Pensiamo al caso di un piccolo riduttore rumoroso. Una delle prime soluzioni che viene in mente è sostituire gli ingranaggi di metallo con ingranaggi in polimeri. E in effetti spesso funziona davvero.
Spesso, però, non vuol dire sempre. Perché può succedere che, montati gli ingranaggi in polimeri, al collaudo il riduttore effettivamente non dia problemi: è silenzioso, tutto è in tolleranza. Poi però lavora mezz’ora a regime, si scalda, e il rumore comincia di nuovo Non si è rotto nulla, il montaggio è lo stesso del collaudo.
Cosa può essere accaduto?
Cambiare materiale per fare silenzio non elimina la causa del rumore. La trasforma.
Partiamo dalla causa. Come sa bene chi fa un mestiere come il nostro, il rumore di un ingranaggio non nasce solo dall’attrito, ma da un errore di trasmissione, ossia dallo scarto tra la posizione reale della ruota condotta e quella che avrebbe se l’ingranamento fosse perfetto. Questo scarto si ripete a ogni ingranamento, ed è lui a provocare le vibrazioni che poi sentiamo come rumore.
Quando si sostituisce l’acciaio con un polimero, si dice comunemente che “la plastica smorza”. È vero, ma solo in parte, perché dobbiamo tenere conto di due fenomeni distinti. Il primo è lo smorzamento vero e proprio, quando cioè il materiale dissipa in calore una parte dell’energia vibratoria. Il secondo è la cedevolezza: avendo un modulo elastico molto più basso, il dente in un materiale polimerico si flette. E buona parte del silenzio, spesso, viene proprio da quella cedevolezza più che dallo smorzamento.
E arrivo al punto.
Quella stessa cedevolezza che rende l’ingranamento più silenzioso ha un rovescio. Un dente che si flette sotto carico non sta più esattamente dove dovrebbe stare. E nel passaggio dal dente caricato a quello scaricato, questa deformazione si comporta a tutti gli effetti come un errore di passo. Lo dice chiaramente la raccomandazione degli ingranaggi in polimeri, la VDI 2736. In altre parole: il dente rigido aveva un certo errore di trasmissione; il dente cedevole, flettendosi, ne aggiunge uno nuovo, tutto suo, che si comporta come un errore di passo.
La differenza è che il primo errore è fisso. Quello geometrico dell’acciaio lo misuri una volta e lo conosci: è lì e non si sposta. L’errore del polimero, invece, cambia. Aumenta con il carico e cresce con la temperatura, perché il modulo elastico dei tecnopolimeri diminuisce man mano che il pezzo si scalda.
Il polimero è una scelta di compromesso, che in certi casi conviene davvero.
Attenzione, però: questo non vuol dire che passare ai materiali polimerici sia sempre la soluzione sbagliata, in alcuni casi è la scelta giusta.
Lo è per esempio quando il rumore non nasce tanto dal dente, quanto piuttosto dalla struttura che lo circonda. Se la carcassa entra in risonanza, cioè se amplifica le vibrazioni che riceve, il problema non è più solo l’errore di ingranamento ma il modo in cui il riduttore fa rumore nel suo insieme. In una situazione del genere lo smorzamento del materiale lavora esattamente dove serve, perché dissipa quelle vibrazioni prima che diventino rumore.
Poi c’è un altro caso, che per ovvie ragioni ci tocca da vicino. Su ingranaggi di pochi millimetri di diametro, intervenire sulla geometria dell’acciaio con la rettifica è molto meno agevole che su scala maggiore, e spesso non conviene. E se sulla causa geometrica non si può intervenire, allora la cedevolezza del polimero diventa un vantaggio reale e non un ripiego: il dente in polimero, adattandosi durante il rodaggio, attenua da solo quelle piccole imperfezioni che nell’acciaio non riusciremmo a correggere.
I materiali polimerici, insomma, vanno scelti sapendo che cosa risolvono e quali problemi, invece, si limitano a spostare a riduttore caldo.
