Riduttore di velocità a ingranaggi conici elicoidali serie F, prodotto di successo in Cina per macchinari edili, design del riduttore elicoidale

Come scegliere un cambio a ingranaggi elicoidali

La scelta del miglior riduttore elicoidale dipende dal tipo di applicazione per cui si intende utilizzarlo. È necessario considerare i rapporti di contatto e il numero totale di cambi di profilo richiesti.

Gli ingranaggi cilindrici a denti dritti sono più efficienti degli ingranaggi elicoidali

Rispetto agli ingranaggi elicoidali, gli ingranaggi cilindrici a denti dritti hanno denti paralleli all'asse dell'ingranaggio. Essendo più efficienti, gli ingranaggi cilindrici a denti dritti sono spesso utilizzati in applicazioni a bassa velocità. Tuttavia, gli ingranaggi elicoidali sono più adatti per applicazioni a bassa rumorosità e ad alta velocità. Nonostante i loro vantaggi, gli ingranaggi cilindrici a denti dritti sono utilizzati anche in alcuni dispositivi.
Gli ingranaggi cilindrici a denti dritti non sono resistenti quanto altri tipi di ingranaggi. Sono meno efficienti nella trasmissione di potenza su lunghe distanze e generano troppo rumore ad alte velocità. Inoltre, impongono un carico radiale sui cuscinetti e producono vibrazioni significative che possono limitare la velocità massima di funzionamento.
Gli ingranaggi elicoidali sono più efficienti nel trasferire i carichi. Vengono utilizzati in numerose applicazioni, tra cui trasmissioni per auto, ascensori e nastri trasportatori. Gli ingranaggi elicoidali generano inoltre una spinta elevata e sono più silenziosi degli ingranaggi cilindrici a denti dritti.
A differenza degli ingranaggi cilindrici a denti dritti, gli ingranaggi elicoidali utilizzano cuscinetti per supportare il carico assiale. Inoltre, avendo un numero maggiore di denti, possono sopportare carichi superiori rispetto agli ingranaggi cilindrici a denti dritti. Possono essere utilizzati anche su alberi non paralleli.
Gli ingranaggi elicoidali sono generalmente utilizzati nei sistemi meccanici ad alta velocità. Inoltre, presentano una minore usura dei singoli denti e sono più silenziosi rispetto agli ingranaggi cilindrici a denti dritti.
Gli ingranaggi elicoidali sono un'evoluzione degli ingranaggi cilindrici a denti dritti. Vengono utilizzati anche nell'industria tipografica, negli ascensori e nei cambi per automobili. Spesso sono impiegati in combinazione con una vite senza fine per distribuire il carico. Hanno una maggiore capacità di velocità, ma non sono efficienti quanto gli ingranaggi cilindrici a denti dritti. Sono utilizzati in alcuni sistemi meccanici ad alta velocità perché generano meno rumore e vibrazioni.
Gli ingranaggi cilindrici a denti dritti sono comunemente utilizzati in applicazioni a bassa velocità, come nei sistemi a cremagliera e pignone. La loro progettazione li rende più efficienti nella trasmissione della potenza, ma sono meno resistenti degli ingranaggi elicoidali.
Lo spazio di progettazione è limitato in base alla distanza tra gli assi richiesta, al rapporto di trasmissione target e alla somma degli spostamenti del profilo.
Utilizzando parametri derivati ​​statisticamente, gli autori hanno effettuato un'ottimizzazione multi-obiettivo dello spostamento del profilo di due ingranaggi cilindrici esterni. L'obiettivo principale di questo studio era massimizzare l'efficienza e minimizzare la quantità di potenza persa nello spazio ottimizzato.
A tal fine, gli autori hanno utilizzato un algoritmo di ottimizzazione multi-obiettivo che includeva tutti gli aspetti dello spostamento ottimale del profilo. L'algoritmo valuta la funzione obiettivo su una serie di generazioni per determinare la soluzione migliore.
L'algoritmo di ottimizzazione multi-obiettivo si basava su un algoritmo di ottimizzazione verificato. Questo algoritmo combina la stima analitica dei carichi di pressione con un metodo efficace per il calcolo delle deformazioni della scatola dell'ingranaggio. Utilizzando le formule sopra menzionate, gli autori sono stati in grado di individuare una soluzione fattibile. I calcoli numerici hanno inoltre dimostrato che i corrispondenti coefficienti di scorrimento specifici erano perfettamente bilanciati.
Per identificare il metodo più efficiente per determinare lo spostamento del profilo, gli autori hanno selezionato il metodo più efficiente in base agli obiettivi di efficienza e massa. L'obiettivo di efficienza è stato considerato il più importante, data la ridotta dimensione dello spazio di ottimizzazione risultante. Questo obiettivo è utile per ridurre i guasti dovuti all'usura.

Il trattamento termico più importante per un ingranaggio cilindrico è la cementazione. La norma ISO/TR 4467:1982 fornisce una guida pratica per gli ingranaggi. I raggi maggiori del pignone e della ruota sono rispettivamente rb1 e rb2. Il rapporto tra la larghezza del dente e il diametro del cerchio di base del pignone è normalmente impostato a un valore inferiore a 1.
La velocità di scivolamento aumenta con l'aumentare della distanza dal punto di impatto lungo la linea d'azione.
Le deformazioni del profilo evolvente di un ingranaggio elicoidale si verificano a causa del carico sui denti. Tuttavia, l'angolo di pressione ottimale per l'ingranaggio non è noto.
L'angolo di pressione corretto per un ingranaggio elicoidale non può essere calcolato senza un modello di superficie. Supponendo che la pressione sia uniforme lungo il profilo, un angolo di pressione di 20° sarebbe una buona approssimazione. Tuttavia, ciò richiederebbe un modello matematico che può essere derivato dall'equazione di usura di Archard.
In generale, l'angolo di pressione sarà influenzato dal diametro, così come dalla geometria dell'ingranamento. È importante conoscere l'angolo effettivo di un ingranaggio elicoidale poiché questo influenzerà la curvatura del profilo, la forza normale e la forza radiale.
Il modo migliore per misurare l'angolo di pressione è considerare il diametro primitivo teorico. Se il diametro primitivo è piccolo, l'angolo effettivo sarà minore. Ciò causerà uno spazio tra i fianchi. Tuttavia, può anche causare la deformazione dell'ingranaggio, portando a un comportamento di lavoro imprevisto.
Un piano tangente interessante è il piano primitivo, un piano immaginario tangente alle superfici primitive. Il piano primitivo è il piano perpendicolare al piano assiale della sezione trasversale dell'ingranaggio. Viene solitamente utilizzato come punto di riferimento per calcolare l'angolo di pressione trasversale.
L'angolo di pressione di lavoro è l'angolo della linea di pressione dell'ingranamento. Questo angolo è uguale all'angolo di pressione di riferimento, ma la lunghezza della linea di contatto è ridotta.
Il modo migliore per calcolare l'angolo di pressione di lavoro è utilizzare la linea di pressione dell'ingranamento. Questo fornirà un valore più preciso. L'angolo effettivo della linea di pressione è anche correlato al rapporto di trasmissione. Questo rapporto è solitamente espresso come rapporto nominale delle velocità angolari. Le velocità effettive varieranno attorno a questo rapporto.

Sottosquadro della radice di un dente di ingranaggio elicoidale

La presenza di un sottosquadro alla base del pignone può influenzare la distribuzione del carico lungo la linea di contatto degli ingranaggi elicoidali. Ciò può comportare carichi superiori a quelli nominali su alcuni denti e rumore modulato in ampiezza.
La radice del dente è influenzata da diversi fattori, tra cui la forma dell'utensile di taglio. L'utensile di taglio deve essere progettato in modo da evitare un sottosquadro senza ridurre il numero di denti. Ciò si ottiene mediante un processo chiamato spostamento del profilo.
Lo spostamento del profilo si verifica quando l'utensile da taglio cambia profondità, impedendo così un sottosquadro. Viene spesso utilizzato nel processo di produzione per ottenere un maggiore rapporto di sovrapposizione. Maggiore è il rapporto di sovrapposizione, minore è la variazione tra le linee di contatto. Ciò riduce i carichi dinamici sui denti e diminuisce la rumorosità.
La variazione del profilo è spesso associata alla punta dell'utensile da taglio. Questo è il punto in cui il profilo a evolvente esce dall'ingranaggio, prima che la punta inizi a rastremarsi. Il profilo a evolvente può essere definito per ogni sezione trasversale della larghezza della faccia dell'ingranaggio. Il punto limite è un punto di tangenza tra il profilo a evolvente e il profilo di base.
La profilo a evolvente di un cerchio è un metodo comune per definire il profilo di un dente di ingranaggio. L'evolvente è il percorso tracciato dal punto sulla linea durante la rotazione su un cerchio. È una caratteristica utile per gli ingranaggi cilindrici a evolvente.
Anche l'angolo di elica è importante per gli ingranaggi elicoidali. Consente una maggiore capacità di contatto e aumenta la capacità di flessione dell'ingranaggio. Deve essere incluso nelle specifiche dei denti elicoidali. L'angolo deve essere misurabile e deve includere il segno (+-).
La resistenza alla flessione di un dente dipende dalla forma della radice. Un sottosquadro pronunciato riduce la resistenza del dente.

rapporti di contatto

Che un riduttore elicoidale sia dinamico o a regime stazionario, il rapporto di contatto è un fattore chiave. Il rapporto di contatto totale definisce il numero medio di denti a contatto sul piano di azione. Si calcola moltiplicando il rapporto di contatto trasversale per il rapporto di sovrapposizione. Il rapporto di sovrapposizione è sempre diverso da zero.
Il rapporto di contatto totale deve essere pari o superiore a 1,0 per una rotazione a velocità costante sul lato condotto. Gli ingranaggi con un basso rapporto di contatto totale tendono a rallentare la rotazione dell'ingranaggio condotto. Il rapporto di contatto totale è influenzato dalla lunghezza della linea di contatto. Un elevato rapporto di contatto è una buona scelta per carichi dinamici.
Un basso rapporto di contatto si traduce in una maggiore variazione del profilo e in una maggiore rumorosità. Se il rapporto di contatto è troppo elevato, può causare un'eccessiva velocità di scorrimento dell'EAP e provocare abrasioni. Inoltre, una distribuzione non uniforme del carico genera vibrazioni con modulazione di ampiezza.
Un ingranaggio elicoidale è costituito da una coppia di ingranaggi cilindrici a denti dritti e sottili. Gli ingranaggi sono disposti su un piano parallelo alla larghezza della faccia dei denti. Ogni dente entra in contatto con il fianco del dente successivo. Il fianco del dente dell'ingranaggio elicoidale è una superficie tridimensionale tangente ai cerchi di base degli ingranaggi.
Anche la forma del dente dell'ingranaggio elicoidale è un fattore chiave nel rapporto di contatto. La forma del dente è progettata in relazione al pezzo in lavorazione, agli utensili, ai coefficienti di dendrite, alle forze esercitate sul dente e alla rigidità flessionale del dente stesso. La forma del dente di un ingranaggio deve inoltre essere correlata alla cinematica della superficie del dente e alle modifiche microgeometriche.
Il profilo attivo è la regione del profilo a evolvente compresa tra il punto iniziale e quello finale. Un profilo del dente che soddisfa la legge fondamentale dell'azione dente-ingranaggio viene spesso chiamato profilo coniugato.

Modificato da CX il 08/06/2023