Riduttore a vite senza fine OEM cinese NMRV030-150 con flangia di uscita per industria leggera, riduttore epicicloidale vs riduttore elicoidale

Riduttore elicoidale

L'utilizzo di un riduttore elicoidale può migliorare notevolmente la precisione di una macchina e ridurre gli effetti delle vibrazioni e degli impatti sull'asse dell'albero. Un riduttore è un componente circolare di una macchina, costituito da denti che si ingranano tra loro. I denti, tagliati o inseriti, sono progettati per trasmettere velocità e coppia.

Scorrevole

Tra i numerosi tipi di riduttori, quello a ingranaggi elicoidali è il più comunemente utilizzato. Questo perché il contatto tra i denti degli ingranaggi elicoidali è di tipo radente. Il contatto tra due denti inizia all'inizio di un dente e progredisce fino al contatto lineare man mano che l'ingranaggio ruota.
Gli ingranaggi elicoidali sono ingranaggi cilindrici con denti tagliati ad angolo rispetto all'asse. Quest'angolo permette agli ingranaggi elicoidali di catturare l'inversione di velocità sulla linea di passo grazie all'attrito radente. Ciò si traduce in un movimento molto più fluido e in una minore usura. Inoltre, il riduttore a ingranaggi elicoidali è più resistente e silenzioso rispetto ad altri tipi di riduttori.
Gli ingranaggi elicoidali si dividono in due categorie. Il primo gruppo comprende gli ingranaggi elicoidali ad assi incrociati, comunemente utilizzati negli alberi del distributore/pompa dell'olio dei motori automobilistici. Il secondo gruppo comprende gli ingranaggi ad angolo di elica nullo, che non producono forze assiali. Tuttavia, generano calore, con conseguente perdita di efficienza.
La configurazione del riduttore elicoidale è spesso fonte di confusione, il che si traduce in costi di esercizio più elevati. Inoltre, la configurazione del riduttore elicoidale non presenta lo stesso rapporto coppia/$ dei riduttori epicicloidali ad angolo di elica zero.
Nella progettazione degli ingranaggi, è importante considerare gli effetti dello slittamento. Lo slittamento può generare attrito, che a sua volta può causare una perdita di trasmissione di potenza. Inoltre, comporta una distribuzione non uniforme del carico, riducendo la capacità di carico del riduttore epicicloidale.
Inoltre, la rigidezza di ingranamento degli ingranaggi elicoidali viene comunemente trascurata dai ricercatori. È stato proposto un modello analitico per la rigidezza di ingranamento degli ingranaggi elicoidali.

forze di spinta assiale

Per gestire le forze di spinta assiale nei riduttori a ingranaggi elicoidali sono disponibili diverse opzioni. La più ovvia è quella di utilizzare un ingranaggio a doppia elica per compensare la componente di forza. Un'altra opzione è quella di utilizzare un cuscinetto reggispinta con una capacità di carico inferiore. Questo funge da componente di sacrificio.
Per trasmettere una forza, questa deve essere distribuita lungo la linea di contatto. Tale forza è la somma delle componenti tangenziale, radiale e assiale. Tutte queste componenti devono essere trasferite dalla sorgente all'uscita. Si tratta di un processo complesso che prevede l'utilizzo di ingranaggi.
La componente di forza assiale deve essere trasmessa attraverso gli ingranaggi. La forza risultante viene quindi scomposta in componenti ortogonali e suddivisa nelle direzioni di spinta. La componente di forza radiale va dal punto di contatto al centro dell'ingranaggio condotto.
Anche la componente della forza assiale è determinata dalla dimensione del diametro primitivo dell'ingranaggio. Un diametro primitivo maggiore si traduce in un momento flettente maggiore. Analogamente, un rapporto di trasmissione maggiore produrrà una trasmissione di coppia più elevata.
Va notato che la componente di forza assiale rappresenta solo una piccola parte della forza totale. La forza normale è distribuita lungo la linea di contatto.
L'ingranaggio a doppia elica non è una copia perfetta dell'ingranaggio a spina di pesce. È composto da due metà uguali. Viene utilizzato in modo intercambiabile con l'ingranaggio a spina di pesce. Ha inoltre lo stesso angolo di elica.

Impatto ridotto sull'asse dell'albero

Aumentare l'angolo di elica di una coppia di ingranaggi riduce gli effetti di risonanza sull'asse dell'albero di un riduttore elicoidale. Tuttavia, ciò non riduce le vibrazioni complessive del riduttore. Anzi, le aumenta. Questo può portare a gravi guasti da fatica nella trasmissione.
Questo accade perché l'angolo dell'elica influenza la linea di contatto tra due denti. All'aumentare dell'angolo dell'elica, la lunghezza della linea di contatto diminuisce. Inoltre, influisce sulla forza normale e sui raggi di curvatura dei denti. Anche l'angolo di pressione influenza i raggi di curvatura.
Gli ingranaggi elicoidali presentano diversi vantaggi rispetto agli ingranaggi cilindrici a denti dritti. Tra questi: minori vibrazioni, migliori caratteristiche NVH (rumore, vibrazioni e ruvidità) e funzionamento fluido sotto carichi pesanti. Hanno inoltre una maggiore capacità di coppia. Tuttavia, generano un attrito maggiore e richiedono approcci specifici per il controllo delle forze di spinta.
Il primo passo per ridurre gli effetti di risonanza è regolare la frequenza di ingranamento dello stadio di ingranaggi elicoidali. Ciò può essere fatto variando i fattori di traslazione dell'ingranaggio. Se i fattori di traslazione sono troppo elevati, l'ingranaggio sarà soggetto a effetti di risonanza. Anche l'angolo dell'elica è influenzato dai fattori di traslazione dell'ingranaggio. È quindi importante controllare la geometria dell'ingranaggio per ridurre gli effetti di risonanza.
Successivamente, vengono esaminati gli effetti della struttura dell'anima e dello spessore del bordo sulla sollecitazione alla base dell'ingranaggio. Questi vengono misurati tramite estensimetri. I risultati indicano che la sollecitazione massima alla base si ottiene quando si raggiunge la posizione di ingranamento peggiore.

Funzionamento più silenzioso

Rispetto agli ingranaggi cilindrici a denti dritti, gli ingranaggi elicoidali sono molto più silenziosi durante il funzionamento. Ciò è dovuto ai loro denti più grandi. Inoltre, hanno una maggiore capacità di carico, funzionano in modo più fluido e possono raggiungere velocità più elevate. Gli ingranaggi elicoidali rappresentano anche una valida alternativa agli ingranaggi cilindrici a denti dritti.
Il parametro più significativo relativo alla riduzione del rumore è il rapporto di contatto degli ingranaggi. Esso varia da meno di 1 a più di 10 ed è determinato dal numero di denti che intersecano una linea parallela all'albero a livello del cerchio primitivo. È anche un buon indicatore del livello di riduzione del rumore fornito dagli ingranaggi elicoidali.
Inoltre, gli ingranaggi elicoidali presentano una flessione impulsiva inferiore rispetto agli ingranaggi cilindrici a denti dritti. Questo perché il punto di contatto scorre lungo la superficie elicoidale di ciascun dente. Ciò contribuisce anche a smorzare internamente il sistema di ingranaggi.
Sebbene gli ingranaggi elicoidali siano meno rumorosi di quelli a denti dritti, sono soggetti a un'usura maggiore. Ciò può influire sulle prestazioni dell'ingranaggio. Tuttavia, è possibile migliorare la levigatezza della superficie dei denti tramite rettifica. Inoltre, far funzionare gli ingranaggi in olio può contribuire a migliorare ulteriormente la levigatezza della superficie dei denti.
Esistono molti settori industriali che utilizzano ingranaggi elicoidali. Ad esempio, l'industria automobilistica li impiega nelle trasmissioni. Sono utilizzati anche nel settore agricolo, spesso nei camion pesanti.
Gli ingranaggi elicoidali sono inoltre noti per generare meno calore e per essere più silenziosi rispetto ad altri tipi di ingranaggi. Possono anche trasmettere potenza in parallelo tra alberi paralleli o non paralleli.

Precisione migliorata

Aumentare la precisione di un riduttore elicoidale è fondamentale per il suo funzionamento e la sua affidabilità. La precisione del riduttore dipende da diverse caratteristiche, tra cui le più importanti sono il profilo e il passo. Inoltre, occorre tenere in considerazione il fabbisogno di potenza del riduttore.
Il profilo è la caratteristica più delicata di un ingranaggio elicoidale. Se il profilo non è simmetrico, l'ingranaggio funzionerà con un ingranaggio cilindrico rumoroso. Inoltre, il profilo è anche la caratteristica più sensibile al passo.
Il riduttore a ingranaggi elicoidali svolge un ruolo chiave nella trasmissione di potenza nelle applicazioni industriali. Tuttavia, le condizioni operative gravose lo rendono soggetto a diversi tipi di guasti.
Le prestazioni di un riduttore elicoidale dipendono dalla precisione dei singoli ingranaggi. Questa precisione si ottiene riducendo al minimo il gioco. Un metodo comune per ridurre il gioco consiste nell'avvicinare tutte le posizioni di destinazione da una direzione comune. Questo approccio riduce anche la rumorosità della trasmissione.
La precisione di un riduttore elicoidale può essere migliorata utilizzando un riduttore elettronico flessibile. Ciò può ridurre il grado di torsione e, inoltre, aumentare la precisione della lavorazione degli ingranaggi.
Un riduttore elicoidale con cambio elettronico può aumentare la precisione della compensazione della torsione. Può anche migliorare il collegamento tra gli assi B, C e Z. Inoltre, il cambio elettronico garantirà il collegamento tra gli assi Y, Z e C.
La precisione di un riduttore elicoidale può essere migliorata calcolando l'errore di posizione del treno di ingranaggi. La deviazione del passo e la deviazione dell'angolo dell'elica sono due tipi di errore di posizione.

Vibrazioni ridotte

L'utilizzo di riduttori a ingranaggi elicoidali può ridurre vibrazioni e rumore. Questi ingranaggi trovano impiego in diverse applicazioni, tra cui le trasmissioni automobilistiche. Inoltre, sono sufficientemente silenziosi da poter essere utilizzati in ambienti in cui il rumore è un fattore critico.
Utilizzando il software CZPT, vengono confrontati tre diversi progetti di carter per riduttori. Le dimensioni esterne e la massa di ciascun progetto vengono mantenute costanti, ma vengono impiegate quantità diverse di rinforzi longitudinali e trasversali. I modelli risultanti vengono quindi confrontati con i risultati sperimentali. Inoltre, viene analizzata la risposta alle vibrazioni libere di questi modelli. I risultati sono mostrati in Figura 5.
In termini di riduzione del rumore, il modello cellulare produce il livello di pressione sonora più basso. Tuttavia, il modello a croce produce un livello sonoro più elevato. Il modello cellulare produce anche risultati migliori in termini di rapporto picco-picco.
La coppia di ingranaggi in ingresso è la fonte di energia per la coppia di ingranaggi in uscita. Viene inoltre studiata la vibrazione di quest'ultima, tramite un diagramma di fase e un diagramma nel dominio della frequenza. L'influenza della coppia motrice e della velocità del pignone sulla vibrazione viene studiata numericamente. Viene inoltre analizzata l'evoluzione temporale della forza normale e della rigidità del lubrificante.
La modifica del pignone dello stadio di ingresso riduce le vibrazioni della coppia di ingranaggi dello stadio di ingresso. Tale riduzione si ottiene aggiungendo un doppio supporto a cuscinetto all'albero di ingresso.

Modificato da CX il 13/11/2023