Abstract
La valutazione del rischio di rottura del fianco (flank fracture) sta assumendo un ruolo di sempre maggiore importanza, soprattutto per le turbine eoliche. La flank fracture induce poi altri tipi di danneggiamento sia su ingranaggi sia su cuscinetti causando in molti casi il cedimento prematuro della trasmissione. L’assenza di metodi specifici per la previsione di questo tipo di fenomeno, unita al fatto che il suo manifestarsi avviene talvolta dopo pochissime ore di esercizio mentre in altri casi l’ingranaggio arriva a cedimento per altri fenomeni, rappresenta un importante punto da considerare durante la progettazione di una trasmissione. Benché sia noto come la flank fracture sia fortemente
correlata alla presenza di difetti come inclusioni non metalliche, nessuno dei metodi di calcolo attuali ne tiene conto in modo diretto. L’approccio più diffuso per il calcolo è basato su WgFb. Dopo una attenta valutazione di molti dati sperimentali relativi ad ingranaggi relativamente piccoli, il rapporto 0.8 tra sforzo e resistenza (sulla base si una curva di Wohler con 50% di probabilità) è stato selezionato come criterio di valutazione dell’insorgenza o meno del fenomeno. L’innalzamento del fattore di sicurezza minimo ad 1 dovrebbe permettere di tutelarsi anche nel caso di presenza di difetti. Il fatto però che il limite di fatica sia fornito con una probabilità del 50% spiega da solo perché il fenomeno tenda a talvolta a manifestarsi mentre in altri casi non si palesi. Si è inoltre osservato come l’effetto della presenza dei difetti sia fortemente correlato alle dimensioni dell’ingranaggio. La probabilità di avere una inclusione non metallica aumenta all’aumentare del materiale sottoposto a sollecitazione. In quest’ottica scegliere un coefficiente di
sicurezza minimo pari a 0.8 potrebbe non risultare una scelta conservativa nel caso di grandissimi riduttori ad esempio per l’eolico.
Al fine di meglio descrivere l’effetto della presenza di inclusioni non metalliche anche in relazione al volume degli ingranaggi, Siemens Mechanical Drives ha sviluppato una nuova metodologia di verifica basata sul
lavoro originale di Murakami. Le equazioni di Murakami sono state integrate in un tool di simulazione Monte-Carlo per lo studio dell’effetto di vari parametri tra cui gli sforzi residui e la durezza aumentata in caso di trattamento termico.
Questo approccio permette il confronto tra differenti qualità del materiale fornendo una stima della probabilità di sopravvivenza. Nel seguito verrà presentata la metodologia sottolineando con particolare attenzione i dati necessari per una buona previsione, come, ad esempio, la distribuzione dei difetti nel materiale, i profili di durezza o la distribuzione degli sforzi residui. Il processo di verifica comincia dal confronto tra i dati sperimentali i risultati delle simulazioni del comportamento a fatica di provini lisci ed intagliati per passare poi alle simulazioni di componenti reali.