Ricerca industriale sul comportamento vibro-acustico di pompe ad ingranaggi

In molti settori della produzione industriale, vi è una sempre più stringente richiesta di riduzione dei livelli di rumore e vibrazione prodotti dai componenti meccanici, sia per esigenze di incremento delle prestazioni (elevata precisione di movimento e, nel contempo, elevate velocità ed accelerazioni), sia per problematiche di resistenza meccanica e di ottimizzazione strutturale, sia infine per la necessità sempre più spinta di ridurre la rumorosità per esigenze di comfort e di adeguamento a normative di certificazione. Tali problematiche devono essere affrontate e risolte tenendo conto delle influenze reciproche tra le eccitazioni presenti (‘sorgenti’ di vibrazione e di rumore) e le caratteristiche vibro-acustiche del sistema stesso, che è di norma un sistema complesso ed altamente non lineare. Dal punto di vista metodologico, è necessaria una stretta interazione tra simulazioni vibro-acustiche, ottenute tramite opportuni modelli matematici, ed analisi sperimentali. La metodologia va adattata al tipo di componente e di problematica presente; in generale comprende: una caratterizzazione vibro-acustica sperimentale, finalizzata all’identificazione delle sorgenti e delle modalità di propagazione delle vibrazioni e del rumore; la modellazione di parti e componenti critici; la validazione sperimentale dei modelli, tramite il confronto con dati sperimentali disponibili; l’impiego dei modelli validati per identificare le cause dei problemi ed individuare soluzioni progettuali atte alla loro eliminazione. Le successive prove su prototipo saranno così limitate a verificare l’efficacia di un numero estremamente ridotto di soluzioni migliorative, selezionate in sede di simulazione. E’ evidente come l’impiego di tali metodologie di ricerca e sviluppo possa permettere di affrontare le problematiche vibro-acustiche in modo efficace e conveniente dal punto di vista della riduzione dei tempi e dei costi di prototipazione. In quest’ambito, il Dip. di Ingegneria dell’Università di Ferrara (EnDIF) ha svolto attività di ricerca industriale, finalizzate al miglioramento del comportamento vibrazionale ed acustico, in collaborazione con varie imprese del settore meccanico ed automotive. In particolare, questo articolo riguarda la ricerca industriale condotta in collaborazione con TRW Automotive Italia SpA – Divisione Automotive Pumps (Ostellato, FE), fornitrice di sistemi per idroguida ad alcune delle maggiori case automobilistiche. Tale ricerca, ad ampio spettro, concerne tra l’altro lo studio del comportamento dinamico e dell’emissione sonora dalla pompa ad ingranaggi che alimenta l’impianto idraulico, al fine di incrementarne le prestazioni e la qualità dal punto di vista vibro-acustico. Infatti, nel settore automobilistico le specifiche richieste in termini di rumorosità sono sempre più stringenti, sia per quanto riguarda il rumore emesso nell’ambiente esterno, sia per quanto riguarda il comfort vibro-acustico all’interno dell’abitacolo; questo si traduce nella ricerca di una diminuzione della rumorosità di tutti i componenti installati sull’autovettura. La ricerca ha integrato strettamente le attività di simulazione e quelle sperimentali: da un lato è stato sviluppato un modello matematico, come strumento da impiegarsi in fase di prototipazione e di ottimizzazione delle pompe; dall’altro, sono state condotte numerose misure sperimentali per la caratterizzazione vibro-acustica delle pompe, la validazione del modello e la verifica degli effetti di modifiche progettuali.