Metodi di prova per determinare la resistenza delle ruote dentate

Un’analisi dei metodi di prova per determinare i limiti di cedimento degli ingranaggi attualmente in uso, con particolare attenzione ai due principali tipi di cedimento: il pitting e la fatica flessionale.

Le ruote dentate, come tutti i componenti meccanici, sono soggette al cedimento, spesso legato a fenomeni di fatica, i quali possono compromettere l’efficienza e l’affidabilità dell’intero sistema.

È quindi importante determinare il limite di fatica di questi componenti servendosi dei principali metodi di prova sperimentali, attualmente in uso, a seconda che si voglia ricavare il limite di fatica da contatto oppure quello dovuto a fatica flessionale.

In questo articolo vengono indagate le principali modalità di prova per determinare i limiti di cedimento degli ingranaggi attualmente in uso, con particolare attenzione alle due principali modalità di cedimento: il pitting e la fatica flessionale.

Viene fornita una panoramica delle prove sperimentali più utilizzate, tra cui le prove a singolo dente, discutendo, inoltre, i nuovi metodi di sperimentazione.

Modalità di rottura delle ruote a denti elicoidali

Il pitting si verifica quando sulla superficie del dente compaiono tante piccole cavità, dovute alla ripetuta tensione da contatto tra dente e dente, rendendo la superficie del dente rugosa.

Di norma la “vaiolatura” appare in corrispondenza del diametro primitivo. Questo fenomeno è influenzato da viscosità del lubrificante, attrito e velocità di rotazione.

In particolare, il lubrificante gioca un ruolo fondamentale perché, inserendosi all’interno di queste cavità non fa altro che asportare, sfaldando, la superficie del dente.

Per verificare la resistenza al pitting di una ruota si utilizza la teoria del contatto hertziano, che modella i due denti in presa come due cilindri a contatto.

La microcricca dovuta a contatto hertziano nuclea nel sottopelle, dove le tensioni di taglio sono massime, fino ad arrivare in superficie e creare una piccola cavità. Per cui, per evitare che questo fenomeno si inneschi, bisogna assicurarsi che le tensioni da contatto hertziano stiano al di sotto del limite di fatica da contatto.

Una caratteristica di queste microcricche è quella di presentare una velocità di propagazione molto elevata, motivo per cui il danno si verifica nei primi dieci micrometri di profondità del dente. Per questo motivo i contatti tra i denti devono essere lubrificati e bisogna ridurre la rugosità del dente stesso ed evitare il contatto metallo-metallo.