Analisi del contatto sotto carico per ruote coniche. Il giudizio sulle modifiche dei fianchi viene effettuato di solito con un’analisi del contatto sotto carico che tiene conto degli scostamenti di posizione e della flessione dei denti, aspetto ora implementato in KISSsoft.
Al 13 aprile manca poco: la Fiera industriale di Hannover Messe apre le sue porte e, contemporaneamente, esce la nuova release KISSsoft 03/2015 nella quale sono state implementate diverse novità. La Casa svizzera, lo ricordiamo, è nota per lo sviluppo di programmi di calcolo destinati a ingegneri e costruttori dei più diversi settori. Nell’ambito della realizzazione di ingranaggi e sistemi di trasmissione per macchine edili o vetture di Formula 1, nel ramo delle funivie o nella produzione di ingranaggi in miniatura per la sonda Mars Pathfinder, in tutto il mondo sono sempre di più le aziende che si affidano ai programmi di calcolo KISSsoft. Conformemente alle norme in vigore (DIN, ISO, AGMA), il software garantisce una progettazione rapida e di alta qualità, calcoli di verifica e analisi della resistenza degli elementi macchina, con documentazione dei fattori di sicurezza e della durata prevista.
di Elena Mantovani
L’occasione di Hannover Messe è decisamente ghiotta e KISSsoft (www.kisssoft.ch) non vuole perderla. Nelle stesse date, infatti, la nota Casa svizzera presenta la nuova release 03/2015 del proprio software, una versione in cui è stato aggiunto il calcolo relativo alla rottura del fianco, in base al metodo B della norma ISO/DTR 19042. Questo tipo di danno si presenta sotto forma di incrinatura a grandi profondità del materiale e può verificarsi nelle ruote cilindriche, ad esempio in quelle coniche: e, nella maggior parte dei casi, la rottura del fianco comporta il totale guasto del meccanismo.
La norma di calcolo ISO/DTR 19042 è attualmente redatta dal Comitato ISO per le ruote cilindriche e contiene una procedura per il calcolo con congetture di carico semplificate (metodo B) e un procedimento locale che consente di analizzare il rischio di danni sull’intero sistema di ingranamento (metodo A). Ora, entrambi i metodi sono a disposizione dell’utente.
RUOTE CONICHE
A causa delle deviazioni spaziali sotto carico, nell’ottimizzazione di ruote coniche è inevitabile applicare le modifiche ai fianchi, come la bombatura del profilo longitudinale e in altezza, ed eseguire un’ottimizzazione della posizione dell’impronta di contatto. Il giudizio sulle modifiche dei fianchi viene effettuato di solito con un’analisi del contatto sotto carico, che tiene conto degli scostamenti di posizione e della flessione dei denti. Questo aspetto è stato ora implementato in KISSsoft: sono così stati ottenuti risultati sull’impronta di contatto, l’errore di trasmissione e la distribuzione della tensione, ma anche sul rischio di rottura del fianco, usando come base la bozza del calcolo di rottura del fianco ISO/DTR19042 per le ruote cilindriche.
Inoltre, per le ruote coniche è ora disponibile il dimensionamento per le correzioni topologiche. Partendo dai dati delle griglie di misurazione – nel formato Klingelnberg o Gleason – viene calcolata la correzione, in forma tale che la topologia della ruota conica risulta identica a quella della ruota conica target. In questo modo, è possibile il re-engineering di un set esistente di ruote coniche, il che risulta molto utile nel caso di riparazioni o di sostituzioni con ricambi.
A causa del processo di fucinatura, nelle ruote coniche per differenziali è presente un numero di “libertà” geometriche molto maggiore rispetto alle dentature bombate convenzionali. In KISSsoft, nella progettazione di precisione, è ora possibile la variazione di parametri aggiuntivi, come l’altezza del dente, l’angolo cono di testa o l’angolo cono di fondo. Nella tabella dei risultati della progettazione di precisione vengono inoltre visualizzati, esemplificativamente, il ricoprimento, la sformabilità, ecc. Ora, questi parametri – oltre ai precedenti valori al centro – sono visualizzati anche sul lato interno ed esterno dell’ingranamento, cosicché l’utente può controllare i suoi dimensionamenti in diverse posizioni e scegliere soluzioni in modo mirato oppure rifiutarle.
Il calcolo della resistenza, conformemente al Lloyd’s Register:2013, è ora implementato. La specifica norma navale è richiesta come dimostrazione un po’ ovunque. Sono ora altrettanto disponibili, nel caso delle ruote cilindriche, la GOST 21354-87 per le tolleranze di produzione, nonché per gli scarti di spessore dente, in base alla GOST 1643-81. Inoltre è stata aggiunta la norma ISO 13691: “High-speed special-purpose gear units”.
Portasatelliti in KISSsoft. Oltre alla precedente funzionalità di poter indicare l’inclinazione della ruota planetaria, ora è anche possibile far calcolare l’inclinazione del perno planetario sulla base della deformazione simulata del portasatelliti.
ALBERI
Il calcolo della resistenza degli alberi in base alle normative AGMA 6101-E08/6001-E08 è ora disponibile e contiene la dimostrazione statica e dinamica. La dimostrazione statica consente di tenere conto dei carichi di punta, in funzione di diversi tipi di dentatura. La dimostrazione dinamica tiene conto di diversi fattori d’intaglio e l’analisi ha luogo in base al metodo GEH (von Mises). Gli indici consentiti per il materiale sono desunti sostanzialmente dalla durezza a cuore del materiale, che può ora essere immessa in KISSsoft.
RIDUTTORI PLANETARI
Nell’analisi del contatto dei pianeti è ora possibile tenere conto anche di una ruota solare flottante e quindi, anche per questo caso, sono realizzabili modelli realistici delle distribuzioni dei carichi all’interno dei planetari. Questo calcolo è tipicamente applicato nel tipo abituale di soluzione a tre planetari e include il centraggio flessibile tramite le dentature. Il posizionamento del sole è conseguente alle diverse rigidità di ingranamento dominanti nei tre planetari – conformemente alle forze di ingranamento – e produce un calcolo piuttosto realistico del fattore di distribuzione carico Ky.
Le deformazioni dei perni planetari nel rotismo epicicloidale influiscono in modo determinante sulle condizioni di ingranamento della ruota planetaria rispetto al sole e della ruota planetaria rispetto alla corona interna. Oltre alla precedente funzionalità di poter indicare l’inclinazione della ruota planetaria, ora è anche possibile far calcolare l’inclinazione del perno planetario sulla base della deformazione simulata del portasatelliti.
Come strutture portasatelliti sono a disposizione costruzioni a singola e doppia parete che contengono i nodi del perno planetario. A tale proposito, le coordinate dei nodi e le deformazioni possono, a scelta, essere immesse oppure rilevate mediante un calcolo FE. Pertanto esiste ora la possibilità di dimensionare il portasatelliti in KISSsoft e di far calcolare le deformazioni del perno planetario con una biblioteca FE open source.
VITI
La nuova direttiva per il calcolo delle viti VDI 2230, foglio 1 e 2 (2014) è stata implementata. Essa contiene modifiche sostanziali rispetto all’edizione 2003. Oltre a diverse tabelle aggiornate e ampliate per gli indici materiale o i coefficienti di attrito, i procedimenti di calcolo per le operazioni di serraggio di trazione sono stati integrati con l’aggiunta del serraggio privo di attrito e di torsioni, nonché l’uso di manicotti di espansione. Gli esempi della VDI sono stati ricalcolati con KISSsoft. A richiesta è a disposizione un file di confronto.
Il modulo delle viti in KISSsoft è stato integrato anche con un nuovo sistema di realizzazione modelli FEM “Classe modelli III: solo forze e momenti, senza cedevolezza”. Questa opzione consente la combinazione di risultati FE senza cedevolezza con l’interfaccia con il “Bolt Assessment inside ANSYS”.
E IN PIÙ
In KISSsys è stato ulteriormente ottimizzato il calcolo di rendimento e l’analisi termica in base alla norma ISO/TR 14179: nel calcolo del rendimento, l’utente può ora adeguare, tra l’altro, le potenze dissipate, sulla base di misurazioni con fattori propri. Inoltre, anche l’analisi del bilancio termico è stata integrata con diverse opzioni, come, ad esempio, il calcolo delle potenza del radiatore. Il calcolo è disponibile per tutti i tipi di riduttori (a ruota cilindrica, conici, a ruota ipoide, planetari e a vite). Inoltre, sono stati migliorati il controllo e la stabilità del calcolo.
Ora vengono calcolate le frequenze i modi di vibrare del sistema con diversi alberi. A questo proposito, si è tenuto conto della rigidità di ingranamento di tutte le dentature come, ruote cilindriche, coniche, riduttori planetari, ecc. È possibile calcolare le pure oscillazioni torsionali o le oscillazioni accoppiate con tutti i gradi di libertà.
Per l’analisi statica del sistema può ora essere tenuta in considerazione la deformazione del carter e quindi il reciproco influsso dei cuscinetti a causa delle deformazioni degli alloggiamenti. Questi conseguenti spostamenti degli anelli esterni dei cuscinetti provocano una diversa deformazione degli alberi e influiscono quindi in modo determinante sull’analisi del contatto delle dentature, in particolare in presenza di alloggiamenti cedevoli e forze elevate. Per il calcolo viene importata una matrice di rigidità dell’alloggiamento, prodotta da un calcolo FE come ANSYS, ABAQUS e altri. Una licenza di prova può essere richiesta a info@KISSsoft.AG.
Rigidezza del carter in KISSsys. Per l’analisi statica del sistema può ora essere tenuta in considerazione la deformazione del carter e quindi il reciproco influsso dei cuscinetti a causa delle deformazioni degli alloggiamenti.