Gli ingranaggi in acetale dimostrano le prestazioni della trasmissione
Il progetto Lightweight Urban Vehicle della Bradley University mostra come gli ingranaggi in acetale - in particolare quelli realizzati con la resina acetalica Delrin® - garantiscano resistenza, tenacità e basso attrito. La soluzione progettuale doveva essere abbastanza robusta da sopportare le sollecitazioni generate dal carico nei sistemi di trasmissione. Inoltre, doveva ridurre il rumore e il peso tipici degli ingranaggi in metallo.
Sostituzione del metallo, riduzione del peso
Quando Martin Morris, professore di ingegneria meccanica presso la Bradley University, si è trovato a dover progettare e produrre un veicolo a zero emissioni, il peso è stata una considerazione fondamentale.
La sua soluzione Lightweight Urban Vehicle è un veicolo a tre ruote, omologato come motocicletta, che trasporta due persone con bagagli e pesa 430 libbre.
Offre una frenata rigenerativa, una velocità massima di 45 miglia orarie e un'autonomia di 40 miglia.
Il team di progettazione di Bradley sostiene che il suo funzionamento costa 0,6 centesimi al chilometro.
Ingranaggi in acetale contro ingranaggi in metallo
Diversi ingranaggi in acetale utilizzati nella trasmissione del veicolo sono stati prodotti in maniera complessa, utilizzando Delrin®.
Il supporto alla progettazione e alla produzione del progetto è stato fornito da Winzeler Gear, Harwood Heights, Illinois.
Gli ingranaggi devono affrontare condizioni che in passato gli ingegneri tradizionali avrebbero potuto ritenere non adatte al materiale acetalico standard.
Mike Cassata, ingegnere progettista di Winzeler Gear, conferma che "la natura ad alte prestazioni di un acetale omopolimero è in grado di gestire la coppia e il carico, offrendo al contempo un basso attrito e una rumorosità ridotta".
Ha aggiunto che gli ingranaggi della trasmissione planetaria in acetale poliossimetilenico Delrin® POM devono sopportare la coppia prodotta da un motore da 25 cavalli a 6.000 giri al minuto.
Sviluppare nuovi usi per il POM
Il successo dell'uso di Delrin® per gli ingranaggi del Lightweight Urban Vehicle aiuta a sfidare il tradizionale preconcetto secondo cui il POM non è in grado di resistere alle condizioni difficili associate alle applicazioni di trasmissione.
Non è difficile immaginare un'ulteriore esplorazione di questi ingranaggi per le trasmissioni di piccoli motori, come quelli dei tosaerba e dei carrelli da golf.
In effetti, questo sarà l'obiettivo della prossima generazione di studenti di design, che saranno sfidati a ridurre ulteriormente il peso e la rumorosità del veicolo utilizzando più Delrin® negli ingranaggi e negli alloggiamenti.
"Con il cambiamento del mondo, dobbiamo mettere in discussione molti dei nostri preconcetti. Abbiamo anche bisogno di un pensiero più completo, soprattutto del cervello destro, per innovare", ha concluso John Winzeler, presidente di Winzeler Gears e fervente sostenitore delle sfide studentesche e dei programmi artistici.
"Le sfide di design degli studenti, come quella lanciata da Martin Morris alla Bradley University, sono un ottimo modo per sfidare i nostri pregiudizi e stimolare nuove idee".
Il risparmio sui costi è di serie con Delrin®
Gli ingranaggi in acetale offrono vantaggi in termini di costi, consistenza e fornitura rispetto al metallo o ad altre materie plastiche. Possono essere lavorati a partire da barre o lastre di Delrin® POM, riducendo in modo significativo i costi e i tempi, pur offrendo proprietà meccaniche paragonabili a quelle degli ingranaggi stampati a iniezione. "Possiamo passare dalla progettazione ai modelli lavorati in poche settimane, con un piccolo investimento in utensili", ha dichiarato Cassata.