INDICE
I
INDICE
CAPITOLO 1 INTRODUZIONE ... 1
CAPITOLO 2 CAUSE DI CEDIMENTO DELLE RUOTE DENTATE ... 3
2.1 Introduzione ... 3 2.2 Wear ... 5 2.3 Scuffing ... 7 2.4 Plastic deformation ... 8 2.5 Contact fatigue ... 10 2.6 Cracking ... 12 2.7 Rottura (Fracture) ... 14
2.8 Fatica a flessione (Bending fatigue) ... 16
2.9 Caratteristiche del danneggiamento per micropitting ... 18
2.10 Effetto del trattamento superficiale sulla resistenza a pitting di ruote dentate ... 20
2.10.1 Stato tensionale del contatto ... 21
2.10.2 Innesco e propagazione delle cricche superficiali ………22
CAPITOLO3 SISTEMA DI SPERIMENTAZIONE E DENTATURE PROVATE ... 26
3.1 Introduzione ... 26
3.2 Banco prova ingranaggi RENK ... 28
3.2.1 Dispositivi per il monitoraggio del banco ... 34
3.3 Impianto di lubrificazione ... 35
3.3.1 Specifiche impianto di lubrificazione “test articles” ... 35
3.3.2 Specifiche impianto di lubrificazione “slave” ... 36
3.4 Sistema di controllo e acquisizione dati ... 37
3.5 Monitoraggio e diagnostica delle vibrazioni e del rumore ... 38
3.6 Ruote ... 40
3.6.1 Materiali ... 41
3.6.2 Geometria ... 45
3.6.3 Finitura superficiale ... 47
CAPITOLO 4 CODICI DI CALCOLO E RISULTATI NUMERICI ... 48
4.1 Introduzione ... 48
4.2 Codici utilizzati ... 49
4.2.1 Caratterizzazione dell’ingranamento ... 49
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II
4.3 Ipotesi assunte nei calcoli ... 58
4.4 Risultati ... 60
4.4.1 Codice Helical3D: tensioni e pressioni dovute al carico ... 61
4.4.2 Condizioni tribologiche : codice ENGEN, metodo AGMA ... 67
CAPITOLO 5 TECNICHE SPERIMENTALI D’INDAGINE ... 75
5.1 Introduzione ... 75
5.2 Controlli visivi ... 76
5.2.1 Acquisizione immagini con il boroscopio ... 76
5.2.2 Acquisizione automatica delle immagini. ... 78
5.2.3 Immagini al microscopio. ... 85
5.3 Rilievi Rugosimetrici ... 86
5.3.1 Differenze tra profilo reale e profilo misurato. ... 87
5.3.2 Il filtraggio dei profili. ... 88
5.3.3 Misure ... 90
5.3.4 Layout ... 91
5.3.5 Modalità di prova ... 92
5.4 Analisi al microscopio elettronico a scansione (SEM) ... 96
5.5 Analisi metallografiche ... 99
5.5.1 Procedura operativa ... 99
5.5.2 Principali strutture metallografiche. ... 101
5.6 Analisi di microdurezza ... 104
CAPITOLO 6 RISULTATI SPERIMENTALI ... 107
6.1 Introduzione ... 107
6.2 Stato delle superfici degli ingranaggi prima della prova ... 108
6.2.1 Rugosità superficiale ... 109
6.2.2 Curva di Abbot-Firestone ... 110
6.2.3 Distribuzione dei picchi ... 111
6.2.4 Parametri della topografia ... 112
6.2.5 Riassunto delle principali caratteristiche superficiali. ... 114
6.3 Impostazioni e condizioni di prova ... 116
6.4 Sintesi delle principali evidenze sperimentali ... 120
6.5 Prove distruttive dopo la fine prova: rilievi della microdurezza e della struttura metallografica ... 125
6.5.1 Prove di microdurezza ... 125
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III
6.6 Analisi dello stato delle superfici ... 133
6.6.1 Caso 1 : Materiale 88, bombatura 20 µm, finitura as ground, prova veloce ... 133
6.6.2 Caso 2 : Materiale 88, bombatura 20 µm, finitura as ground, prova lenta ... 139
6.6.3 Caso 3 : Materiale 88, bombatura 40 µm, finitura as ground ... 153
6.7 Materiale 88, bombatura 40 µm, finitura REM ... 158
6.7.1 Caso4 : Materiale 88, bombatura 40 µm, finitura REM : 1° prova lenta ... 158
6.7.2 Caso 5 : Materiale 88, bombatura 40 µm, finitura REM : 2° prova Lenta ... 162
6.7.3 Materiale 88, bombatura 40 µm, finitura REM : prova veloce ... 176
6.7.4 Caso 7 : Materiale 89, bombatura 20 µm, finitura as ground, prova lenta ... 177
6.7.5 Caso 6 : Materiale 89, bombatura 20 µm, finitura as ground, prova veloce ... 179
6.7.6 Caso 8 : Materiale 89, bombatura 40 µm, finitura as ground ... 184
6.7.8 Materiale 89, bombatura 40 µm, finitura as ground – prova veloce ... 186
6.7.9 Materiale 89, bombatura 40 µm, finitura as ground – prova lenta ... 190
CAPITOLO 7 ANALISI DEI RISULTATI E CONCLUSIONI ... 193
7.1 Introduzione ... 193
7.2 Analisi del rischio di scuffing ... 194
7.3 Analisi del rischio di micropitting ... 196
7.4 Analisi del diverso modo di innesco e propagazione delle cricche superficiali nel materiale 88 con finitura REM e “as ground” ... 204
7.5 Conclusioni e sviluppi futuri ... 206
CAPITOLO 8 ANALISI DI UN CASO PARTICOLARE : PROVE DI OIL OFF ... 208
8.1 Introduzione ... 208
8.2 Stato delle superfici degli ingranaggi prima della prova ... 209
8.3 Impostazioni e condizioni di prova ... 210
8.4 Caratterizzazione degli ingranaggi a fine prova mediante analisi di microdurezza e della struttura metallografica ... 211
8.5 Analisi fotografica comparativa ... 217
8.6 Analisi dello stato delle superfici ... 220
8.6.1 Materiale 89, finitura REM, oil off : 33 secondi ... 221
8.6.2 Materiale 89, finitura REM, oil off : 40 secondi ... 226
8.6.3 Materiale 89, finitura as ground, oil off : 40 secondi ... 231
8.7 Analisi dei risultati ... 236
8.8 Sviluppi futuri ... 240
Bibliografia ... 241
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IV
A.1 Introduzione ... 243
A.2 ° Prova pitting : Fase 8023-8031 Fianco destro ... 244
A.3 ° Prova pitting : Fase 8023-8031 Fianco sinistro ... 246
A.4 ° Prova pitting : Fase 8098-8103 Fianco destro ... 248
A.5 V° Prova pitting : Fase 8098-8103 Fianco sinistro ... Errore. Il segnalibro non è definito. A.6 V° Prova pitting : Fase 8032-8033 Fianco destro ... 252
A.7 VΙ° Prova pitting : Fase 8032-8033 Fianco sinistro ... 254
A.8 VΙΙ° Prova pitting : Fase 8106-8099 Fianco destro ... 256
A.9 VΙΙΙ° Prova pitting : Fase 8106-8099 Fianco sinistro ... 258
A.10 ΙX° Prova pitting : Fase 8114-8115 Fianco sinistro ... 260
A.11 X° Prova pitting : Fase 8106-8099 Fianco destro ... 262
A.12 XΙ° Prova pitting : Fase 8110-8112 Fianco sinistro ... 264
APPENDICE B ATTREZZATURA DI ACQUISIZIONE AUTOMATICA DELLE IMMAGINI ... 266
B.1 Introduzione ... 266
B.2 Progetto concettuale ... 267
B.2.1 Scelta dell'architettura della macchina: rotazione dei t.a. ... 269
B.2.2 Scelta dell'architettura della macchina: acquisizione immagini ... 274
B.2.3 Scelta dell'architettura della macchina: Pulizia dei test articles. ... 276
B.3 Sistema di controllo ... 277
