Introduzione
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INTRODUZIONE
Le ruote dentate, definite come ruote provviste di denti che consentono di trasmettere il moto di rotazione, e quindi la potenza, fra una coppia di alberi (ad assi paralleli, incidenti o sghembi), sono fra le più antiche invenzioni dell'uomo.
E' noto che circa 2600 anni prima di Cristo i cinesi hanno usato carri comprendenti una serie complessa di ruote dentate, Aristotele nel quarto secolo a.C. scrisse di ruote dentate come se fossero di uso comune mentre nel quindicesimo secolo d.C.
Leonardo da Vinci ha disegnato una quantità di dispositivi comprendenti molti tipi di ruote dentate. Ad oggi l'applicazione delle ruote dentate nella vita quotidiana è diffusissima, basti pensare a tutto il settore dei trasporti sia esso terrestre, su gomma e rotaia, che navale od aerospaziale.
In campo aeronautico le ruote dentate sono presenti in numerosissimi dispositivi:
attuatori per la movimentazione dei carrelli di atterraggio e delle superfici di controllo aerodinamico (timone verticale, elevatore orizzontale, alettoni, flaps, ecc.), comandi ausiliari attraverso le gear-boxes, unità di potenza ausiliarie (APU), elicotteri, ecc. .
Fra i principali metodi per trasmettere la potenza meccanica, come le ruote dentate, le cinghie e le catene, di sicuro le ruote dentate sono le uniche idonee per alte potenze ad alte velocità, sono generalmente le più affidabili e durevoli, oltre ad avere il più alto rendimento, fino al 99%. Inoltre la densità di potenza richiesta nelle applicazioni aerospaziali (oggi si arriva ad un valore di 5÷25 kW/kg, in futuro l'obiettivo è di raggiungere i 200 kW/kg) è tale da richiedere sistemi con flussi di potenza multipli che possono essere realizzati solo con l'impiego di dentature (ad esempio i riduttori planetari).
Per contro le ruote dentate hanno normalmente un costo maggiore rispetto alle cinghie e alle catene.
Le ruote dentate a denti dritti sono le ruote più semplici da costruire e il tipo più usato, esse servono per trasmettere il moto fra alberi con assi paralleli; esistono anche ruote dentate elicoidali, coniche ed a vite per usi diversi.
In figura A sono riportati vari tipi d'ingranaggi.
Introduzione
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Figura A. Ingranaggi.
Introduzione
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L'esecuzione di prove sperimentali è fondamentale per lo sviluppo di metodologie progettuali e per l'indagine, e la risoluzione, delle problematiche legate al funzionamento degli ingranaggi, mentre gli sviluppi dei materiali e delle tecnologie di produzione consentono d'incrementarne le prestazioni.
Lo studioso che vuole affrontare sperimentalmente problemi d'usura, micropitting, macropitting, grippaggio, lubrificazione ed attrito tra le ruote dentate accoppiate di un ingranaggio, si trova spesso a fare una scelta tra la possibilità di effettuare prove su scala reale mediante dentature campione che riproducono fedelmente le ruote dentate in studio oppure la necessità d'indirizzarsi su prove simulate in laboratorio mediante provini che hanno una forma a disco ben determinata. Inoltre nel caso di prove simulate, occorre fare l'ulteriore scelta tra il reperimento delle macchine di prova a dischi sul mercato oppure la loro costruzione in proprio.
Il problema delle due scelte non è semplice. E' scontato che per stabilire la risposta dell'accoppiamento tra le ruote dentate in una determinata situazione ai fenomeni di usura, pitting, grippaggio, lubrificazione ed attrito, occorre eseguire prove al banco ingranaggi, cioè prove sull'ingranaggio in scala reale. D'altronde, queste prove richiedono molto tempo, sono complesse e molto costose poiché impiegano come provini le stesse dentature utilizzate nell'ingranaggio sottoposto a studio; inoltre i risultati ottenuti non sono sempre di facile interpretazione perché è difficile distinguere le variabili in gioco nel sistema tribologico. Tuttavia le prove in scala reale rappresentano lo strumento indispensabile per la verifica definitiva dell'affidabilità e dell'efficienza dell'ingranaggio.
Le macchine di prova a dischi usate nei laboratori rappresentano, invece, una valida alternativa alle prove con banco ad ingranaggi, soprattutto per quanto riguarda i seguenti fattori:
Il costo della prova (è più basso poiché si utilizzano come provini i dischi che hanno un costo inferiore rispetto alle ruote dentate) che diminuendo consente di effettuare molte prove per ottenere una buona significatività statistica, per confrontare le prestazioni dei vari materiali e per variare i diversi parametri controllandone i valori assunti.
La facilità d'interpretazione dei risultati favorita dal confronto con i risultati di altre prove reperibili nella letteratura di settore.
Inoltre i risultati forniti dalle prove di laboratorio possono essere impiegati in fase di progetto (si pensi alle curve di Wöhler per le prove di fatica dovuta a rotolamento con lubrificante) oppure definire una graduatoria di merito tra i vari materiali e lubrificanti adatti per un determinato accoppiamento di ruote dentate.
Risulta, quindi, possibile e conveniente fare prove più semplici sui provini a disco per capire come si danneggiano le vere dentature; questa tesi si propone il compito di progettare un'attrezzatura per tali prove.
