Monitorare l’usura degli alberi scanalati

Il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale del Politecnico di Torino ha scelto i componenti Mondial per completare il nuovo banco prova per i test sugli alberi scanalati. Il banco permetterà di ottenere importanti informazioni che saranno utili per lo sviluppo di modelli predittivi per l’usura di tali componenti. Nello specifico Mondial ha fornito all’ateneo giunti elastici e giunti KTR, cuscinetti a sfera e calettatori ETP.

Mondial prosegue e intensifica la collaborazione con il Politecnico di Torino fornendo giunti, cuscinetti a sfere e calettatori per la realizzazione di un banco prova per alberi scanalati. Sviluppato dal Dipartimento di Ingegneria Meccanica ed Aerospaziale del prestigioso ateneo, il banco prova permette di effettuare tutta una serie di test sugli alberi scanalati, funzionanti con disallineamento angolare, per valutarne in modo più specifico la durata e l’usura. Gli accoppiamenti scanalati vengono utilizzati per trasmettere coppie e potenze elevate, e vengono impiegati in molteplici settori rivestendo un’importanza strategica per i settori Automotive, energetico e soprattutto aeronautico, dove la certezza dello stato di salute di un giunto è di importanza fondamentale per la sicurezza.

Come armonizzare i problemi legati ai disallineamenti

Nella trasmissione di potenza gli accoppiamenti scanalati non lavorano mai perfettamente allineati, ma si verificano dei disallineamenti angolari, a causa delle tolleranze di costruzione; l’albero scanalato deve quindi armonizzare tale disallineamento che nel tempo porta all’usura dei denti, con conseguenti problemi nel funzionamento del sistema di trasmissione. Attualmente non esistono modelli o metodi di progettazione in grado di predire il loro logoramento e il danneggiamento, data la complessità del meccanismo di funzionamento. In considerazione delle tolleranze costruttive i denti non sopportano lo stesso livello di carico, per cui risulta pressoché impossibile stabilire il reale carico in funzionamento e il conseguente danno da usura, che bel tempo può provocare il danno letale del dente. Se lo scanalato è utilizzato in applicazioni critiche, come quelle aeronautiche, è necessario sostituire lo scanalato in presenza di usura anche lieve, dato che non è possibile stimare la sua durata residua. Non esistono infatti al momento parametri certi che possano valutare il tempo di usura di un albero scanalato a fronte di determinate condizioni d’uso. Secondo Andrea Mura, Professore del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale del Politecnico di Torino, gli studi di questi fenomeni sono di importanza fondamentale poiché garantirebbero parametri più certi sul deterioramento di questi componenti, consentendo così di realizzare macchine più affidabili e di ridurre i costi di manutenzione. 

Un banco prova specifico per valutare l’usura dell’albero in funzionamento

In questa ottica si inserisce il progetto del banco di prova per scanalati del Politecnico di Torino, che ha effettuato tutta una serie di test per circoscrivere tali parametri in presenza di determinate condizioni di funzionamento. Il Dipartimento di Ingegneria e Meccanica Aerospaziale ha scelto Mondial per la fornitura dei componenti necessari per la sua realizzazione, grazie all’affidabilità che assicurano. “Il banco prova che abbiamo sviluppato e brevettato è unico nel suo genere – ha affermato il prof. Mura. Ha richiesto una complessa messa a punto e permetterà di ottenere informazioni che saranno utili per lo sviluppo di modelli predittivi per l’usura di tali componenti. Al termine delle prove si avranno infatti notizie più certe per selezionare i migliori trattamenti per l’uso di scanalato in applicazioni potenzialmente delicate che implicano pericolo in caso di usura, ma anche in settori nei quali la sostituzione comporta costi esorbitanti, come ad esempio la manutenzione su impianti eolici offshore”.

Le funzionalità del banco prova e i componenti utilizzati

Il banco prova è in grado di riprodurre sui componenti le reali condizioni di funzionamento in termini di disallineamento, coppia, velocità e lubrificazione, consentendo quindi di valutare quali parametri si possono modificare per migliorare le prestazioni dei componenti. Le prove possono essere con disallineamento fino a 0,5 con una coppia massima di 500 Nm. Allo stesso tempo viene monitorata anche la portata di olio, la sua temperatura, nonché la presenza di eventuali particelle create dall’usura dello scanalato stesso. I test permettono di capire, in una determinata applicazione, quali possono essere le soluzioni per minimizzare il deterioramento: migliori trattamenti, tipologia di lubrificazione e tolleranze da adottare.

Nello specifico il Politecnico di Torino si è rivolta a Mondial per: 

– i giunti elastici e i giunti KTR che fungono da raccordi per connettere i diversi alberi del banco

– i cuscinetti a sfera che servono per far ruotare gli alberi del banco prova 

– i calettatori ETP inseriti all’interno degli alberi, per collegarli tra loro. 

Due calettatori Mondial sono utilizzati per collegare proprio le due parti del componente in prova, mentre un altro calettatore ETP serve per disaccoppiare l’albero e caricare il componente in prova. Il banco prova funziona a ricircolo di potenza meccanica, quindi viene fornita solo la potenza necessaria per vincere gli attriti, utilizzando un motore elettrico di 4 kW, a fronte di livelli massimi di potenza circolante di ca. 150 kW, riducendo così i costi di funzionamento del banco. In tal modo si evita anche di dover inserire un freno, che avrebbe un costo rilevante e implicherebbe uno spreco non indifferente di 150 kW di potenza termica, dissipata generando calore. Mondial ha già collaborato con il Politecnico di Torino, non solo in qualità di fornitore, ma anche organizzando specifici seminari tecnici.