Capitolo 1 INTRODUZIONE
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1 CAPITOLO 1
INTRODUZIONE
La presente tesi nasce nell’ambito del lavoro di ricerca effettuato presso il laboratorio del Centro Ricerche sulle Trasmissioni Meccaniche a Tecnologia Avanzata (CRTM) del Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Nucleare e della Produzione (DIMNP) dell’Università di Pisa in collaborazione con la AVIO Propulsione Aerospaziale S.p.A. La crescente richiesta di prestazioni sempre più elevate sia nel settore aeronautico, militare e civile, che in quello automobilistico sportivo, ha portato nel corso degli ultimi anni a dover fronteggiare, in seno alla progettazione di ingranaggi, tipologie di danneggiamento fino a pochi anni fa considerate poco probabili. L’incremento della potenza specifica, dovuto all’utilizzo di carichi e velocità sempre maggiori applicati ad ingranaggi via via sempre più leggeri, accostato all’utilizzo di nuovi materiali e a condizioni di lubrificazione sempre più proibitive ha difatti portato gli ingranaggi ad operare in condizioni di esercizio molto diverse da quelle passate.
Ne deriva quindi la necessità di intraprendere nuove strade di ricerca allo scopo di fornire una più approfondita conoscenza dei meccanismi di danneggiamento per poi sviluppare nuove strategie progettuali da applicare a trasmissioni operanti in condizioni di esercizio severe.
In tale ottica si inserisce la collaborazione nata ormai da diversi anni tra l’Università di Pisa e Avio Propulsione Aerospaziale su varie attività di ricerca riguardanti diverse problematiche connesse con la progettazione di trasmissioni per impiego aerospaziale. Parte di questa collaborazione é stata focalizzata su una campagna sperimentale di ampio respiro per la caratterizzazione e l’ottimizzazione di ingranaggi cilindrici. In particolare sono state seguite prove di fatica superficiale o da “ pitting “, su ruote realizzate due acciai da cementazione differenti.
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2 Il lavoro svolto ha seguito i diversi aspetti inerenti la gestione delle prove prima e la raccolta e l’analisi dei risultati dopo.
La struttura della tesi è suddivisa in tre parti : la prima, teorica, che attraverso diverse metodologie di calcolo, confrontabili tra loro, fa una stima della previsione del danneggiamento da fatica superficiale da pitting. La seconda, sperimentale, che dalle prove eseguite sul banco prova mette in evidenza i risultati ottenuti, attraverso l'analisi con strumenti ottici quali il boroscopio, il microscopio, il rugosimetro ed infine il SEM. La terza parte che descrive e raccoglie i risultati di una campagna di prove rappresentante delle condizioni di funzionamento estreme a cui possono essere soggetti gli ingranaggi durante il verificarsi di un guasto all’impianto di lubrificazione e il conseguente funzionamento in assenza di lubrificante.
Scendendo nel dettaglio, viene presentata una panoramica dei vari tipi di danneggiamento degli ingranaggi, mettendo in evidenza il pitting che è il fenomeno oggetto di studio, le cause e i parametri di progetto che influenzano maggiormente gli ingranaggi in relazione a suddetto fenomeno. In seguito si descrive il sistema a disposizione per lo svolgersi delle prove, ossia il banco prova ingranaggi, mettendo in luce le varie condizioni di prova e le caratteristiche delle ruote test. Successivamente vengono presentati vari codici di calcolo per lo studio delle condizioni tribologiche del’ingranamento e per la previsione del danneggiamento da pitting e da scuffing.
Passando alla sezione sperimentale, si descrivono i metodi di indagine sperimentale usati nell’ambito della tesi e un sistema realizzato autonomamente durante questa.
In seguito si riportano i risultati sperimentali, ossia foto effettuate con il boroscopio, immagini acquisite con la telecamera e attraverso il microscopio, rilievi rugosimetrici e relative analisi, analisi metallografiche ed infine immagini ottenute tramite microscopio elettronico SEM, che offre una più accurata analisi degli strumenti descritti in precedenza. Per concludere si effettua un confronto tra i risultati ricavati tramite i modelli teorici e ciò che si è ottenuto mediante il sistema di sperimentazione, traendo conclusioni in proposito.
