Errore di Trasmissione: che cos’è?
L’errore di trasmissione (Transmission Error, TE in breve) di un gearbox è dato dalla differenza tra la posizione angolare effettiva istantanea dell’albero di uscita, e la posizione angolare teorica istantanea dello stesso albero, data dalla posizione dell’albero d’ingresso ridotta del rapporto di trasmissione geometrico nominale.
In sostanza il TE può essere espresso dalla seguente formula:
dove:
τ=rapporto di trasmissione
ωout=velocità angolare uscita
ωin=velocità angolare ingresso
Il TE risulta mediamente sempre uguale a zero – dato che per definizione le velocità medie di ingresso e uscita stanno tra loro nel rapporto definito da τ – ma istantaneamente non lo è, e risulta tanto più oscillante intorno a zero quanto più impreciso è l’accoppiamento tra gli ingranaggi all’interno del gearbox.
L’errore di trasmissione quantifica le imperfezioni di accoppiamento e i giochi tra gli ingranaggi durante il trasferimento di energia dall’ingresso all’uscita, rivelandosi come un parametro che esprime l’efficienza del cambio.
Maggiore è TE, maggiore è l’oscillazione di velocità dell’uscita gearbox a velocità di ingresso costante, con conseguente:
- riduzione delle prestazioni della macchina (ad esempio se l’uscita gearbox trascina un mandrino, la cui qualità di lavorazione viene penalizzata da irregolarità nel moto)
- riduzione del comfort (ad esempio se il gearbox in questione è un argano per ascensore, che tramite le funi muove la cabina, la quale anziché salire o scendere regolarmente andrebbe per così dire “a strappi”)
- maggiore impulsività nel contatto tra i denti > problemi di rumore o vibrazioni (ad esempio, un’elevata deflessione dei denti dell’ingranaggio al momento dell’ingranamento potrebbe portare ad un aumento dell’errore di trasmissione e potrebbe provocare una risonanza dell’albero, oppure sollecitare le risonanze strutturali della carcassa).
Le principali cause di errore di trasmissione sono:
- Imprecisioni dell’ingranamento causate ad esempio da eccentricità degli ingranaggi, interasse di lavoro non corretto, larghezza o passo dei denti non costante, ammaccature o irregolarità superficiali generate dal processo di lavorazione, etc. Questi possono essere ridotti grazie al design intelligente degli ingranaggi e migliorati da un controllo del processo di produzione.
- Deflessioni locali dei denti causate ad esempio da elevati carichi
- Usure progressive durante la vita del gearbox (pitting sui fianchi dei denti, aumento del gioco dei cuscinetti)
Si ritiene che l’errore di trasmissione sia l’indice più importante per quantificare la qualità degli ingranaggi dal punto di vista vibro-acustico.
Il limite applicativo è che la sua misura, pur concettualmente semplice, è complicata da realizzare poiché richiede l’installazione di due encoder ad alta risoluzione, sull’albero di ingresso e su quello di uscita, come mostrato nel layout di figura 1.
Fig. 1 – Layout di un banco prova per la misura dell’errore di trasmissione
Per queste ragioni, quindi, il TE può essere misurato al banco prova testing gearbox, dove è fattibile la predisposizione di encoder ad alta risoluzione, ma non può essere misurato in fine linea oppure in opera.
Applicazione ai banchi tester ingranaggi
La misura del TE può essere valutata non solo in relazione al gearbox completo, ma anche per caratterizzare la precisione del singolo stadio di riduzione, prima che i relativi ingranaggi vengano assemblati all’interno del gearbox.
Questo aspetto diventa interessante soprattutto per gli ingranaggi conici, che per la loro forma geometricamente molto complessa (ipoide o spiroidale) sono caratterizzati da maggiore imprecisione nel contatto, e di conseguenza da un TE più elevato, rispetto agli ingranaggi cilindrici: questo genera molti problemi di rumore e di vibrazioni nel gearbox o cambio finale, come abbiamo avuto modo di appurare spesso nel corso degli anni nel corso delle campagne sperimentali svolte con VMGears.
Alla luce di questo scenario PEI VM ha sviluppato TRGears, sistema completo hardware + software che permette di integrare anche nei banchi di collaudo più semplici una funzionalità complessa come quella della misura del Transmission Error, effettuando una analisi in pochi secondi, salvando i risultati in un database dedicato (locale e centrale), gestendo le soglie di accettabilità in modo manuale o in modalità di apprendimento automatico (self-learning).
TRGears porta quindi sui banchi tester semplici una funzionalità di analisi avanzata ad oggi presente solo su banchi più complessi e costosi.
TRGears è uno strumento che può funzionare da solo, oppure in combinazione con VMGears (nel caso in cui si voglia effettuare un doppio check completo di qualità degli ingranaggi).
