Riduzione della rumorosità negli ingranaggi in plastica.

13 Maggio 2020

Dieci anni fa, la maggior parte dei produttori di ingranaggi non considerava nemmeno la plastica come un’opzione, specialmente nelle applicazioni ad alta potenza. L’enorme passo in avanti della ricerca di tecnopolimeri mirati alle diverse applicazioni e i chiari vantaggi forniti dagli ingranaggi in plastica rispetto ai medesimi in metallo ha fatto sì che si verificasse un rovesciamento della tendenza nella scelta del materiale per produrre ingranaggi. I vantaggi sono numerosi, ma quello su cui ci soffermiamo in questa news è quello della silenziosità degli ingranaggi in plastica.

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Rispetto al metallo, gli ingranaggi in plastica sono molto più silenziosi perché i denti di questi ultimi riescono a deformarsi, compensando eventuali disallineamenti nella rotazione. Inoltre, hanno la capacità di assorbire le vibrazioni. Ciò è dovuto alla natura intrinseca dei tecnopolimeri, e della plastica in generale, che permettono di smorzare la rumorosità e dunque abbattere la trasmissione di vibrazioni.

Principali cause di rumorosità negli ingranaggi.

Esaminiamo più a fondo quali sono le potenziali cause di rumorosità degli ingranaggi:

• Errori di ingranamento: la mancanza di continuità di trasmissione in una coppia di ruote dentate, ovvero la mancata condizione per cui due denti in presa non si lascino completamente prima che altri due denti abbiano iniziato l'ingranamento, aumenta la rumorosità degli ingranaggi.
• Errori del profilo: si tratta di errori di evolvente, ovvero la differenza del profilo reale della dentatura rispetto a quello teorico che può portare a un aumento di rumorosità degli ingranaggi.
• Interferenze:queste sono il risultato del contatto tra la testa di un ingranaggio e il fondo di un altro, aumentando notevolmente la rumorosità.
• Finitura superficiale:la rugosità deve essere minima in quanto gli avvallamenti in due superfici di accoppiamento che si sovrappongono generano rumore.

Come rendere ancor più silenziosi gli ingranaggi in plastica: Stagnoli ha la risposta.

Oggi la sfida è rendere ancora più silenziosi gli ingranaggi in plastica. La chiave per avere ingranaggi in tecnopolimero ancora più silenziosi è il design, ovvero adottare un approccio attento alla riduzione del rumore sin dalle prime fasi della progettazione. Stagnoli è leader in questo ambito grazie al know-how acquisito negli anni, agli strumenti di progettazione utilizzati e ai numerosi corsi di formazione a cui partecipano i suoi tecnici. A tal proposito, proprio in un recente corso, si sono discussi aspetti fondamentali che riguardano la riduzione della rumorosità negli ingranaggi in plastica: continuità di ingranamento, ricoprimento specifico e strisciamento specifico. Per chiarire questi concetti può essere utile l’immagine sottostante.

Fig.1 Ricoprimento specifico e strisciamento specifico

In generale, data una condizione di partenza, per ridurre la rumorosità degli ingranaggi in plastica, occorre:

• garantire una continuità di trasmissione; i denti in presa devono lasciarsi gradualmente e, allo stesso modo, i denti successivi devono iniziare l'ingranamento in modo progressivo. In questo modo la trasmissione del moto risulta silenziosa, regolare, senza urti o vibrazioni;
• aumentare il ricoprimento specifico, ovvero accrescere il numero medio di denti contatto durante la rotazione; ciò favorisce una ripartizione delle forze di contatto più omogenea;
• diminuire lo strisciamento specifico che tiene conto delle forze di attrito sviluppate durante l’ingranamento.

Ma al di là della pura progettazione, Stagnoli, in base all’esperienza acquisita anche grazie allo studio costante della letteratura presente, fornisce consigli preziosi per ridurre la rumorosità degli ingranaggi in campo pratico, focalizzando l’attenzione sui materiali e sulle migliori tipologie di accoppiamento.

Fig.2 Pressione sonora in funzione della coppia

I grafici relativi all’immagine 2 sono ripresi dall’articolo scientifico Acoustic Emissions from Polymeric Gears di K D Dearn* and D Walton. Mostrano il livello di pressione sonora (SPL) in dB in funzione della coppia in due test a differente velocità di rotazione di tre differenti coppie di ingranaggi prodotte con tre materiali diversi (POM, PA e PA+30%FV+15%PTFE). Tralasciando l’accoppiamento in POM, i livelli di rumorosità non variano al variare della coppia. Il PA caricato fibra di vetro e PTFE è l’accoppiamento più silenzioso a tutte le velocità e coppie testate. Le conclusioni indicate nell’articolo sono le seguenti:

• dei materiali testati, l’accoppiamento POM con POM è la combinazione più rumorosa. Rispetto agli altri materiali, il POM ha mostrato una maggiore sensibilità alle variazioni di coppia;
• la coppia di ingranaggi in materiale composito PA caricato fibra vetro e PTFE, oltre ad essere indipendente dalla coppia, evidenzia la rumorosità più bassa;
• tutti gli accoppiamenti delle materie plastiche con l'acciaio producono una bassa rumorosità degli ingranaggi;
• la coppia di ingranaggi in POM in presenza di lubrificazione fornisce un livello di rumorosità basso;
• la coppia di ingranaggi POM/acciaio non mostra differenze sostanziali nel caso in cui vi sia lubrificazione o meno.

Nell’articolo si fa riferimento anche alla rugosità e, quindi, alla finitura superficiale come una delle cause della rumorosità degli ingranaggi.  

A tal proposito vi invitiamo a leggere l’articolo e a contattarci se desiderate un confronto con i nostri tecnici per progettare o ottimizzare gli ingranaggi in plastica che migliorano la silenziosità dei vostri macchinari.