare condizioni operative equivalenti da applicare a detto modello in scala durante detto tempo di collaudo desiderato, essendo dette condizioni operative equivalenti individuate da condizioni operative atte a determinare in base al calcolo lo stesso rischio di danneggiamento delle condizioni operative di progetto sul detto riduttore (1) da collaudare; e. applicare a detto modello in scala dette condizioni operative equivalenti per detto tempo di collaudo desiderato; f. osservare detto modello in scala per valutarne lo stato di danneggiamento, considerandone gli esiti prova indiretta di collaudo su detto riduttore (1) da collaudare.
2. 2) Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette condizioni operative sono scelte nell’insieme costituito dai carichi esterni, dalla velocità di rotazione degli ingranaggi costituenti il detto riduttore (1) o dalla combinazione di detti carichi e dette velocità.
3. 3) Metodo secondo la rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che detta fase di d. calcolare dette condizioni operative equivalenti comprende l’ulteriore fase di predisporre per il calcolo prime condizioni operative per detto modello in scala atte a ottenere per detto modello in scala una corrispondente prima durata calcolata fino al danneggiamento e di applicare a dette prime condizioni operative per detto modello in scala coefficienti incrementali tali da ottenere per detto modello una durata calcolata fino al danneggiamento ridotta e sostanzialmente pari a detto tempo di collaudo desiderato.
4. 4) Metodo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detta fase di applicare a dette prime condizioni operative per detto modello in scala coefficienti incrementali comprende la fase intermedia di ottenere attraverso coefficienti incrementali intermedi condizioni operative intermedie, calcolate per detto modello in scala, essendo dette condizioni operative intermedie atte a ottenere per detto modello in scala una durata calcolata fino al danneggiamento pari a detta durata calcolata per detto riduttore (1) da collaudare.
5. 5) Metodo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto modello in scala à ̈ realizzato con lo stesso tipo di lavorazioni meccaniche e trattamenti termici delle ruote dentate del detto riduttore (1) da collaudare.
6. 6) Metodo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che i fattori di rugosità, di lubrificazione e di durezza superficiale per il calcolo delle condizioni operative equivalenti da applicare al modello in scala per il collaudo sono quelli rilevabili dal modello in scala medesimo.
7. 7) Metodo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto modello in scala à ̈ realizzato mediante lo stesso trattamento di indurimento superficiale del riduttore (1) da collaudare, essendo lo spessore efficace di indurimento calcolato per detto modello in rapporto almeno ai diametri delle ruote dentate corrispondenti nel detto modello da collaudare.
8. 8) Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto danneggiamento à ̈ l’insorgenza del fenomeno di affaticamento superficiale delle dentature denominato “pitting†in almeno una ruota dentata di detto riduttore (1) da collaudare..
9. 9) Metodo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto danneggiamento comporta la rottura dei denti di almeno una ruota dentata di detto riduttore (1) da collaudare.
10. 10) Uso di un modello in scala di un riduttore di velocità a ingranaggi per il collaudo della durata del detto riduttore (1) secondo il metodo di collaudo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti.