Comprehensive Analysis of Bevel and Hypoid Gears: Experimental Studies, Simulation Modelling, and In-Depth Evaluation of the FZG Hypoid Test Rig

Thanks to the possibility of transmitting rotating power between perpendicular axes, together with their relatively easy and well-established manufacturing, bevel and hypoid gears have a widespread application. Indeed, they are adopted in all industrial sectors. Thus, there is an industrial call for scientific research on all their aspects, one of which is the investigation of microgeometry, treatments, and materials with respect to the gear pair load-carrying capacity with respect to the several failure modes affecting gears (e.g., macro and micro pitting, tooth root fatigue fracture, scuffing, etc.). Typically, this kind of research is performed on a geared test rig, mainly with a back-to-back configuration. However, in the last few years, an increase in the experimental scatter has been observed on such test rigs. With reference to the test rig present at the Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebesysteme (FZG, Gear Research Center) and to the failure mode of macro and micro pitting, this thesis focuses on the definition and evaluation of possible factors influencing such experimental scatter.

Grazie alla loro capacità di trasmettere potenza tra assi rotanti perpendicolari tra di loro, così come grazie al loro relativamente facile e consolidato metodo produttivo, le coppie coniche hanno un ampio spettro di applicazione. Infatti, è possibile trovare un loro uso all’interno di tutti i settori industriali. Vi è quindi una necessità industriale di ricerca scientifica su tutti i loro aspetti, uno di questi è lo studio dell’effetto che di microgeometria, trattamenti e materiali hanno sulla loro capacità resistenziale rispetto ai vari meccanismi di cedimento a cui sono soggetti gli ingranaggi (es. macro e micro pitting, fatica flessionale piede dente, grippaggio, etc.). Tipicamente, questo tipo di ricerca viene effettuata su banchi prova ad ingranaggi, principalmente con un principio di funzionamento basato sul ricircolo meccanico della potenza. Purtroppo, negli ultimi anni, si è osservato un aumento della dispersione dei dati ottenuti su questa tipologia di banchi prova. Facendo riferimento al banco prova presente presso il Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebesysteme (FZG, Gear Research Center) e al meccanismo di cedimento del pitting, questa tesi si focalizza sulla definizione e sulla valutazione di tutti quei fattori che possono influenzare tale dispersione.