Abstract
La densità di potenza è un fattore chiave nella progettazione degli ingranaggi. L'aumento della densità di potenza consente agli ingegneri di progettare ingranaggi più piccoli e, di conseguenza di ridurre il peso e gli ingombri dei nuovi riduttori. Il vantaggio per l'industria automobilistica è una minor massa ed inerzia dei veicoli con una conseguente riduzione del consumo di carburante e delle emissioni di CO2. Il fattore limitante per l'aumento della densità di potenza delle trasmisisoni è la resistenza del materiale rispetto alla modalità di cedimento.
L’approccio più diffuso per la progettazione degli ingranaggi si basa sull'utilizzo di standard industriali in cui la resistenza del materiale (limite di fatica) può essere ottenuta da tabelle basate su risultati di test sperimentali o stimata sulla base di altri dati come, ad esempio, la durezza, lo sforzo residuo o l’ossidazione per mezzo di formule empiriche. Per rendere le norme applicabili a una vasta gamma di applicazioni, a causa della limitatezza dei dati empirici, si rendono necessarie significative approssimazioni. Per sopperire alle incertezze introdotte dal metodo, gli ingranaggi saranno progettati a favore di sicurezza con l’introduzione di coefficienti di sicurezza relativamente elevati e non si potrà così mai arrivare ad un’ottimizzazione della densità di potenza.
Per progettare un ingranaggio sfruttando al massimo le proprietà del materiale, risulta necessario conoscere nel dettaglio la capacità di carico del materiale per ogni specifica modalità di cedimento. In questo articolo verranno discusse le tre principali modalità di rottura dell'ingranaggio, pitting, rottura al piede e frattura del fianco. Queste modalità di cedimento sono accomunate dal fatto che tutte iniziano con un superamento locale della resistenza del materiale. Questo documento mostrerà come gli approcci di calcolo locali basati su analisi numeriche (FEA) possano venire utilizzati per progettare ingranaggi migliori in cui vangano sfruttate al massimo le proprietà del materiale in termini di pitting, la rottura al piede e la frattura del fianco così da massimizzare la densità di potenza. I risultati del calcolo verranno validati con test sperimentali su diversi banchi di prova e geometrie. I risultati dei test saranno confrontati con i risultati derivanti dall’applicazione di approcci di calcolo locali basati su FEA e quelli in accordo alla normativa ISO 6336.