Che cos'è il gioco degli ingranaggi elicoidali?
Reazione negativa in un ingranaggio elicoidale Il gioco tra i denti della coppia è lo spazio totale tra i fianchi dei denti non motrici quando i fianchi motrici sono a contatto alla distanza tra i centri di progetto. Più precisamente: quando un ingranaggio della coppia accoppiata è tenuto fisso, il gioco è l'intervallo angolare entro il quale l'altro ingranaggio può ruotare senza che i fianchi dei denti si tocchino su entrambi i lati. È il gioco previsto nell'ingranamento per consentire la dilatazione termica, le tolleranze di fabbricazione, lo spazio del film d'olio e gli errori di assemblaggio, nonché per prevenire l'interferenza tra i denti quando la direzione di azionamento si inverte o quando la dilatazione termica dell'alloggiamento aumenta leggermente la distanza tra i centri.
Il gioco meccanico viene misurato sul cerchio primitivo come uno spostamento lineare j_t (gioco sul piano trasversale, in mm) o come gioco angolare j_α sull'albero dell'ingranaggio (in minuti d'arco o milliradianti). I due sono correlati dalla formula: j_α = 2 × j_t / d₁, dove d₁ è il diametro primitivo. Ai fini di approvvigionamento e collaudo, il gioco meccanico viene quasi sempre specificato come j_t o come deviazione dello spessore del dente rispetto al valore nominale.
Perché esiste la reazione negativa: quattro ragioni ingegneristiche
Quando un riduttore si riscalda dall'avviamento a freddo alla temperatura di esercizio, la distanza tra i centri degli ingranaggi aumenta a una velocità determinata dal coefficiente di dilatazione termica del materiale dell'alloggiamento (ghisa: 11 µm/m·°C, alluminio: 23 µm/m·°C). Per un alloggiamento in ghisa con una distanza tra i centri di 200 mm e un aumento di temperatura di 50 °C: ΔC = 11 × 10⁻⁶ × 200 × 50 = 0,11 mm. Senza gioco, questa dilatazione termica porterebbe i fianchi dei denti a interferire e causerebbe il grippaggio.
Nessun ingranaggio o alloggiamento viene prodotto con le sue dimensioni nominali esatte. La distanza tra i centri ha una tolleranza di fabbricazione, lo spessore del dente ha una tolleranza e il diametro primitivo dell'ingranaggio ha una tolleranza. Il gioco compensa la combinazione peggiore di queste tolleranze senza causare interferenze tra i denti: il gioco minimo è progettato per superare la somma delle tolleranze peggiori.
Il film d'olio EHL tra i fianchi dei denti non motrici (il lato allentato dell'ingranamento) deve avere spazio libero per impedire che l'olio venga spremuto fuori sotto la pressione del fianco a riposo. Ad alta velocità ingranaggio elicoidale Nei sistemi di trasmissione, un gioco insufficiente sul lato allentato può creare oscillazioni di pressione del film d'olio che contribuiscono alla rumorosità.
Le piccole particelle di usura e le particelle di contaminazione presenti nell'olio degli ingranaggi devono poter attraversare la zona del fianco senza contatto senza bloccarsi. Gli ingranaggi con gioco molto stretto sono soggetti a blocchi indotti da particelle che creano carichi d'impatto quando la particella viene espulsa: ecco perché un gioco stretto è fondamentale. ingranaggio elicoidale Le applicazioni richiedono anche una filtrazione dell'olio molto fine.
Come si controlla il gioco interdentale: spessore del dente e distanza tra i centri
Reazione negativa in un ingranaggio elicoidale La coppia è determinata da due variabili indipendenti: lo spessore del dente di ciascun ingranaggio (misurato nel piano normale come spessore normale della corda del dente s_n) e la distanza effettiva tra i centri alla quale la coppia è assemblata. La relazione tra queste e il gioco risultante è:
j_n = (s_n_nominale − s_n_pignone_effettivo − s_n_ingranaggio_effettivo) × cos α_n
In pratica, il gioco viene controllato principalmente specificando lo spessore del dente deviazione rispetto al valore nominale, rendendo i denti dell'ingranaggio leggermente più sottili dello spessore nominale dell'evolvente ideale. La norma DIN 3967 fornisce un sistema standardizzato di classi di tolleranza dello spessore del dente che definiscono di quanto il dente effettivo può essere più sottile rispetto al valore nominale.
Sistema di tolleranza dello spessore del dente DIN 3967
La norma DIN 3967 specifica la tolleranza dello spessore del dente per un ingranaggio elicoidale come due deviazioni dallo spessore nominale del dente: la deviazione superiore A_s (quanto è più sottile del nominale lo spessore massimo consentito del dente) e la deviazione inferiore A_i (quanto è più sottile il minimo). Entrambe A_s e A_i sono negative (il dente effettivo è sempre più sottile del nominale per garantire il gioco). La tolleranza dello spessore del dente T_s = A_s − A_i.
| Classe DIN 3967 | Descrizione | Intervallo tipico di j_n (a Mn=5, α_n=20°) | Applicazione |
|---|---|---|---|
| d (molto grande) | Ampio margine di gioco | 0,30–0,60 mm | Azionamenti industriali pesanti e lenti; ampia oscillazione termica; facilità di montaggio |
| e (grande) | Forte reazione negativa | 0,20–0,40 mm | Riduttori industriali standard (paranchi per gru, nastri trasportatori, pompe) |
| f (normale) | normale reazione | 0,14–0,28 mm | Macchinari generici, riduttori standard in carter chiuso: la specifica più comune |
| g (stretto) | Reazione più ristretta | 0,08–0,18 mm | Macchinari di precisione, macchine utensili (assi non di posizionamento) |
| h (stretto) | Stretto — da zero a minimo | 0,00–0,10 mm | Assi di posizionamento CNC, tavole rotanti, azionamenti di registro per macchine da stampa, applicazioni servoassistite con inversione di marcia |
Gioco standard vs gioco stretto: quando ciascuno è appropriato
Dettaglio del dente dell'ingranaggio elicoidale: il gioco è lo spazio sui fianchi non motori (lato allentato) quando i fianchi motori sono a contatto. È determinato dallo spessore effettivo del dente rispetto a quello nominale, misurato come spessore normale della corda del dente s_n sul cerchio primitivo.
Gioco standard (DIN 3967 Classe e/f) — Trasmissioni di potenza
Il gioco standard (classe e o f in DIN 3967) è la specifica corretta per la stragrande maggioranza di ingranaggio elicoidale Trasmissioni di potenza: gru, nastri trasportatori, compressori, pompe, ventilatori e riduttori chiusi in generale. Nella classe f (normale), il gioco di circa 0,1-0,25 mm fornisce un'adeguata distanza per la dilatazione termica, compensa le tolleranze di fabbricazione e consente al film lubrificante di funzionare correttamente. Il gioco standard non causa alcun problema operativo nelle trasmissioni unidirezionali o con inversione di marcia poco frequente: il gioco è troppo piccolo per produrre un impatto acustico quando l'inversione è lenta o poco frequente.
Gioco ridotto (Classe DIN 3967 g/h) — Quando conta
È richiesto un gioco ridotto in due categorie di applicazioni specifiche, entrambe coinvolgenti ingranaggio elicoidale coppie che invertono frequentemente la direzione e in cui la precisione della posizione angolare dell'albero di uscita è importante:
- Assi di posizionamento delle macchine utensili a controllo numerico: Gli assi X, Y, Z di una macchina utensile CNC utilizzano azionamenti a cremagliera e pignone o a vite a ricircolo di sfere con ingranaggi elicoidali nel servoriduttore. Qualsiasi gioco nel treno di ingranaggi si manifesta come movimento perso quando l'asse inverte la direzione: il motore si muove attraverso lo spazio di gioco prima che il piano inizi a muoversi, creando un errore di posizionamento pari al gioco diviso per il rapporto di trasmissione dell'utensile. Un gioco di classe g o h (tipicamente j_n = 0,01–0,04 mm per Mn = 2–4 ingranaggi del servoriduttore) limita questo movimento perso al di sotto del valore target di ripetibilità del posizionamento dell'asse (tipicamente ±1–5 µm).
- Azionamenti per macchine da stampa e macchine per l'imballaggio: Le macchine da stampa multicolore richiedono un registro preciso (allineamento colore-colore) a velocità superiori a 10.000 fogli/ora. Qualsiasi gioco negli ingranaggi che azionano i cilindri di stampa produce un errore di registro ciclico alla frequenza di inversione degli azionamenti oscillanti. Il gioco di classe g è standard per gli azionamenti dei cilindri di stampa delle macchine da stampa.
Come si misura la reazione negativa nella pratica
Vengono utilizzati tre metodi pratici per verificare ingranaggio elicoidale reazioni negative nella produzione e nel controllo qualità in entrata:
| Metodo | Come funziona | Ideale per | Limitazione |
|---|---|---|---|
| Analizzatore di ingranaggi (spessore del dente) | Misura la deviazione effettiva dello spessore del dente (A_s, A_i) sull'analizzatore di ingranaggi; calcola il gioco previsto a partire dalle misurazioni di entrambi gli ingranaggi. | Controllo della produzione; controllo in entrata degli ingranaggi sfusi prima dell'assemblaggio | Non tiene conto della variazione effettiva della distanza tra i centri nell'alloggiamento |
| Calibro di piombo (spessore) in maglia | Inserire lo spessimetro tra i fianchi del dente non motore con i fianchi motore a pieno contatto; lo spessore massimo dello spessimetro che passa = gioco | Misurazione sul campo del cambio assemblato; rapida ed economica | Difficile per ingranaggi elicoidali con ampia larghezza della faccia (il calibro deve entrare in contatto lungo tutta la linea di contatto diagonale) |
| Indicatore a quadrante sul bordo dell'ingranaggio | Fissare un ingranaggio; far oscillare l'ingranaggio di accoppiamento avanti e indietro; lettura totale dell'indicatore = gioco al diametro del cerchio primitivo | Riduttore assemblato; misura il gioco di funzionamento effettivo, inclusa la distanza tra i centri dell'alloggiamento. | Richiede l'accesso simultaneo a entrambi i bordi degli ingranaggi; pratico solo su ingranaggi aperti o accessibili. |
Come aumenta il malcontento nel corso della vita utile del prodotto
Come un ingranaggio elicoidale Con il passare del tempo, la coppia di ingranaggi si usura, con la conseguente graduale perdita di materiale sui fianchi dei denti: lo spessore effettivo del dente diminuisce e il gioco aumenta. In un riduttore industriale con fianchi dei denti morbidi (QT HB 280) ben lubrificato, la normale usura aumenta il gioco di circa 0,005-0,020 mm all'anno di funzionamento continuo a carico moderato. Quando il gioco supera circa 3 volte il valore di progetto originale, la rumorosità degli ingranaggi aumenta in genere in modo significativo a causa dell'aumento della forza d'impatto sul lato allentato durante l'inversione del carico, e la sollecitazione di flessione alla base del dente aumenta a causa del sovraccarico dinamico derivante dall'impatto. La misurazione del gioco è quindi un utile parametro di monitoraggio delle condizioni: un aumento del gioco indica un'accelerazione dell'usura e segnala la necessità di un intervento di manutenzione.
Specificare il gioco meccanico in un disegno di ingranaggi elicoidali
Il contraccolpo è specificato su un ingranaggio elicoidale Disegno tramite la notazione della classe di deviazione dello spessore del dente secondo DIN 3967. La notazione di disegno corretta appare nella tabella dati dell'ingranaggio come:
Classe di deviazione dello spessore del dente: DIN 3967 − [classe di gioco][classe di tolleranza]
Esempio: DIN 3967 − ef (classe di gioco e, tolleranza dello spessore del dente f)
I due caratteri specificano: il primo è la classe di gioco (da a a d = grande; e, f = normale; g, h = stretto) e il secondo è la tolleranza dello spessore del dente (quanto è ampia la banda dallo spessore massimo a quello minimo del dente). Specifiche comuni per ingranaggi elicoidali: DIN 3967 − ef (industriale normale), DIN 3967 − fg (industriale di precisione), DIN 3967 − gh (servo/posizionamento).
Korea Ever-Power — Reazioni negative specificate e verificate per ogni ordine
Korea Ever-Power Ground ingranaggio elicoidale — La deviazione dello spessore del dente secondo la norma DIN 3967 viene misurata sull'analizzatore di ingranaggi e riportata nel certificato di ispezione. La conferma della classe di gioco è inclusa come documentazione standard in ogni ordine di precisione.
Korea Ever-Power specifica la corretta classe di gioco DIN 3967 per ogni ingranaggio a taglio elicoidale ordine — conferma della classe appropriata per il tipo di applicazione (trasmissione di potenza standard vs servo di posizionamento) e verifica della deviazione effettiva dello spessore del dente mediante misurazione con analizzatore di ingranaggi. Come diretto produttore di ingranaggi elicoidaliLa classe di gioco è confermata nel certificato di ispezione fornito con ogni ordine.
Domande frequenti
No, la classe di precisione DIN (DIN 3962) e la classe di gioco (DIN 3967) sono specifiche indipendenti. Un ingranaggio può avere una precisione di classe DIN 5 con gioco standard (classe e/f) o una precisione di classe DIN 8 con gioco ridotto (classe g/h). La classe di precisione determina quanto il profilo del dente, l'elica e il passo corrispondano alla geometria ideale; la classe di gioco determina quanto sia sottile il dente effettivo rispetto allo spessore nominale. Entrambe devono essere specificate nel disegno: nessuna implica l'altra.
Quando un ingranaggio elicoidale Quando il riduttore si riscalda, l'alloggiamento si espande, aumentando la distanza tra gli assi. Poiché il gioco j_n ∝ (C − C_design) per un dato spessore del dente, l'aumento di C aumenta il gioco. Anche i denti degli ingranaggi si espandono, ma la distanza tra gli assi dell'alloggiamento cresce in modo proporzionalmente maggiore rispetto ai diametri primitivi degli ingranaggi per un tipico ingranaggio in acciaio in un alloggiamento in ghisa, perché l'alloggiamento ha una lunghezza maggiore alla temperatura di esercizio (200 mm di distanza tra gli assi contro 40 mm di raggio dell'ingranaggio). Ciò significa che il gioco è sempre maggiore alla temperatura di esercizio che al montaggio a freddo, motivo per cui il gioco minimo deve essere progettato alla temperatura di esercizio e non al montaggio a freddo.
Un gioco zero vero non è raggiungibile in un singolo standard ingranaggio elicoidale coppia a causa delle tolleranze di fabbricazione e dei requisiti di dilatazione termica. Cosa è realizzabile: anti-gioco ingranaggio elicoidale Coppie che utilizzano un precarico assiale a molla per eliminare il gioco: un ingranaggio è diviso assialmente in due e una molla spinge una metà contro l'ingranaggio corrispondente per eliminare il gioco sul lato allentato. Questo approccio consente di ottenere un gioco quasi nullo per applicazioni di posizionamento, a costo di una maggiore usura dei fianchi dei denti dovuta alla forza di precarico costante e di una maggiore perdita di coppia motrice per attrito di precarico.
Per la maggior parte delle trasmissioni di potenza industriali generali ingranaggio elicoidale Per le sostituzioni di componenti come paranchi per gru, azionamenti per nastri trasportatori, riduttori per pompe e azionamenti per ventilatori, è appropriata la classe DIN 3967 e (grande) o f (normale). La classe e è preferibile quando l'alloggiamento originale del riduttore è usurato e la distanza tra gli assi effettiva è leggermente maggiore di quella nominale (offrendo un margine di gioco inferiore rispetto a quello che fornirebbe un alloggiamento nuovo). La classe f è standard per gli alloggiamenti nuovi e gli ingranaggi di ricambio in alloggiamenti in buone condizioni. Specificare la classe g o h solo se l'applicazione è confermata come servoazionamento o azionamento di posizionamento: un gioco inferiore al necessario crea difficoltà di montaggio e usura accelerata senza alcun vantaggio operativo.
Specificare la corretta classe di gioco per il proprio ingranaggio elicoidale
Fornite il tipo di applicazione, l'intervallo di temperatura di esercizio e specificate se l'azionamento inverte la direzione sotto carico. Ever-Power Korea conferma la corretta classe di gioco DIN 3967, la specifica sul disegno di produzione e verifica la deviazione effettiva dello spessore del dente mediante misurazione con analizzatore di ingranaggi per ogni ordine.
DIN 3967 classi da a a h · Misurazione dello spessore dei denti con analizzatore di ingranaggi · Certificato di gioco · Quantità minima d'ordine: 1 pezzo
Redattore: Cxm
