Fabbrica cinese SA97 Riduttore a vite senza fine e ingranaggi elicoidali: vantaggi e svantaggi

Vantaggi di un cambio elicoidale

Solitamente i riduttori a ingranaggi elicoidali sono utilizzati in ambito industriale. Si trovano in genere nelle centrali elettriche, dove l'energia in ingresso viene convertita in energia in uscita. Esistono diversi tipi di riduttori a ingranaggi elicoidali, tra cui quelli a spirale e a spina di pesce. È consigliabile familiarizzare con le diverse tipologie prima di sceglierne una adatta al proprio progetto.

Angolo dell'elica

Generalmente, l'angolo tra un dente di ingranaggio e il suo asse è chiamato angolo di elica. Questo angolo è importante nella conversione del movimento e nel trasferimento di potenza. Non va confuso con l'angolo di passo, che viene utilizzato come riferimento per una linea perpendicolare all'asse dell'ingranaggio.
Il riduttore a ingranaggi elicoidali trova impiego in diverse applicazioni industriali. Tra queste, si annoverano l'industria petrolifera e saccarifera, i soffiatori e gli alimentatori. Gli ingranaggi elicoidali offrono un funzionamento più fluido rispetto agli ingranaggi cilindrici a denti dritti e risultano anche più silenziosi.
I riduttori a ingranaggi elicoidali possono essere realizzati in modo modulare. Ciò consente una costruzione più economica e una maggiore intercambiabilità dei componenti. Questi riduttori sono utilizzati anche nei sistemi di ingranaggi chiusi. In un riduttore a ingranaggi elicoidali, ogni sezione della scatola deve essere sfalsata in una direzione diversa. Questo contribuisce a mantenere l'integrità del componente.
Gli ingranaggi elicoidali possono essere utilizzati in applicazioni che richiedono un elevato grado di controllo qualità. Ciò è necessario per ridurre al minimo gli effetti dell'usura. L'uso di lubrificanti per pressioni estreme è raccomandato per gli ingranaggi elicoidali che operano ad angolo retto. Tuttavia, questi non sono raccomandati per gli ingranaggi in bronzo.
Oltre all'angolo di elica, anche il rapporto di contatto influisce sulle prestazioni dell'ingranaggio. Maggiore è la superficie di contatto tra i denti, maggiore è lo scorrimento. Anche il calore prodotto è dannoso per le prestazioni. È necessario utilizzare un lubrificante che riduca l'attrito tra le superfici dei denti. Una lubrificazione adeguata riduce l'usura e minimizza il calore.
Quando si determina l'angolo di elica ottimale per un ingranaggio, è importante considerare il diametro dell'ingranaggio stesso. Gli ingranaggi elicoidali hanno un angolo di elica minimo compreso tra 15 e 30 gradi. Un angolo di elica maggiore aumenta la forza assiale generata dall'ingranaggio, mentre un angolo di elica minore aumenta la sollecitazione di contatto.

Ingranaggi a spirale

L'utilizzo di ingranaggi a spirale in un riduttore elicoidale offre diversi vantaggi, tra cui fluidità e silenziosità di funzionamento. Inoltre, i riduttori elicoidali sono molto efficienti e possono sopportare carichi maggiori. Gli ingranaggi a spirale sono anche più economici, ma la loro produzione è più complessa.
Gli ingranaggi elicoidali sono simili agli ingranaggi cilindrici a denti dritti in quanto presentano denti inclinati. Tuttavia, l'angolo di elica dei denti in un ingranaggio elicoidale non è fisso. Questo angolo influenza la posizione di contatto del dente con l'ingranaggio accoppiato e anche la forza normale esercitata sui denti.
L'angolo di elica dei denti dell'ingranaggio dipende anche dalla direzione di rotazione dell'ingranaggio stesso. Ad esempio, un ingranaggio a spirale con un angolo di elica di 15 gradi è solitamente perpendicolare all'asse dell'ingranaggio. Analogamente, un ingranaggio elicoidale con un angolo di elica di 30 gradi è solitamente obliquo rispetto all'asse dell'ingranaggio.
Gli ingranaggi elicoidali offrono anche un metodo per collegare alberi non paralleli. Questi ingranaggi sono generalmente utilizzati in settori come i nastri trasportatori, l'industria alimentare, l'industria della plastica e l'industria petrolifera. Il principale vantaggio degli ingranaggi elicoidali è la loro maggiore scorrevolezza rispetto agli ingranaggi cilindrici a denti dritti. Tuttavia, lo svantaggio è rappresentato da una maggiore usura e attrito.
Gli ingranaggi elicoidali vengono utilizzati anche per trasmettere il movimento tra alberi paralleli. Sono impiegati anche in applicazioni con carichi elevati, il che li rende una scelta ideale per impieghi gravosi.
Gli ingranaggi elicoidali sono superiori agli ingranaggi cilindrici anche in termini di capacità di carico. Sono più fluidi e silenziosi degli ingranaggi cilindrici. Tuttavia, presentano anche un coefficiente di attrito maggiore. Inoltre, richiedono frese speciali.
Gli ingranaggi elicoidali possono essere classificati anche in base alla loro sezione di riferimento nel piano standard. Il gioco centrale degli ingranaggi elicoidali con sezione di riferimento nel piano di rotazione è lo stesso di quello degli ingranaggi cilindrici a denti dritti.

Ingranaggi a spina di pesce

Tra i vari tipi di riduttori, quello a ingranaggi elicoidali è uno dei più comuni. Trova ampio impiego in applicazioni industriali, come motoriduttori, riduttori a vite senza fine e treni di ingranaggi epicicloidali.
Un ingranaggio elicoidale è un ingranaggio direzionale con asse verticale. La sua caratteristica distintiva è l'angolo di elica, ovvero l'angolo formato dall'elica sulla superficie cilindrica di indicizzazione. In fase di progettazione, l'angolo di elica è impostato su un valore compreso tra otto e quindici gradi. Il passo radiale effettivo, cioè il passo dell'ingranaggio quando ruota in senso orario, varia in funzione dell'angolo di elica.
Gli ingranaggi elicoidali vengono classificati in base alla sezione di riferimento sul piano di rotazione e sul piano standard. Gli ingranaggi elicoidali con sezione di riferimento sul piano standard hanno lo stesso numero di denti degli ingranaggi cilindrici a denti dritti. D'altra parte, gli ingranaggi elicoidali con sezione di riferimento sul piano di rotazione hanno lo stesso gioco centrale degli ingranaggi cilindrici a denti dritti.
Il principale vantaggio degli ingranaggi elicoidali è l'elevato rapporto potenza-peso. Oltre a ciò, sono compatti e offrono una buona capacità di ingranamento.
Un altro vantaggio è la loro elevata capacità di sopportare la coppia. Ciò si ottiene aumentando l'angolo di elica. Maggiore è l'angolo di elica, più fluido sarà il movimento dell'ingranaggio. Inoltre, maggiore è l'angolo di elica, maggiore è il grado di coincidenza. Questo è utile in applicazioni con forti urti e vibrazioni.
Il processo di produzione degli ingranaggi a spina di pesce è più complesso e costoso rispetto ad altri tipi. Tagliare e sagomare gli ingranaggi a spina di pesce è difficile. Una semplice dentatrice non è adatta a questo tipo di ingranaggio. Tuttavia, la fresatura può essere utilizzata per la lavorazione di alcuni ingranaggi a spina di pesce.
Alcuni dei problemi relativi agli ingranaggi a spina di pesce sono la scarsa capacità di carico assiale, l'elevato attrito e l'interferenza delle forze assiali. L'ingranamento dei denti negli ingranaggi a spina di pesce può contribuire a ridurre questi problemi.

Caratteristiche di rumore, vibrazioni e ruvidità (NVH)

I test NVH (rumore, vibrazioni e ruvidità) rappresentano un aspetto importante nello sviluppo di nuovi prodotti per la trasmissione. Vengono generalmente eseguiti durante lo sviluppo delle autovetture e sono utilizzati per la garanzia della qualità del rumore esterno e interno. Questo tema riveste particolare importanza nei veicoli ibridi ed elettrici e continua a crescere con l'espansione dell'industria automobilistica.
Un tipico test NVH prevede l'utilizzo di un dinamometro a rulli, i cui segnali vengono registrati e memorizzati su un disco rigido. Questi vengono poi elaborati per produrre distribuzioni di variazione. Tra le altre cose, è stato sviluppato un modello di dinamica di sistema a parametri concentrati per eseguire in modo efficiente studi DOE di grandi dimensioni.
Tra i numerosi componenti della catena NVH (rumore, vibrazioni e ruvidità), l'ingranaggio conico riveste un ruolo fondamentale nella trasmissione finale. Le sue caratteristiche sono complesse e variabili nel tempo, ma sufficientemente importanti da meritare uno studio approfondito.
In questo articolo verrà discusso un nuovo metodo di calcolo dell'OTE (Optimal Temperature Efficiency) per ingranaggi conici. È importante notare che le prestazioni NVH (Noise, Vibration and Harshness) di un sistema di trasmissione a ingranaggi elicoidali per azionamento elettrico possono essere migliorate tramite la deformazione termica del cuscinetto. È inoltre possibile ottenere prestazioni NVH robuste nella progettazione di assali in alluminio ottimizzando la progettazione degli ingranaggi, l'ottimizzazione dei cuscinetti e la dinamica del sistema di trasmissione.
Il treno di ingranaggi presenta anche alcune caratteristiche prestazionali NVH meno note. È risaputo che un treno di ingranaggi è una fonte di eccitazione, e questo è l'argomento di un altro studio. È inoltre importante notare che un sistema di ingranaggi elicoidali mostrerà comportamenti non lineari quando cambia la velocità di lavoro.

Applicazioni

Rispetto agli ingranaggi cilindrici a denti dritti, gli ingranaggi elicoidali offrono una maggiore capacità di carico e un funzionamento più fluido. Sono anche più silenziosi, poiché hanno denti più grandi. Queste sono le ragioni principali del loro ampio utilizzo.
La principale differenza tra ingranaggi elicoidali e ingranaggi cilindrici risiede nel modo in cui vengono tagliati i denti. I denti degli ingranaggi elicoidali sono tagliati ad angolo, in modo da consentire a un maggior numero di denti di interagire nella stessa direzione. Ciò riduce i carichi d'urto e le vibrazioni. Gli ingranaggi elicoidali sono inoltre molto più resistenti degli ingranaggi cilindrici.
Gli ingranaggi elicoidali trovano impiego in svariate applicazioni. Vengono spesso preferiti agli ingranaggi cilindrici a denti dritti per le applicazioni che richiedono alberi non paralleli. Sono inoltre molto diffusi nell'industria della stampa, delle materie plastiche e del cemento. Possono essere utilizzati anche in nastri trasportatori e sistemi di raffreddamento.
Gli ingranaggi elicoidali sono realizzati in un materiale che offre eccellente durata, resistenza alla corrosione e un elevato carico di lavoro. Sono inoltre meno costosi da produrre. Vengono fissati a un albero mediante accoppiamento a pressione o adesivo. Il metodo di fissaggio può essere tramite mozzo o albero integrale.
Gli ingranaggi elicoidali vengono prodotti anche in forma di modulo radiale. Questa è l'opzione più economica, in quanto consente di realizzare ingranaggi elicoidali in un formato compatto e garantisce il rispetto dei requisiti di posizionamento dei cuscinetti.
Gli ingranaggi elicoidali vengono prodotti anche con mole abrasive speciali. Queste sono necessarie per ogni angolo di elica. L'angolo di elica determina il passo radiale effettivo e influisce anche sulla forza normale esercitata dal dente.
Quando si accoppiano ingranaggi elicoidali ad alberi paralleli, questi sono destrorsi. Tali ingranaggi possono essere realizzati con un normale set di moduli o utilizzando utensili di fresatura speciali.

Redattore: CX 24/04/2023