ANALISI TEORICO-SPERIMENTALE DI UN CONTATTO RULLO POLIMERICO-CAMMA: DISSIPAZIONE VISCOELASTICA E ANALISI TERMICA

Oggigiorno vi è una crescente esigenza di incrementare la produttività nel campo dei sistemi automatici di chiusura e lo studio dei fenomeni tribologici riveste un ruolo fondamentale per l'analisi di numerosi componenti soggetti a contatti ad elevata frequenza. In tale contesto, i rulli segui camma impiegati nelle macchine tappatrici sono degli elementi critici, poiché operano in condizioni caratterizzate da elevate velocità di rotolamento, e sollecitazioni temporali variabili. Il presente lavoro di tesi ha come obiettivo quello di analizzare il contatto che avviene tra questi rulli rivestiti in materiale polimerico, ampiamente utilizzati all'interno dei sistemi di chiusura sviluppati da Arol S.p.A. Durante il lavoro saranno individuati i principali meccanismi responsabili della dissipazione energetica e dell'incremento di temperatura superficiale subito dai rulli, al fine di poterne incrementare le prestazioni e la vita a fatica. L’attività è stata sviluppata attraverso una combinazione di caratterizzazione sperimentale e modellazione numerica. I materiali sono stati analizzati mediante prove dinamiche, dalle quali sono state ottenute le proprietà viscoelastiche necessarie alla costruzione delle master curves e alla definizione dell'intervallo di frequenze nelle quali i materiali stessi possono lavorare. In seguito, è stato implementato un modello analitico di contatto, basato sulla teoria di Persson, per il calcolo dell'attrito viscoelastico nei contatti di rotolamento, accoppiato ad un modello termico ingegneristico in grado di determinare le quantità di interesse per lo studio, quali potenza dissipata e incremento termico superficiale. I risultati ottenuti mostrano un'influenza significativa da parte delle proprietà viscoelastiche di ciascun materiale sulle prestazioni del rullo, al variare delle condizioni operative. Sono state individuate, inoltre, possibili strategie di miglioramento a fronte delle condizioni critiche che il rullo subisce durante il suo funzionamento nominale, mediante l'adozione di materiali alternativi e l'ottimizzazione dei parametri costruttivi. Il lavoro svolto fornisce quindi uno strumento predittivo utile alla progettazione di rulli ad elevate prestazioni, contribuendo alla riduzione dei fenomeni dell'usura termomeccanica, all'incremento dell'affidabilità del sistema e al miglioramento dell'efficienza produttiva delle macchine tappatrici. I risultati ottenuti confermano quanto la caratterizzazione sperimentale rivesta un'importanza cruciale nella progettazione dei sistemi meccanici e aprono la strada a sviluppi futuri in ambito tribologico.