Derating ingranaggi multipli su stesso albero

athlon

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da un catalogo stavo controllando le coppie massime ammesse da ingranaggi cilindrici

in particolare stavo guardando un ingranaggio cilindrico Z15 a denti dritti con angolo di pressione 20° modulo 2,5

La coppia massima e' indicata come
Bending strength 143 Nm
Surface durability 71.0 Nm

Il motore elettrico che voglio accoppiarci ha una coppia continua di 80 Nm e 160 Nm di picco per 30 secondi ,

ad occhio mi sembra che un solo ingranaggio non sia in grado di reggere , pero' mi chiedevo se mettendo 2 ingranaggi sullo stesso albero se il secondo ingranaggio sia in grado di trasmettere coppia , sotto sforzo l'albero sicuramente si torce , questo vorrebbe dire che l'ingranaggio vicino al motore sarebbe in presa mentre quello piu' lontano sarebbe scarico.

Esistono tabelle di coefficienti che permettono di considerare quanta coppia viene trasmessa dal primo e quanta dal secondo ingranaggio in base alla dimensione dell' albero.

Nel caso di un ingranaggio spesso il doppio (50mm invece di 25mm) la coppia trasmissibile diventerebbe il doppio o anche in quel caso essendoci deformazione del pezzo la parte del dente vicina al motore sarebbe piu' stressata rispetto alla parte lontana ?


La vita utile che mi serve e' di circa 400 ore , l'applicazione e' gare di accellerazione di moto elettriche ( sto modificando la mia per parteciparvi)
 

meccanicamg

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Ciao. Per essere veramente sicuri bisognerebbe avere in mano le caratteristiche meccaniche dei materiali degli ingranaggi per poter fare un calcolo spinto e veritiero con kisssoft.
Non so se stai usando ruote a denti dritti o elicoidali. Se usi le ruote cilindriche in generale e raddoppi la larghezza della fascia ingranaggio, si può avere un raddoppio della coppia trasmissibile a patto che siano perfettamente fasate tra loro e nel caso di ingranaggio unico abbia una classe di precisione elevata e una larghezza non troppo elevata. Per intenderci se hai un modulo 5 puoi avere dei benefici con larghezze fino a 20 volte il modulo, poi inizi a perdere fino a 30 volte il modulo e dopodiché é solo un problema.
Se usi ingranaggi elicoidali, puoi usare sullo stesso asse una elica destra e una elica sinistra in modo che annullo le spinte assiali degli ingranaggi e diventa come una ruota a denti dritti con i vantaggi di silenziosità e ricoprimento maggiore.
Probabilmente sono ruote in acciaio da bonifica e se riesci a trovarle cementate e temprate durano sicuramente di più. Devi controllare sul catalogo per quante ore sono garantite e con che tipo di lubrificazione.
 

athlon

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Denti dritti , angolo di pressione 20° modulo 2,5 , larghezza 25mm , materiale SCM415 "carbonized" 55-60 HRC durezza dente

ho trovato l'equivalenza di materiale Equivalent Grades: GB 15CrMo, JIS SCM415, DIN 15CrMo5. SCM415 non ho idea se sia un buon acciao o ci sia di meglio in giro

nello stesso catalogo/produttore le elicoidali hanno molta meno coppia ammessa.
per il rumore non e' un problema , non essendoci il motore a scoppio la moto e' comunque molto piu' silenziosa delle altre.

non so se gli elicoidali accoppiati a chevron abbiano una efficienza migliore
 

meccanicamg

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Appena ho tempo controllo quanta coppia puoi erogare con quelle ruote che mi hai indicato. Ho appena controllato su delle curve che mi son costruito anni fa ed effettivamente puoi trasmettere 80Nm con durata infinita. C'è da considerare l'aggravante che se acceleri e deceleri fai flessione alternata sul dente e quindi solleciti molto di più rispetto alla flessione continua monodirezionale.
É possibile avere il regime di funzionamento in rpm nei due casi di coppia basa e coppia di picco? La lubrificazione come é fatta...olio, grasso, secco, in bagno d'olio ecc.
Con queste info posso lanciare il calcolo e vedere come si comportano gli ingranaggi. Staticamente potrebbe anche tenere tanto ma poi invece a rotazione forte no.
 

athlon

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la coppia di ingranaggi che volevo usare e' uno Z15 per il motore ( 80Nm continui , 160 Nm di picco per max 30 secondi poi il motore surriscalda) , regime massimo 6000 RPM

la coppia e' erogata dal motore per tutto l'arco di giri da 0 a 6000 rpm , la condizione piu' gravosa e' quindi 6000rpm e 160 Nm in contemporanea

l' ingranaggiol condotto e' uno Z55 o uno Z60 (devo ancora capire bene la rapportatura ) forse Z70

Bagno d'olio a sbattimento
 

athlon

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Come non detto , ho visto adesso che il controller non riesce ad erogare la massima corrente utilizzabile dal motore quindi il picco massimo e' di 132 Nm per 10 secondi , dopo di che e' il controller che va in derating termico.

quindi il massimo stress che subiranno gli ingranaggi saranno 10 secondi a 6000rpm con 132 Nm di coppia
 

meccanicamg

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Come non detto , ho visto adesso che il controller non riesce ad erogare la massima corrente utilizzabile dal motore quindi il picco massimo e' di 132 Nm per 10 secondi , dopo di che e' il controller che va in derating termico.

quindi il massimo stress che subiranno gli ingranaggi saranno 10 secondi a 6000rpm con 132 Nm di coppia
Perfetto. Domani ti dirò qualche numero come risultato al calcolo.
 

meccanicamg

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Fascia 25 mm coppia 132Nm durata flessione 0,3 ore e pitting 0,6 ore.
Fascia 50 mm coppia 132Nm durata flessione 77 ore e pitting 5,5 ore.
 

athlon

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purtroppo non ho gli skill necessari per capire bene la tua risposta , sembrerebbe che nemmeno i 50mm siano in grado di garantire una vita utile sufficiente :(
 

meccanicamg

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Il tutto sopra era per un coefficiente di 1,25.
Ho provato a fare coefficiente 1....quindi il limite vero e con 50 mm di fascia hai flessione un milione di ore e durata per pressione di 25 ore.
Andrebbe fatto il cumulativo a rampa e comunque potrebbe essere fattibile che monti fascia 50. Le tue 400 ore non sono continuate ma hai picchi variabili nel tempo e quindi potresti testarlo e potresti arrivare ad una durata come quella aspettata
 

athlon

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ok' quindi molto al limite ( come giustamente deve essere un mezzo da gara :D :D ) ma il 50mm dovrebbe reggere