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Come progettare un riduttore elicoidale

In sostanza, un ingranaggio è un componente meccanico circolare rotante dotato di denti che servono a trasmettere coppia o velocità. Gli ingranaggi funzionano secondo un principio simile a quello delle leve. Tuttavia, gli ingranaggi sono generalmente asimmetrici e presentano denti che si ingranano tra loro per trasmettere coppia o velocità.

Angolo dell'elica

Sia che si cerchi un riduttore ad angolo retto o un riduttore elicoidale, l'angolo dei denti è un fattore importante da considerare. Influisce sui rapporti di contatto, sulla forza radiale e sulla capacità di coppia dell'ingranaggio.
Un riduttore elicoidale utilizza gli stessi elementi di base di un ingranaggio cilindrico a denti dritti, con la differenza che i denti sono più ravvicinati. È inoltre più adatto ad applicazioni con carichi elevati ed è più silenzioso rispetto agli ingranaggi convenzionali. Le principali differenze tra un riduttore elicoidale e un ingranaggio cilindrico a denti dritti risiedono nel passo e nell'angolo dell'elica.
Il passo di un ingranaggio elicoidale si misura sul piano perpendicolare alla direzione dei denti. Può anche essere chiamato passo circolare. Il passo di un ingranaggio elicoidale può essere maggiore o minore del passo circolare.
Il passo normale di un ingranaggio elicoidale viene misurato anche sul piano perpendicolare alla sua direzione di rotazione. Viene spesso definito valore di riferimento.
A differenza dell'ingranaggio cilindrico a denti dritti, l'ingranaggio elicoidale non presenta un angolo di pressione ottimale univoco. Il rapporto di contatto di un ingranaggio elicoidale diminuisce all'aumentare dell'angolo di pressione. Ciò è dovuto al fatto che la lunghezza della linea di contatto si riduce.
Il passo di un riduttore epicicloidale si calcola dividendo l'angolo di elica totale del pignone e della ruota dentata per la somma dei loro angoli di pressione normali. L'angolo di elica è generalmente compreso tra 15 e 30 gradi.

distanza dal centro

Nella progettazione di un riduttore a ingranaggi elicoidali, la distanza tra gli assi degli ingranaggi è un parametro di input cruciale. Tale distanza deve essere calcolata con precisione e modificata in base alle effettive condizioni di utilizzo. Una distanza tra gli assi insufficiente può causare l'ingranamento degli ingranaggi in un punto diverso dal punto di passo, con conseguente aumento della rumorosità, usura precoce e vibrazioni modulate in ampiezza.
Il modo migliore per calcolare la distanza tra i centri di un ingranaggio elicoidale è calcolare l'angolo di elica. Questa viene spesso definita la regola fondamentale degli ingranaggi. L'angolo di elica è un'espressione matematica che definisce la relazione tra il piano trasversale e il piano normale del dente dell'ingranaggio. Il diametro del cerchio primitivo aumenta con l'angolo di elica.
Anche il numero di denti di un ingranaggio è un parametro di input rilevante. Per determinare l'angolo di elica, occorre considerare diversi fattori, come la profondità del dente, il diametro primitivo, il numero di denti e i raggi del cerchio di riferimento. La profondità del dente è un parametro utile per calcolare il gioco inferiore.
Durante la progettazione di un ingranaggio elicoidale, si generano forze di spinta radiali e assiali. Il gioco angolare di un ingranaggio può variare a seconda del tipo di ingranaggio, del diametro primitivo e del rapporto di trasmissione. La lunghezza totale delle linee di contatto varia più gradualmente con l'angolo di elica.
Anche il numero di sezioni trasversali in una maglia elicoidale è importante. La forma a modulo radiale è più economica da produrre. Il riduttore elicoidale può essere prodotto utilizzando gli stessi utensili da taglio dei denti impiegati per gli ingranaggi cilindrici a denti dritti.

Gioco

È importante che gli ingranaggi ruotino in modo fluido. Tuttavia, il gioco meccanico è un problema che deve essere affrontato. Esistono diversi modi per controllare il gioco meccanico. L'entità del gioco necessario dipende dall'applicazione, dalle dimensioni e dalla precisione degli ingranaggi.
Esistono due metodi fondamentali per ridurre il gioco. Il primo consiste nel diminuire la distanza tra i centri degli ingranaggi. Il secondo consiste nell'utilizzare ingranaggi a molla. Quest'ultimo metodo funziona meglio nelle trasmissioni unidirezionali a bassa coppia.
La differenza tra le distanze è chiamata rapporto di contatto trasversale. Maggiore è la distanza, maggiore è il movimento rotatorio richiesto. Il gioco angolare è l'opposto del gioco radiale.
Il gioco può essere misurato anche in termini di distanza angolare tra due ingranaggi. Questa misura può essere convertita in un valore angolare sul cerchio primitivo di funzionamento. Un altro esempio è la vite senza fine.
Utilizzando il calcolatore di gioco corretto è possibile determinare il gioco ideale per il proprio riduttore elicoidale. L'entità del gioco dipende dalla precisione dei singoli ingranaggi e dal tipo di riduttore.
Il riduttore è composto anche da componenti come pulegge, cuscinetti e ruote. Esistono diversi modi per ridurre il gioco, tra cui l'uso di bulloni e spessori per diminuire la distanza tra i centri degli ingranaggi. Nelle applicazioni gravose, è comune un assemblaggio rigido imbullonato.
Per calcolare il gioco di un treno di ingranaggi, è necessario conoscere il rapporto di trasmissione di ciascun ingranaggio e il suo accoppiamento con l'albero di riferimento. Queste informazioni sono particolarmente utili per il calcolo del gioco cumulativo.

Durata

La progettazione, i materiali, la produzione e le procedure di manutenzione ottimali influenzano il ciclo di vita di un ingranaggio. Ciò include i costi di produzione, riparazione e sostituzione. Anche il programma di manutenzione ottimale deve tenere conto dei costi del ciclo di vita.
La durata di un ingranaggio può essere prolungata grazie a una corretta smussatura delle punte dei denti. Ciò ridurrà l'usura, migliorerà l'ingranamento e aumenterà la longevità dell'ingranaggio.
Il riduttore elicoidale è un tipo specializzato di cambio che trasforma la potenza da un asse ad angolo retto a un altro. Le applicazioni tipiche includono le trasmissioni automobilistiche. È una scelta diffusa in applicazioni con alta velocità, carichi elevati o alberi non paralleli. È più silenzioso e fluido rispetto agli ingranaggi cilindrici a denti dritti. Il metodo di produzione modulare utilizzato nei riduttori elicoidali garantisce i migliori standard possibili in termini di integrità e prestazioni dei componenti.
Uno dei componenti più importanti di un riduttore a ingranaggi elicoidali sono i cuscinetti reggispinta. Questi supportano le forze di spinta generate dagli ingranaggi e possono assorbirne una parte. Un riduttore a ingranaggi elicoidali è particolarmente adatto per applicazioni con carichi elevati che richiedono un movimento di trasmissione fluido.
Un buon riduttore elicoidale è quello realizzato con cuscinetti in grado di sopportare carichi assiali. Un riduttore elicoidale con scanalatura centrale è spesso necessario per garantire il corretto spazio di manovra degli utensili. Anche l'angolo dell'elica influisce sulla sua durata.
L'angolo di elica è anche la fonte della maggiore forza di spinta prodotta da un ingranaggio elicoidale. Questa elevata forza di spinta è generata da una serie di denti con un'angolazione particolare. Questo potrebbe essere uno dei motivi per cui gli ingranaggi elicoidali sono stati utilizzati in applicazioni ad alta velocità.

Rumore

In generale, gli ingranaggi elicoidali sono considerati relativamente più silenziosi rispetto agli ingranaggi cilindrici a denti dritti. Si stima che un set di ingranaggi elicoidali con rapporto di contatto assiale pari a 2 sia circa 19 dB più silenzioso di un set di ingranaggi cilindrici a denti dritti con lo stesso rapporto di contatto.
Il termine "fischio" viene spesso utilizzato per descrivere il carattere tonale del rumore prodotto dagli ingranaggi. Questo dipende dalle forze dinamiche che agiscono sull'ingranamento, le quali sono a loro volta correlate alla velocità di rotazione.
Esistono due tipi principali di rumore degli ingranaggi: il rumore specifico dell'ingranaggio e il rumore dei componenti periferici. Entrambi i tipi possono essere causati da ingranaggi ad alta velocità che trasmettono la potenza di un motore.
La rumorosità specifica degli ingranaggi può essere correlata al numero di denti a contatto. Un basso rapporto di contatto può rallentare la velocità di rotazione dell'ingranaggio condotto. Tuttavia, un elevato rapporto di contatto non ridurrà l'errore di trasmissione. Per questo motivo è importante dare priorità agli obiettivi di progettazione prima di tentare qualsiasi misura di riduzione del rumore.
Le caratteristiche tonali del rumore degli ingranaggi possono essere determinate raccogliendo e analizzando dati per un determinato periodo di tempo. Ciò può includere una serie di test a carichi compresi nell'intervallo di carico desiderato. Questa misurazione può servire come punto di partenza per l'analisi delle cause principali di un problema al riduttore.
Il rumore specifico della marcia ha diverse cause. Tra queste, il già citato segnale di errore della trasmissione e il fischio specifico della marcia.

Applicazioni

Diversi settori industriali, come quello della plastica, della stampa, del cemento e altri contesti di industria pesante, utilizzano riduttori a ingranaggi elicoidali. I loro vantaggi includono un basso consumo energetico, un funzionamento più silenzioso e un'elevata capacità di carico. Tuttavia, presentano anche alcune limitazioni. Ad esempio, il calore generato dal contatto di scorrimento rappresenta un ostacolo all'efficienza. Va inoltre notato che il peso degli ingranaggi influisce sulle loro prestazioni.
Esistono due modi per ingranare gli ingranaggi elicoidali. Il primo metodo consiste nel disporre gli alberi orientati secondo un certo angolo di elica, in modo da formare un ingranamento. Il secondo metodo consiste nel disporre gli alberi orientati secondo un angolo di elica diverso. La differenza di angolo viene definita angolo di elica.
Il riduttore a ingranaggi elicoidali è il tipo di riduttore più diffuso. È compatto e offre un'elevata efficienza. Trova impiego nell'azionamento di nastri trasportatori, refrigeratori e macchinari. Viene utilizzato anche nei sistemi di controllo automatico.
Gli ingranaggi elicoidali sono spesso preferiti agli ingranaggi cilindrici a denti dritti per alberi non paralleli. Vengono inoltre utilizzati nei riduttori per applicazioni automobilistiche e negli ascensori. Contribuiscono anche a ridurre le vibrazioni.
Gli ingranaggi sono costituiti da denti speciali inclinati rispetto a un asse. Sono inoltre tagliati ad angolo, il che consente un ingranamento perpendicolare. Possono essere suddivisi in due categorie principali: ingranaggi ad assi incrociati e ingranaggi elicoidali singoli. Gli ingranaggi elicoidali singoli possono essere destrorsi o sinistrorsi. Gli ingranaggi ad assi incrociati sono generalmente utilizzati per collegare alberi paralleli.

Modificato da CX il 19/10/2023