Lubrificanti solidi per i riduttori spaziali
L’industria aerospaziale necessita di meccanismi di trasmissione di potenza in grado di lavorare a temperature fino a -173 gradi Celsius. Il rapporto segnale-rumore dei sensori aumenta con il diminuire della temperatura. Tali ambienti criogenici possono garantire misurazioni precise tanto quanto quelle richieste nella spettroscopia all’infrarosso lontano. Oggi, i riduttori Harmonic Drive® forniscono un’elevata rigidità e alta precisione anche a velocità molto basse, ma il loro utilizzo è limitato dalla necessità di una lubrificazione a grasso o ad olio. I ricercatori che lavorano al progetto HARMLES (Dry lubricated Harmonic Drives for space applications), finanziato dall’UE, hanno studiato l’utilizzo dei lubrificanti solidi per estendere il loro utilizzo da -170 a 300 gradi Celsius. A causa della pressione e della temperatura molto basse nello spazio, i lubrificanti liquidi sono esposti al rischio di degassamento ed evaporazione. Questo comporta la perdita dell’efficienza della lubrificazione oltre che il deposito dei prodotti che subiscono il degassamento sulla superficie sensibile dei componenti ottici. Per gli ingranaggi con elevate esigenze, i rivestimenti a film sottile a base di bisolfuro di molibdeno (MoS2) costituiscono un’alternativa attraente. I ricercatori HARMLES hanno sviluppato un rivestimento avanzato che utilizza MoS2. Si tratta di un rivestimento composito che consiste di un carburo di tungsteno intercalare più un lubrificante solido di MoS2 rinforzato, posto sullo strato superiore. Per convalidare il suo comportamento tribologico, sono stati condotti numerosi test. Questi hanno incluso prove con macchina pin-on-disk e test di corrosione per sfregamento analizzati in paragone con le prestazioni di vari tipi di rivestimento, tra cui il carbonio diamantato. Il progetto HARMLES è nato con l’obiettivo di riprogettare i riduttori Harmonic Drive® sulla base dei risultati di analisi agli elementi finiti e delle simulazioni numeriche relative alla cinematica degli ingranaggi. Potenziali modifiche di progettazione sono state elaborate tenendo in considerazione le capacità di lubrificazione a secco. Il progetto HARMLES ha permesso, nel periodo della sua durata, di aumentare la resistenza realizzabile degli ingranaggi di 20 volte, e le caratteristiche dei prototipi sono in linea con i requisiti definiti dal settore spaziale: In fase di test a vuoto, a 4 Nm, sono state raggiunti i 20 000 giri (in parte anche senza guasto a fine prova, rispetto alle poche centinaia di giri ottenuti all’inizio del progetto). Al contrario degli Harmonic Drive lubrificati con grasso, l’andamento dell’efficienza dell’ingranaggio durante la prova di resistenza a vuoto è stato quasi stabile durante l’intera prova. Il progetto HARMLES rafforzerà la competitività dell’industria spaziale europea, la quale è già interessata a questo sviluppo. A seguito di diverse pubblicazioni, sono già aumentate le richieste da parte delle aziende. Tuttavia, si possono operare ulteriori miglioramenti. Si pensa che assisteremo a degli sbocchi applicativi nelle applicazioni ad alto vuoto per l’industria dei semiconduttori e l’ambiente criogenico, all’interno di grandi impianti di prova come il Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY).
Parole chiave
Lubrificanti solidi, riduttori Harmonic Drive®, trasmissione di potenza, ambiente criogenico, bisolfuro di molibdeno, analisi agli elementi finiti, tribologia, attrito e usura
