La lubrificazione e lo smaltimento di calore in trasmissioni e cuscinetti sono aspetti cruciali per le prestazioni e per la vita di questi sistemi. Fino a pochi anni fa la verifica di una buona lubrificazione e raffreddamento poteva essere eseguita principalmente mediante la sperimentazione e l'esperienza accumulata in laboratorio su prototipi fisici.
L'utilizzo di scatole trasparenti o di finestrature in regioni specifiche permetteva di visualizzare, almeno parzialmente, l'andamento dell'olio all'interno della trasmissione e di capire se raggiungeva i vari componenti. Sempre tramite questi metodi sperimentali veniva verificato il corretto posizionamento del punto di ventilazione (che deve essere adeguatamente protetto per evitare la fuoriuscita del lubrificante) e il funzionamento della trasmissione per diverse inclinazioni e numero di giri.
Queste sono alcune delle tematiche affrontate quotidianamente da chi progetta e costruisce trasmissioni di ogni tipo, dal settore automobilistico a quello aeronautico, dalle piccole trasmissioni a quelle per i settori navale ed eolico. Ma oltre a questi temi, in cui le aziende del settore hanno consolidato esperienza e know-how, se ne aggiungono altri difficilmente affrontabili con la sola sperimentazione.
Tendenze future nella lubrificazione di trasmissioni e cuscinetti
Oggi i sistemi motore-trasmissione sono sempre più complessi rendendo necessaria una sempre maggiore compattezza, leggerezza ed efficienza. A questo si aggiunge il crescente utilizzo di sistemi ibridi e di motori elettrici e la tendenza ad integrare il motore elettrico con la trasmissione. Alla ricerca di efficienza, quindi di minori perdite di potenza, si aggiunge infine il tema della durata di vita di componenti come ingranaggi e cuscinetti.
Diventa fondamentale verificare il funzionamento in condizioni dinamiche (frenata, curva ed accelerazione) o la comprensione di come l'olio "gira" effettivamente all'interno del sistema per migliorarne la lubrificazione. Questo per comprendere la necessità di deviatori o canali interni, o ancora, per capire se è possibile ridurre il quantitativo di olio, con conseguenze positive sulle perdite di potenza.
Se la sperimentazione stenta a supportare la progettazione di trasmissioni e cuscinetti moderni, nulla può fare la teoria, data la crescente complessità geometrica e di funzionamento di differenziali, riduttori epicicloidali, dual clutch transmissions o cuscinetti di assali.
Nuove tecniche digitali nella simulazione della lubrificazione
Questo è il motivo per cui negli ultimi anni sono state sviluppate nuove tecnologie di simulazione mediante tecniche mesh-less o in tempo reale. La loro semplicità e rapidità di utilizzo, permette di modellare e simulare il comportamento dell’olio e la dispersione del calore in sistemi anche molto complessi.
La simulazione mesh-less permette di costruire a tutti gli effetti un prototipo virtuale della trasmissione e dei suoi componenti. Questo può essere utilizzato in diverse condizioni, statiche e dinamiche, a diversi numero di giri e con diverse tipologie di olio, anche modificando i dettagli geometrici del progetto, per comprendere come questi influenzano la lubrificazione.
Uno dei vantaggi di questi metodi è la possibilità di sezionare la trasmissione e visualizzare i flussi di olio nel sistema fin nei minimi dettagli (per esempio nei canali di adduzione olio ai cuscinetti o in vicinanza del punto di ventilazione). Questo aiuta il progettista a modificare il sistema per portare l’olio dove serve o rimuoverlo dove non serve.
Modelli di questo tipo si affiancano e completano la sperimentazione, permettono di misurare i volumi, le portate o la velocità del lubrificante in regioni specifiche, ma soprattutto, se usati nelle fasi preliminari della progettazione, permettono di indirizzare correttamente il progetto. Poter prevenire problematiche negli stadi avanzati permette di ridurre drasticamente:
- Tempi di sviluppo prodotto
- Numero di prototipi fisici
- Costi
L’utilizzo di questi metodi è partito dal settore auto, che come spesso accade fa da apripista a nuove metodologie, ma si sta estendendo anche a settori tradizionalmente più conservativi, vista la necessità sempre più spinta di miglioramento delle prestazioni.
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