Abstract
Le trasmissioni meccaniche sono ampiamente utilizzate in diverse applicazioni che spaziano dal settore automobilistico a quello industriale e robotico. Un riduttore epicicloidale è una configurazione cinematica speciale che, sfruttando una struttura ausiliaria chiamata portatreno, garantisce rapporti di riduzione elevati ed al contempo un design molto compatto. Questa configurazione è pertanto ampiamente utilizzata per trasmissioni che richiedano un’elevata densità di potenza. Esistono diversi campi di applicazione tra cui la meccatronica, l'automazione e la produzione di energia eolica. Per migliorare la progettazione di nuove soluzioni e in ottica di un di monitoraggio dello stato di funzionamento in esercizio, la disponibilità di modelli fisici in grado di descrivere accuratamente il comportamento del sistema, sia in condizioni integre che danneggiate, rappresenterebbe un grande supporto. Studi sperimentali e numerici sul comportamento delle trasmissioni meccaniche sono ampiamente disponibili in letteratura. Tuttavia, mentre gli approcci sperimentali sono validi solo per la specifica configurazione in esame, le tecniche numeriche tradizionali mostrano limitazioni legate all’onere computazionale richiesto. Questo articolo mostra un approccio innovativo per la caratterizzazione del comportamento delle trasmissioni meccaniche. Nello specifico vengono studiate due differenti configurazioni. Il metodo si basa su un approccio ibrido che combina elementi finiti (FE) con formulazioni analitiche. Più nel dettaglio, il solutore calcola separatamente la macro-deformazione dei corpi (soluzione numerica basata su una mesh grossolana) e dei contatti (risolti analiticamente evitando la necessità di infittimenti della griglia). L’onere computazionale risulta ridotto in modo significativo senza però influire sull'accuratezza dei risultati. Questo approccio è stato utilizzato per studiare e comprendere il comportamento vibratorio di un banco prova back-to-back (tipicamente utilizzato per la caratterizzazione della resistenza a fatica superficiale degli ingranaggi) e di un riduttore epicicloidale industriale. I risultati ottenuti per i cambi integri - non danneggiati - sono stati confrontati con misurazioni sperimentali per entrambe le configurazioni al fine di validare l'approccio. Una volta validati i modelli, la stessa metodologia è stata utilizzata per studiare l’effetto della presenza di guasti tipici degli ingranaggi ed in particolare legati a fenomeni di fatica superficiale (pitting), sulla risposta vibrazionale. La capacità di riprodurre l'effetto dei danneggiamenti con un modello virtuale del sistema rappresenta il primo indispensabile passo per un monitoraggio strutturale.