Analisi tramite modellazione multibody di una trasmissione finale a catena per motocicletta

La dinamica delle catene articolate a rulli (“roller chains”) è stata oggetto di molti studi sia analitici che agevolati da codici di calcolo multi-body. La suite Adams\Machinery permette di modellare in tempi molto ridotti un sistema di trasmissione a catena grazie a wizard appositi che guidano l’utente nella modellazione.

Questo progetto si è avvalso della suite Adams\Machinery per sviluppare un modello di trasmissione finale a catena per motociclette. Il modello è stato quindi utilizzato per calcolare delle mappe di rendimento per la catena di trasmissione e per analizzare l’ingranamento tra catena e corona per comprendere i fenomeni di usura ad esso associati.

Utilizzando i wizard del software, e avendo individuato i corretti parametri di modellazione durante un precedente lavoro di tesi, è stato molto semplice e veloce costruire il modello.

Le ruote dentate sono state modellate in modalità parameters usando un codice per calcolare i parametri migliori per approssimare il profilo dente reale. I link sono stati modellati in modalità Linear per semplicità e per mancanza di dati riguardo i punti di articolazione tra i due link. Infine si sono modellati i contatti secondo i parametri già calcolati precedentemente.

Il modello finito risulta avere due ruote dentate collegate al ground mediante revolute joint e la catena avvolta attorno ad esse, tutti i corpi sono vincolati al piano di costruzione in quanto si è scelta la modalità di modellazione 2D Links.

Figura 1: il modello realizzato come appare nell'interfaccia del software

A seguito di una breve fase di calibrazione dei parametri si è riusciti a ottenere un ottimo allineamento tra rendimento delle simulazioni e rendimento sperimentale. Attraverso diverse simulazioni, variando la coppia e la velocità angolare del pignone si è calcolata una mappa di rendimento che copre il reale campo di utilizzo di una trasmissione per motociclette.

Con tempi di calcolo ridotti il software permette di calcolare il rendimento del sistema al variare dei principali parametri della trasmissione:

• interasse tra le ruote dentate;
• numero di link della catena;
• passo catena;
• numero di denti delle ruote dentate.

In questo modo è possibile ricalcolare la mappa di rendimento ad ogni modifica apportata alla trasmissione finale. Il rendimento ottenuto, se il modello è ben calibrato, è molto aderente al rendimento ottenibile durante prove sperimentali. I dati ottenuti permettono di fare valutazioni sia sul consumo di carburante che sulla massima prestazione ottenibile da una data motocicletta per una data configurazione della trasmissione finale.

Nel corso del progetto si è analizzato anche l’ingranamento della catena con la corona: è a livello della dentatura della corona che spesso si riscontrano i maggiori problemi di usura in questo tipo di trasmissioni. La suite Machinery permette di valutare modulo e direzione delle forze scambiate tra link e dentatura, oltre che la posizione radiale dei rullini rispetto al centro della corona.

Figura 3: distanza di un rullino dal centro corona in rosso, in blu il raggio nominale della corona

Confrontando questi risultati con l’usura riscontrata sulla dentatura reale è possibile comprendere le cause del fenomeno d’usura riscontrato. Per esempio si è visto che avere una catena con passo leggermente superiore al passo della dentatura porta a caricare maggiormente i denti e a spostare il punto di contatto verso il tip di questi ultimi. Questo può spiegare l’usura precoce dei denti nella loro zona di testa.

Figura 4: le forze scambiate tra link e dentatura tratte dalle animazioni del software

Adams\Machinery diventa quindi uno strumento molto interessante per valutare la configurazione della trasmissione migliore per limitare i problemi di usura oltre che per ottenere il massimo rendimento.

Autore: Lorenzo De Rossi
Relatore: Prof. Ing. Silvio Sorrentino
Anno accademico 2019/2020