CAPITOLO 6
SPECIFICA TECNICA
In questo capitolo sono descritte le specifiche tecniche per la progettazione della macchina a dischi (che presenta un accoppiamento meccanico costituito da due dischi paralleli pressati con velocità periferiche variabili) in grado di effettuare prove di usura, macropitting, micropitting, grippaggio, lubrificazione ed attrito valide per testare ingranaggi di tipo aerospaziale.
La scelta di costruire una macchina a dischi per la simulazione del contatto tra i denti delle ruote dentate, sta nei vantaggi che comporta, in termini di costo della prova e facilità d'interpretazione dei risultati, rispetto ad un banco prova ingranaggi, come quello presente presso il laboratorio del CRTM (Centro Ricerche sulle Trasmissioni Meccaniche a Tecnologia Avanzata), nato dalla collaborazione con AVIO S.p.A. , in grado di effettuare prove di campo sui componenti in scala reale.
Un'idea potrebbe essere quella d'integrare, per quanto possibile, la macchina a dischi agli impianti di lubrificazione e alle apparecchiature presenti presso il laboratorio del CTRM ed attualmente utilizzate assieme al banco prova ad ingranaggi per svolgere prove di caratterizzazione di tipici ingranaggi aerospaziali in collaborazione con Avio S.p.A. . E' chiaro che grazie a tale integrazione si ha una significativa riduzione dei costi di produzione a beneficio di una reale fabbricazione della macchina di prova.
6.1 COMPONENTI PRINCIPALI
I componenti principali della macchina di prova a dischi sono: dischi, alberi porta disco, cuscinetti, supporti, piastra mobile su basamento fisso, dispositivo di carico, carter protettivo, giunti flessibili, motori, alberi motori (figura 6-1). I due motori indipendenti, a variazione continua di velocità e senza moltiplicatore, sono assicurati rispettivamente ad una colonna fissata al basamento fisso e ad un'altra fissata alla piastra mobile che, a sua volta, scorre sul basamento fisso in modo da consentire la sostituzione dei provini a disco.
A questi componenti se ne aggiungono altri non riportati in figura 6-1 ma che saranno descritti successivamente come l'impianto di lubrificazione per i provini a disco e per i cuscinetti, le apparecchiature presenti presso il laboratorio ''SCALBATRAIO'' del CTRM quali ad esempio sensori, dispositivi di misura, telecamera, sorgente di luce, ecc. .
d Supporti Posteriori
= Cuscinetti Alberi Porta Disco
Piastra Mobile
Basamento Fisso
Giunti Flessibili Supporti Anteriori Dischi Carter Motore Motore6.2 PRESTAZIONI RICHIESTE
Alla luce dei risultati acquisiti in seguito ai calcoli svolti nei capitoli precedenti, si possono definire le caratteristiche della macchina di prova a dischi. In tabella 6-1 sono riassunte tutte le prestazioni principali che devono essere fornite dalla macchina di prova.
PRESTAZIONE VALORE UNITA'
Velocità periferica
di rotolamento Vpd 0 ÷ 150
m/s
Rapporto Vsd/Vpd 0.016 ÷ 0.052 -
Interasse di montaggio
dei provini a disco variabile mm
Temperatura
ingresso lubrificante 70 ÷ 180 °C
Pressione di contatto p 0 ÷ 3.5 GPa
Carico normale di
compressione FN 0 ÷ 65900
N
Velocità di rotazione Vrd 0 ÷ 48000 rpm
Potenza erogata dal
motore W 0 ÷ 205 kW
6.3 CONDIZIONI DA SODDISFARE
6.3.1 CONDIZIONI DI FUNZIONAMENTO
La macchina a dischi, destinata ad eseguire prove di usura, pitting, lubrificazione e grippaggio, ha gli assi dei due alberi portadischi disposti in parallelo con un errore accettato sul parallelismo così definito: l'asse di uno dei due alberi deve essere compreso all'interno di un cilindro di diametro pari a 0.03 mm e parallelo all'asse dell'altro albero. Inoltre si possono utilizzare dei dischi bombati che attenuano la condizione di "perfetto" parallelismo degli assi, in pratica mai raggiungibile.
6.3.2 INGOMBRI
La distanza d tra gli assi degli alberi porta disco è variabile ed è tale che: 60 mm ≤ d ≤ 80 mm .
Il problema principale affrontato è quello dell’ingombro del sistema costituito dai cuscinetti e dai supporti sui quali sono inseriti i due alberi porta disco.
Date le modeste dimensioni dei provini è probabile che un siffatto sistema, se è mal dimensionato, possa far si che i supporti dei due alberi si tocchino prima dei provini stessi; è perciò necessario garantire che il sistema sia contenuto in un parallelogramma di larghezza massima LAmax minore a due volte il valore minimo
del diametro dei dischi utilizzati come provini LAmax < 2*2Rmin = 120 mm in modo
da limitare il più possibile gli ingombri all'interno del confine ideale rappresentato da tale parallelogramma assicurando che i supporti della macchina non vengano a contatto prima dei provini.
6.4 INTERFACCE
Di seguito sono descritte le interfacce della macchina di prova a dischi con la presa del moto, con i provini e con il dispositivo di carico mentre le interfacce con i sensori saranno definite in dettaglio nel paragrafo 7.6.1 (strumenti di misura della forza, della velocità, del numero di cicli, delle vibrazioni, della temperatura, ecc.), con le persone nel paragrafo 7.6.2 (strumentazione ausiliaria per effettuare osservazioni, rilievi, montaggio/smontaggio, ecc.), con l'impianto di lubrificazione dei cuscinetti nel paragrafo 11.1 e con l'impianto di lubrificazione dei provini nel paragrafo 11.2.
6.4.1 INTERFACCE CON LA PRESA DEL MOTO
L'attacco degli alberi porta disco per la presa del moto dai due motori indipendenti è previsto mediante collegamento con giunti flessibili poiché gli alberi porta disco non risultano ben allineati con gli alberi motore ed è quindi necessario ridurre le vibrazioni torsionali e flessionali che si generano. Il tipo di giunto adottato è costituito da due mozzi laterali di acciaio muniti di dentatura arcuata e bombata allo scopo di ottenere un accoppiamento flessibile in senso radiale, assiale ed angolare tra i due alberi sui quali sono calettati, mentre la parte centrale, in poliammide, è formata da due elementi internamente filettati con una battuta centrale di delimitazione. Ciascun mozzo è collegato all'estremità del proprio albero con una linguetta arrotondata in grado di trasmettere il momento torcente mentre i due elementi centrali sono collegati tra loro per mezzo di bulloni. Le linguette utilizzate sono le UNI 6604 (forma arrotondata), esse sono introdotte nelle cave ricavate mediante fresa a bottone sull'albero e sul mozzo del giunto. Il vincolo assiale del giunto flessibile è assicurato da uno spalleggiamento nei due alberi (porta disco e motore). La trasmissione è assolutamente silenziosa e l'accoppiamento acciaio-poliammide riduce l'attrito minimizzando l'usura. In figura 6-2 è mostrato il giunto flessibile adottato.
Linguetta
UNI 6604
Elementi
in
6.4.2 INTERFACCE CON I PROVINI
Il provino, inserito a sbalzo su una estremità dell'albero porta disco, è vincolato nel suo spostamento assiale dallo spalleggiamento dell'albero e da un disco di fermo fissato all'estremità dell'albero. Il collegamento del provino all'albero per la trasmissione del momento torcente è realizzato tramite una linguetta arrotondata. Le linguette utilizzate sono le UNI 6604 (forma arrotondata), esse sono introdotte nelle cave ricavate mediante fresa a bottone sull'albero e sul mozzo del provino. L'albero ed il disco hanno tolleranze di lavorazione tali da garantire la coassialità onde evitare problemi durante la rotazione. In figura 6-3 è mostrato il collegamento.
Linguetta UNI 6604
A - A
A A
Figura 6-3. Collegamento albero porta disco-provino.
6.4.3 INTERFACCE CON IL DISPOSITIVO DI CARICO
L'attacco della piastra mobile con il dispositivo di carico è previsto mediante una flangia che presenta un foro centrale passante e filettato internamente in cui si collega lo stelo filettato del cilindro dell'impianto idraulico. La piastra mobile, invece, è collegata alla flangia per mezzo di quattro viti a testa esagonale con gambo parzialmente filettato appartenenti alla serie M3×20 UNI 5737. In figura 6-4 è mostrato la flangia con le viti.
Vite M3×20
UNI 5737
Flangia
6.4.4 INSTALLAZIONE E CONDIZIONI AMBIENTALI
La macchina di prova a dischi è collocata in laboratorio dove l'ambiente esterno è supposto non corrosivo e a temperatura ambiente.
6.5 DURATA
La durata di funzionamento deve essere: Durata infinita per gli alberi.
12480 ore per i cuscinetti (corrispondenti ad un utilizzo di 24 ore al giorno per 5 giorni alla settimana su un arco di tempo di 2 anni).
Durata infinita per le tenute (a tal scopo sarà necessario impiegare tenute non striscianti).
6.6 MANUTENZIONE E RICAMBI
Non è necessaria una manutenzione generale della macchina di prova a dischi da eseguire periodicamente, tuttavia, se lo si desidera per maggiore sicurezza, ci si può limitare allo smontaggio parziale della macchina per verificare lo stato dei componenti e l'azione corretta della lubrificazione.
L'eventuale manutenzione ed i ricambi devono, comunque, essere sempre eseguiti dal personale specializzato.
6.7 PRODUZIONE E COLLAUDO
Si produrrà in unico esemplare o piccola serie.
Il collaudo dovrà essere effettuato dal personale specializzato al termine del processo produttivo e sarà eseguito prima della consegna. Esso consiste nella verifica delle prestazioni richieste.
