Abstract
Gli ingranaggi in plastica ad alte prestazioni stanno pian piano sostituendo gli ingranaggi metallici in diverse applicazioni grazie ai numerosi vantaggi che portano con se. I principali sono un peso inferiore, la assenza di lubrificazione, la produzione più economica, un comportamento significativamente migliore in termini di rumore (NVH) e resistenza a sostanze chimiche/corrosione. Naturalmente, presentano anche alcuni svantaggi rispetto agli ingranaggi metallici, tra cui una minore capacità portante, una sensibilità termica e tolleranze di produzione inferiori. Gli ingranaggi in plastica sono solitamente prodotti tramite stampaggio ad iniezione, che consente una grande flessibilità progettuale, ad esempio unendo più elementi meccanici in un unico pezzo stampato. Sovraccarico termico, fatica e usura sono le modalità di cedimento più comuni per gli ingranaggi dritti in plastica. Per garantire un funzionamento affidabile del riduttore, ogni ingranaggio deve essere progettato in modo appropriato per evitare cedimenti entro la durata prevista per le condizioni di funzionamento richieste. Attualmente non esiste uno standard internazionale per la progettazione meccanica degli ingranaggi in plastica. Gli “strumenti” più aggiornati e completi sono la linea guida tedesca VDI 2736 e la normativa giapponese JIS B 1759, che forniscono le procedure di progettazione e i modelli di controllo per le principali le modalità di cedimento. Sebbene le procedure proposte siano fattibili, il problema sorge poiché ogni modello di controllo richiede alcuni dati specifici dei materiali - che possono essere determinati solo sperimentalmente - con i quali vengono confrontati i valori calcolati. La verifica a fatica viene effettuata confrontando la tensione calcolata con il limite di fatica del materiale dell’ingranaggio; per la previsione dell'usura sono necessari i fattori di usura e per calcolare la temperatura operativa è necessaria una buona valutazione del coefficiente di attrito. La significativa mancanza di dati sui materiali è la principale barriera ad una più vasta adozione degli ingranaggi in plastica. Questo studio fornisce una panoramica completa dei modelli impiegati per valutare le modalità di cedimento termiche, a fatica e ad usura, evidenziandone le carenze e proponendo possibili miglioramenti ai modelli stessi. Inoltre, vengono presentati metodi sperimentali, che possono essere impiegati per caratterizzare i materiali per ingranaggi, necessari durante le procedure di valutazione delle singole modalità di cedimento.