•ISO/TC 213/WG 10 •Coordinate measuring machines

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•International Organisation for Standarization •Organisation Internationale de Normalisation •International Normenorganisation

•ISO/TC 60/WG 2 •Accuracy of Gears

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Stato della normativa sugli Ingranaggi Dott. Ing. Michele Deni

Metrosoft

Metrology software

and Special

Applications

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Tratteremo alcuni aspetti sulla normativa riguardante Specifica e Verifica (ISO GPS) degli ingranaggi, non entrando nel merito di ciò che riguarda Calcolo, Dimensionamento, Prove Funzionali e di Stress degli stessi che sono argomenti, che in un prossimo futuro sempre nell’ottica del sistema GPS dovranno essere finalizzati alla valutazione preventiva della “Correlation Uncertainty”.

Introduzione Avendo l’onere e l’onore di aprire questo Convegno del CMM Club, desidero far partecipi i Soci qui convenuti, della mia soddisfazione per la scelta fatta dal Direttivo di introdurre la Ns. Comunità al tema degli ingranaggi, anche in considerazione del fatto che il Ns. Paese di fatto ha posizione di Leader, nella produzione di Organi di Trasmissione.

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Le tipologie di ingranaggi generalmente oggetto di Standards e Rapporti Tecnici di Enti Normatori sono le seguenti :

-Ingranaggi cilindrici, ed elicoidali

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-Ingranaggi cilindrici interni

-Viti senza fine

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-Corone per viti

-Corone coniche epicicloidali, ipoidi

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-Pignoni per coppie coniche

-Scanalati

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Le Normative prevedono anche Standard di Specifica e Verifica per gli utensili impiegati per la costruzione degli ingranaggi come ad esempio:

-Creatori

-Frese integrali

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Gli organismi di Normazione più conosciuti sono in genere il DIN della Germania, l’AFNOR Francese, l’AGMA degli USA, JIS Giappone, l’ISO con la Commissione Tecnica TC60 Ingranaggi La tendenza ultima, specie in ambito ISO, è quella di armonizzare le varie Normative Nazionali. Per quanto riguarda L’Italia UNI ha di recente istituito nell’ambito della Commissione Tecnica 031 (Meccanica) e la Sottocommissione SC5 il Gruppo di Lavoro GL1 Ingranaggi.

Struttura del TC60: -ISO TC 60 WG2 Accuracy of Gears -ISO TC60 SC 01 Nomeclature and worm gearing. -ISO TC60 SC 01 WG 03 Gear Cutting Tools -ISO TC60 SC 01 WG 04 Terminology and Notations -ISO TC60 SC 01 WG 07 Worm Gears -ISO TC60 SC 02 Gear Capacity Calculation -ISO TC60 SC 02 WG 06 Gear Calculations -ISO TC60 SC 02 WG 12 Load Carring Capacity Test of Oils -ISO TC60 SC 02 WG 13 Bevel Gears -ISO TC60 SC02 WG 14 Strenght and Qality of Materials -ISO TC60 SC02 WG 15 Micropitting

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Norme e Rapporti Tecnici attinenti Specifica e Verifica:

-ISO 1328-1-2 – ISO System of Accuracy

-ISO TR 10064- series – Code of Inspection Practice for Cylindrical Involute Gears. -ISO 17485 – ISO System of Accuracy for Bevel Gears. -ISO 18653 – Evaluation of Instruments for Measurement of Individual Gears.

-ISO 701 – International Gear Notation.

-ISO 1122-1 – Vocabulary of Gear Terms

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Parametri di Specifica e Verifica degli Ingranaggi

Dobbiamo notare che in questo campo la situazione è alquanto diversa rispetto a quanto si ha con i parametri di Specifica e Verifica utilizzati nella Meccanica Generale che fanno riferimento diretto alle Caratteristiche Geometriche (Geometrical Features) presenti nei particolari disegnati e realizzati. Con gli ingranaggi, infatti, i parametri di specifica sono basati su “Deviazioni” da geometrie ideali rappresentative di superfici che devono “coniugare” quando sono accoppiate ed in rotazione. Dobbiamo da qui dedurre che le problematiche di Verifica dei Parametri Specificati sono alquanto diverse rispetto a quelle riscontrate nella Metrologia a Coordinate.

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Una breve analisi di queste problematiche si può affrontare partendo dalla sequenza prevista nell’ISO GPS per una azione di Verifica per Conformità:

1) Partition: selezione dei parametri da verificare

2) Extraction: campionamento, in genere per tastatura, di una serie di punti sulla superficie

3) Filtration: algoritmi di filtraggio

4) Association: il target del best-fit di “associazione” è in genere una retta per le curve ed un reticolo piano per le superfici

5) Evaluation: in base alla “classe” specificata nel disegno si valuta la conformità.

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Avendo a che fare con parametri di Specifica e Verifica basati su Deviazioni,sorge il problema della Riferibilità della misura, che dovrà essere a breve preso in considerazione seriamente,così pure si dovrà capire come applicare le regole per il calcolo della Incertezza di Misura (GUM), partendo da una deviazione.

Da questo escursus si nota che alle azioni 2) e 4) si frappone una “Black Box” che è la Modalità o l’Algoritmo con cui si realizza l’elemento geometrico Ideale di riferimento, da cui si ottengono le Deviazioni, su cui si basano i parametri di Specifica.

Questo per i consolidati concetti della Metrologia a Coordinate tradizionale è un grosso problema, che prima o poi dovremo affrontare.

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Trattandosi di deviazioni è anche importante notare che tutte le misure saranno del tipo “Datum dependent” cioè fortemente condizionate dal sistema di riferimento pezzo, che dovrà perfettamente coincidere con quello su cui poggia la caratteristica geometrica ideale di riferimento. Nella pratica l’elemento geometrico di riferimento può essere realizzato in vari modi. Le prime macchine utilizzavano dei cinematismi meccanici che muovevano il sensore di misura sulla superfice del pezzo riproducendo il profilo geometrico ideale. Oggi questo viene fatto con Cinematismi di tipo Elettronico o con percorsi CNC. Altri metodi possono utilizzare degli algoritmi matematici per ottenere le deviazioni dalla formulazione matematica dell’ente geometrico da verificare. Tuttavia queste metodologie a tutt’oggi non sono state Normate.

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Visualizzazione dei Parametri di Specifica

Nel caso degli ingranaggi cilindrici si producono dei grafici con i valori numerici relativi ai parametri di specifica e la classe secondo le varie normative che per lo più sono DIN, ISO, AGMA, e che con l’ultima revisione della Norma di riferimento ISO 1328 sono state resi compatibili fra di loro.

Qui brevemente presentiamo alcuni grafici relativi alle misure delle varie tipologie di ingranaggi.

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- fhα / fHβ : profile and helix slope deviation

- ffα / ffβ : profile and helix form deviation

- Fα / Fβ : total profile and helix deviation

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Grafico con le misure del Passo di dentatura, ottenuto con la rotazione dell’Ingranaggio.

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Quindi ragionanando secondo la filosofia ISO GPS dobbiamo dire che: I parametri di specifica di un ingranaggio cilindrico sostanzialmente si basano sulle Deviazioni misurate rispetto ad un profilo di Evolvente e di una Elica, teorici di riferimento, ottenuti con un non ben definito Operatore Metrologico. Questa è la situazione in cui dovremo in un prossimo futuro inserire i concetti GPS di Riferibilità ed Incertezza delle Misure.

Mostriamo brevemente altri grafici relativi a Viti e Corone, ingranaggi molto usati nelle scatole di riduzione, e per i quali si deve in sede ISO sviluppare le Norme sulla Specifica e Verifica, non è stato ancora fatto per mancanza di esperti. In questa categoria esistono almeno 5 tipologie diverse che si distinguono per la forma della superfice di contatto del dente.

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Vite a 4 principi Corona

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Ingranaggi conici Questi ingranaggi vanno considerati come coppie,e presentano varie tipologie, in base al tipo di superfice di contatto adottata,che può essere piana (Conici dritti) o avere varie tipologie di forma (Spiroidali,Ipoidi), la cui formulazione matematica può essere coperta da brevetti.

La valutazione per conformità viene effettuata con dei grafici che mostrano le deviazioni dal teorico, con delle griglie piane.

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Con i SW di misura di ultima generazione è possibile dopo aver misurato la Corona ed il Pignone, naturalmente essendo a conoscenza della matematica della superficie, simulare il contatto risultante, anche in presenza di un carico simulato.

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Conclusioni Da questo rapido excursus introduttivo, come Operatori nei settori Specifica e Verifica, e convinti sostenitori del complesso di Norme collegate al sistema ISO GPS, che riteniamo una buona soluzione per le problematiche di un sistema produttivo globalizzato, possiamo concludere che il Tema Ingranaggi sia un nuovo interessante argomento da introdurre e sviluppare nei settori Informazione,Normazione e Formazione, in cui il CMM Club è da tempo Impegnato.

Grazie per l’attenzione

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