Modellazione di un riduttore epicicloidale e relativa difettosità in un sistema di servocomando elettromeccanico EMA = Modeling of a planetary gearbox and related defect in an electromechanical servo control system EMA

I riduttori epicicloidali sono largamente impiegati nelle trasmissioni meccaniche con grandi vantaggi, quali elevata coppia trasmissibile, peso ridotto, alta affidabilità ed efficienza. Il riduttore oggetto del presente progetto è inserito all’interno di un sistema di servocomando elettromeccanico EMA. La parte iniziale del lavoro contiene una descrizione qualitativa delle principali modalità di degradazione che possono presentarsi nelle trasmissioni ad ingranaggi e una panoramica sul sistema prognostico e di gestione della salute del sistema (PHM). L'analisi dinamica del riduttore è essenziale per ridurre le problematiche di rumore e vibrazioni e per la costruzione di un solido sistema di prognostica. La seguente tesi descrive quindi la complessa dinamica di un riduttore epicicloidale presentando un modello in grado di simulare il comportamento dinamico del riduttore a singolo stadio in presenza di gioco, di rigidezza di ingranamento tempo-variante e di difetti nella dentatura. Il modello adottato è a parametri concentrati: le ruote vengono rappresentate come inerzie concentrate, gli ingranamenti mediante smorzatori viscosi lineari posti in parallelo a molle non lineari che tengono conto della variazione periodica della rigidezza d'ingranamento dovuta al cambiamento del numero di coppie di denti in presa. Particolare attenzione è stata posta alla modellazione delle dissipazioni energetiche che interessano il riduttore, analizzando le componenti di perdita dipendenti e indipendenti dal carico. Nello specifico è stato approfondito l’effetto dell’attrito durante la trasmissione del moto e la relazione fra le perdite di ingranamento e il regime di lubrificazione dipendente dalle condizioni operative. La successiva parte della tesi ha interessato il modello di degradazione poiché l’identificazione della legge di evoluzione del guasto è essenziale nel processo di simulazione. La modellazione della degradazione-cricca in prossimità del raggio di raccordo del dente della ruota solare, inserita all’interno dell’ambiente Simulink, ha permesso quindi la simulazione del sistema e del processo dinamico di deterioramento dalle condizioni nominali fino alla completa rottura del componente. Allo scopo di definire in modo rigoroso l’effetto legato alla presenza di tale difetto, si è inizialmente studiato il legame fra la dimensione dello stesso e il valore della rigidezza e successivamente la propagazione durante la trasmissione del moto. Nell’ultimo capitolo si è cercata una correlazione fra l’effetto della degradazione del riduttore, interposto fra il motore elettrico e la vite a ricircolo di sfere, e i dati resi disponibili dal sistema EMA. Viene infine presentata un’analisi critica del lavoro svolto corredata da alcune indicazioni e suggerimenti sugli sviluppi futuri. La presente ricerca pone quindi le basi per una successiva implementazione di un efficace sistema CBM/PHM.