Analysis of Static and Dynamic Meshing Behaviour of Lightweight Gears

Abstract

In questo lavoro di tesi si è analizzato il comportamento dinamico di ruote dentate alleggerite. Tale tipologia di ingranaggi prevede l’utilizzo di corpi ruota dalla topologia ottimizzata al fine di ridurre la massa complessiva. Le modalità con cui è ottenuta la riduzione di peso hanno un grosso impatto sulla risposta dinamica dell’intera trasmissione. In applicazioni dove le performances in termini di NVH sono rilevanti, quali ad esempio quelle in ambito automotive, è fondamentale prevedere tale comportamento già nella fase di design iniziale, attarverso tecniche di simulazione numerica. Da parte dell’industria vi è quindi la richiesta di strumenti di calcolo sufficientemente dettagliati da poter replicare gli effetti dovuti agli alleggerimenti del corpo ruota. Al tempo stesso la richiesta è per strumenti di simulazione che siano il più efficienti possibile, in modo da poter essere utilizzati in simulazioni a livello di sistema. In questo lavoro di tesi due differenti approcci sono stati considerati. Un primo approccio prevede l’utilizzo di formulazioni analitiche, dove la rigidezza di contatto degli ingranaggi è stata calcolata in una fase di pre-processing attraverso l’uso di codici agli elementi finiti. Tale approcccio ha dimostrato di riuscire a modellare gli effetti dovuti alla variazione di rigidezza introdotta dai fori di alleggerimento nel corpo ruota, riuscendo altresì a mantenere un ottimo livello di efficienza computazionale. Il secondo approccio considerato in questo lavoro di tesi è basato su un codice MB commerciale, oppurtunamente esteso per considerare gli effetti dovuti agli alleggerimenti. Tale metodologia è stata validata sperimentalmente in termini di errore di trasmissione e di deformazione al piede del dente. Tale approccio, seppur più oneroso dal punto di vista computazionale, garantisce un ottimo livello di accuratezza. La formuazione ibrida MB-FEM consente di analizzare eventi in time-domain a livello di sistema, come mostrato nel caso di studio esaminato nell’ultimo capitolo di questa dissertazione, dove sono state confrontate le performances acustiche di due differenti layout. In tal modo si è potuto apprezzare come la topologia del corpo ruota abbia un effetto non trascurabile sull’emissione sonora della trasmissione. Entrambe le formulazioni sono state analizzate nel dettaglio, riportando altresì i punti di forza e di debolezza