Verrebbe da pensare che un profilo teoricamente perfetto non abbia bisogno di essere toccato. Nella progettazione degli ingranaggi, invece, lo si modifica di proposito e lo si fa perché un ingranaggio reale non lavora nelle condizioni ideali per cui quel profilo è stato pensato.
Oggi partiamo dalla domanda di fondo: perché modificare un profilo teoricamente corretto. Mentre come si corregge, cosa cambia negli ingranaggi di piccole dimensioni e come si verifica la correzione lo vedremo nei prossimi articoli.
Sotto carico, un profilo perfetto non è necessariamente il migliore
Pensiamo a una coppia di ingranaggi appena dimensionata. Il suo riferimento geometrico fondamentale è il profilo evolvente, poiché, in condizioni ideali, consente di mantenere costante il rapporto di trasmissione istantaneo, anche mentre il punto di contatto scorre lungo il fianco del dente.
Il fatto però è che un ingranaggio reale non lavora in condizioni ideali. Sotto carico i denti si deformano elasticamente, alberi e supporti possono flettersi, mentre errori geometrici e disallineamenti modificano la distribuzione del carico lungo il contatto.
In queste condizioni, un profilo nominalmente perfetto non garantisce necessariamente il miglior comportamento dinamico.
La ragione principale è la deformazione elastica dei denti
Quando due ingranaggi trasmettono coppia, i denti in presa si deformano e la rigidezza della coppia non resta costante lungo il ciclo di ingranamento. Varia, tra l’altro, nel passaggio da una coppia di denti in contatto a due coppie contemporaneamente in presa, o viceversa.
Queste variazioni possono generare fluttuazioni dell’errore di trasmissione, cioè dello scarto tra la posizione in cui si trova davvero la ruota condotta e quella in cui dovrebbe trovarsi con un ingranamento perfetto. Ne possono derivare anche vibrazioni ed eccitazioni dinamiche. In determinate condizioni le variazioni di rigidezza possono inoltre produrre sovraccarichi locali, urti all’ingresso o all’uscita dal contatto e una distribuzione del carico meno favorevole.
Correggere il profilo significa modificarlo in modo intenzionale e controllato
È per questo che si ricorre alle cosiddette modifiche di microgeometria. Si tratta di variazioni intenzionali e controllate della superficie del dente rispetto al profilo teorico. L’obiettivo è migliorare il comportamento della trasmissione nelle condizioni operative previste.
Una correzione di questo tipo può compensare, almeno in parte, i fenomeni che abbiamo appena descritto.
Compensare una deformazione e ridurre la sensibilità agli errori sono esigenze diverse
E arrivo al punto che conviene avere ben chiaro. Tra le cause che abbiamo visto ci sono la deformazione dei denti sotto carico, che si può prevedere, e gli errori di allineamento o di montaggio. Correggere la geometria per compensare una deformazione prevista e correggerla per rendere il sistema meno sensibile a questi errori sono esigenze differenti, che non necessariamente richiedono la stessa modifica.
Il profilo evolvente resta il riferimento da cui partire. La microgeometria può aiutare la trasmissione a lavorare meglio nelle condizioni reali.
Quando le dimensioni dell’ingranaggio diventano molto piccole, però, entra in gioco un’altra questione. Bisogna chiedersi se esista un limite oltre il quale la correzione progettata rischia di essere meno utile dell’incertezza introdotta dalla sua realizzazione.
