Laboratori per la ricerca su ingranaggi e trasmissioni Edoardo Conrado Politecnico di Milano, Dipartimento di Meccanica

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1 Laboratori per la ricerca su ingranaggi e trasmissioni Edoardo Conrado Politecnico di Milano, Dipartimento di Meccanica

2 Banchi di prova e attività di ricerca Banchi di prova Banco CENIT2 Banco Prove Flessione STF Banco VIBRU Banco Organi Rotanti Attrezzature universali: SEM, Diffrattometro, Macchina Multiassiale Attività principali Caratterizzazione a flessione dei materiali Caratterizzazione a pitting, micropitting, scuffing Caratterizzazione funzionale, efficienza Prove di endurance Errore di trasmissione, vibrazioni, emissione acustica Contact pattern Rigidezza torsionale e gioco angolare di riduttori Failure Analysis

3 Banco di prova CeNit-2 Caratteristische Banco a ricircolo tipo FZG, cioè a circolazione meccanica (back-to-back) Coppia fino a +/-1000 Nm (carichi variabili, spettri) Velocità di rotazione +/-3000rpm Temperatura olio fino a 120 C Tipologie di prove Prove di pitting Prove di micropitting Prove di scuffing Programma CeNit2

4 Banco Flessione STF Caratteristische Pulsatore orizzontale a risonanza meccanica Schenck Forza massima 60 kn Frequenza di prova: dipendente da oggetto in prova, circa Hz Prove Single Tooth Fatigue (senza rotolamento) Il provino è solo posizionato mediante perno

5 Banco di prova VIBRU Caratteristische Banco motore/freno fino a 100 kw, riconfigurabile su piastre Motore asincrono trifase controllato da Inverter Coppia max 500 Nm fino a 2000 rpm Velocità fino a 3800 rpm 2 freni a correnti parassite montabili singolarmente, in serie e in parallelo Coppia frenante max 2 x 750 Nm Personalizzabile per adeguare coppie e velocità con riduttori/moltiplicatori Tipologie di prove Misura Errore di Trasmissione Misura vibrazioni Prove di emissione acustica Attrezzature Torsiometro T12 fino a 500 Nm Disponibile supporto speciale per ingranaggio singolo Disponibili encoder ad alta risoluzione Sistema di acquisizione ad elevata frequenza

6 Banco di prova Organi Rotanti Caratteristische Banco a ricircolo elettrico della potenza Motore e freno DC da 30 kw a rpm, Banco riconfigurabile su piastre sistema acquisizione possibilità di applicare cicli di carico (coppia/velocità) variabili nel tempo, spettri di carico, etc Tipologie di prove Prove di efficienza Prove di durata Prove di emissione acustica Ingranaggi o trasmissioni

7 Resistenza a flessione Attività Caratterizzazione della resistenza a flessione dei materiali Limite di fatica Curve S-N, anche fino a cicli elevati, Linee di danno Importanza di prove specifiche su ruote Caratterizzazione comprendente tutti gli effetti influenti: Materiale, TT, Lavorazione, Geometria piede, Rugosità, Sforzi residui Sufficienti e preferibili STF salvo casi particolari Attività complementari di failure analysis, analisi metallurgiche, superfici di frattura, SEM, etc. Collaborazioni X L

8 Fatica da contatto Attività Prove di pitting, micropitting su banco tipo FZG, tenendo conto di tutti i fattori influenti (cfr. flessione) Limite di Fatica a Pitting Curva S-N a pitting Caratterizzazione della resistenza di materiali e lubrificanti Collaborazioni

9 Fatica da contatto Attività Monitoraggio evoluzione del danneggiamento Sviluppo di sistemi di diagnostica del danneggiamento Sviluppo modelli di previsione del danneggiamento

10 Efficienza: prove Attività Prove sperimentali su banco Organi rotanti o VIBRU a seconda delle esigenze Caratterizzazione del rendimento di riduttori Caratterizzazione del limite termico Misura sperimentale delle diverse tipologie di perdite di potenza Collaborazioni

11 Efficienza: simulazione CFD Load Dependent Load Independent Churning Windage Oil Squeezing

12 Splashing torque TVZ0,Pl [Nm] Efficienza: simulazione e validazione Splashing losses: collaborazione con FZF-TUM experimental; T= C Mauz: T= C CFD; T= C FVA 2; d a =102,5mm; θ_s=107 C b=40mm; p=6bar; β=0 30 θ_s=93 C Planetary gearbox: collaborazione con Bonfiglioli BMR θ_s=88 C θ_s=85 C θ_s=84 C Circumferential velocity vt [m/s] 40 Churning power losses P VZ0,C [W] ω=500rpm (exp) ω=1000rpm (exp) ω=1500rpm (exp) ω=500rpm (CFD) ω=1000rpm (CFD) ω=1500rpm (CFD) 0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 Temperature [ C]

13 Efficienza: modellazione sistema Wind speed distribution Gears losses Bearings losses Electric losses f v [m/s] Pitch control: β Power losses in pipes Power losses in hydraulic machines

14 Errore di Trasmissione Attività Simulazione EdT con metodi analitici e numerici Misurazione EdT su banco VIBRU Utilizzo del supporto speciale per ingranaggio singolo per inserire disallineamenti controllati EdT in funzione di velocità, carico, disallineamenti T G Collaborazioni

15 Emissione Acustica Attività 2 misura dell emissione acustica di ingranaggi e trasmissioni complete su banco VIBRU andamento dell emissione acustica in funzione della velocità di rotazione e della coppia trasmessa correlazione fra EdT e spettro dell emissione acustica Collaborazioni

16 Prove di contact patern Attività Prove sperimentali su banco VIBRU opportunamente configurato Rilievo impronte a diversi valori di carico Simulazione del contatto mediante modelli virtuali Collaborazioni

17 Rigidezza torsionale e gioco Prove su MTS 809 per sistemi coassiali Prove su supporto speciale su ingranaggi singoli Configurazioni ad hoc per riduttori in genere Gioco angolare Diagrammi coppia-angolo, rigidezza, isteresi Collaborazioni

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