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Tipi di unità a ingranaggi e relativa applicazione – Trasmissione a ingranaggi e ingranaggi a catena

In questo articolo presentiamo vari tipi di unità a ingranaggi e spieghiamo le loro aree di applicazione. Le unità a ingranaggi sono componenti indispensabili in molte macchine e veicoli. Consentono la trasmissione di coppia e velocità tra l’albero di ingresso e l’albero di uscita, garantendo una trasmissione ottimale della potenza.

Tipi di trasmissioni a ingranaggi

Le trasmissioni a ingranaggi sono una forma di trasmissione di potenza utilizzata comunemente nei sistemi meccanici. Esistono diversi tipi di trasmissioni a ingranaggi che vengono utilizzati a seconda dell’applicazione e della funzionalità desiderata.

Tutti i tipi di unità a ingranaggi elencati hanno in comune il fatto che il loro compito principale è convertire le velocità e le coppie del motore, vale a dire per effettuare un cambiamento delle velocità e delle coppie del motore tra l’ingresso e l’uscita per mezzo del design e dei componenti utilizzati.

Ingranaggio cilindrico
Ruota dentata conica
Ingranaggio a vite senza fine

Ingranaggio cilindrico

Gli ingranaggi cilindrici sono una forma di ingranaggi volventi e sono un mezzo diffuso per realizzare le attività menzionate in precedenza in un’unica applicazione grazie al loro design semplice. Gli assi su cui sono montati gli ingranaggi cilindrici (con sistemi a denti esterni o interni) sono allineati paralleli tra loro. La dentatura degli ingranaggi cilindrici inclusi è sviluppata come sistemi a denti diritti o elicoidali. In questo caso gli ingranaggi cilindrici possono essere costituiti da un albero di ingresso e da uno o più alberi di uscita. Questi sono indicati come ingranaggi cilindrici a singolo stadio o multistadio.

Gli ingranaggi cilindrici tipicamente consentono un rapporto di trasmissione di i ≤ 6, che tuttavia può essere aumentato ulteriormente da un design multistadio. Inoltre gli ingranaggi cilindrici si distinguono per una produzione economica, una robustezza elevata e un’efficienza alta.

Esempio di applicazione

In questa applicazione un pezzo in lavorazione viene trasferito da un trasportatore al processo successivo, ruotando il pezzo di 180° su un altro trasportatore.

1) Innanzitutto il braccio ruota di 90° il pezzo in lavorazione.
2) Quindi le aste ruotano di 90° il dispositivo di presa.

Fai clic qui per saperne di più su questa applicazione e per visualizzarla sotto forma di animazione.

Ruota dentata conica

Come gli ingranaggi cilindrici le ruote dentate coniche classiche appartengono al gruppo degli ingranaggi volventi. Le ruote dentate coniche sono costituite da una ruota dentata conica più grande chiamata corona dentata e da una ruota dentata conica più piccola chiamata pignone. Nelle ruote dentate coniche semplici le punte coniche della corona dentata e del pignone convergono in un unico punto di intersezione. Le loro caratteristiche principali consistono nel fatto che gli assi su cui sono montati gli ingranaggi non sono disposti in parallelo, ma sono inclinati uno rispetto all’altro (spesso con un angolo di 90°). Ciò consente di ottenere una deviazione della forza trasmessa usando le ruote dentate coniche.

Questa proprietà è diversa se la corona dentata è progettata come ruota piatta, vale a dire che il suo angolo parziale del cono è vicino a 90°. In questo caso, a causa delle diverse velocità circonferenziali, non è più possibile ottenere una deviazione di 90° quando si utilizza una ruota dentata conica come pignone. Se questa deviazione è ancora auspicabile, le corone dentate possono essere utilizzate in combinazione con semplici ruote cilindriche a denti diritti.

In alcuni casi può essere necessario trasferire e deviare i movimenti rotanti tra assi che non hanno un punto di intersezione comune. A questo scopo possono essere utilizzate le ruote dentate coniche a vite (definite anche "ingranaggi ipoidi"). Negli ingranaggi ipoidi il comportamento di rotolamento del pignone passa da un movimento di rotolamento a un movimento di avvitamento in cui i fianchi dei denti scivolano uno contro l’altro.

Ingranaggio a vite senza fine

Gli ingranaggi a vite senza fine sono costituiti da una vite senza fine e da una ruota elicoidale e appartengono al gruppo degli ingranaggi a vite. Gli ingranaggi a vite sono caratterizzati da rapporti di trasmissione elevati fino a i ≤ 40 e, in condizioni determinate, hanno una funzione autobloccante, che può essere utilizzata per varie applicazioni.

Tuttavia, a causa dell’elevato attrito di scorrimento tra la vite senza fine e la ruota elicoidale, gli ingranaggi a vite senza fine hanno un’efficienza inferiore rispetto ad altri tipi di trasmissione. L’attrito di scorrimento elevato comporta anche il fatto che durante la selezione dei componenti è necessario garantire accoppiamenti di materiali idonei e una lubrificazione efficiente.

Esempio di applicazione

L’ingranaggio a vite senza fine e la ruota elicoidale sono alimentati dal motore e la bobina all’estremità dell’albero avvolge il filo.

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Cintura dentata e ingranaggio a catena

Un ingranaggio a catena è costituito da due o più ruote dentate o pulegge dentate collegate tra loro per mezzo di una catena circonferenziale o di una cinghia dentata. Il movimento di una ruota dentata (ruota di ingresso) mette in movimento la catena o la cinghia dentata e pertanto anche l’altra ruota dentata (ruota di uscita).

Il principio della trasmissione a catena consente la trasmissione di potenza su distanze più lunghe e offre la possibilità di variare velocità e coppie a seconda dei rapporti dimensionali delle ruote dentate.

Per esempio:

Sistemi trasportatori: Gli ingranaggi a catena sono usati in applicazioni industriali per trasportare i materiali su distanze più lunghe.
Macchine utensili: Gli ingranaggi a catena possono essere usati nelle macchine utensili per consentire un movimento o un posizionamento preciso dei pezzi in lavorazione o degli utensili.

Esempio di applicazione

Un sistema trasportatore motorizzato che utilizza un sistema di rulli, ruote motrici e cinghie dentate.

I rulli sono azionati da ingranaggi a catena, vale a dire da cinghie dentate e pulegge dentate.
Ciascuno dei rulli è dotato di un O-ring per realizzare un contatto buono con i lati e gli angoli della scheda a circuito stampato in vetro.

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Tipi di ruote dentate

Per comprendere i diversi tipi di unità a ingranaggi, è importante considerare i diversi tipi di ruote dentate. Di seguito presentiamo i diversi tipi di ruote dentate e le loro caratteristiche speciali.

Ruote dentate a denti diritti
Cremagliere
Ruote dentate coniche
Alberi a vite senza fine

In molti casi sono indispensabili i giunti di compensazione. Garantiscono un trasferimento uniforme di potenza tra le ruote dentate e compensano eventuali tolleranze: ciò aumenta significativamente la vita utile di tutti i componenti.

Ruote dentate a denti diritti

Le ruote dentate a denti diritti sono la forma più utilizzata di ruote dentate, in cui la dentatura si trova sulla circonferenza della ruota dentata cilindrica.

Ingranaggi cilindrici con ruote dentate

Gli ingranaggi cilindri con denti esterni hanno una dentatura circonferenziale allineata esternamente. Nel caso di due ingranaggi cilindri con denti esterni interbloccati il senso di rotazione cambia quando il movimento rotante viene trasferito dalla ruota dentata motrice alla ruota dentata condotta.

Ingranaggi cilindrici con ruote dentate

Per gli ingranaggi cilindrici con denti interni, chiamati anche ruote dentate cave, la dentatura circonferenziale è allineata internamente.

Al contrario del caso della combinazione di due Ingranaggi cilindrici con ruote dentate, quando si combina un ingranaggio cilindrico con denti interni con un ingranaggio cilindrico con denti esterni, non cambia il senso di rotazione della ruota dentata condotta.

Il design speciale può realizzare anche una disposizione salvaspazio delle ruote dentate, riducendo la distanza assiale. Un’altra caratteristica speciale della dentatura interna è il design concavo dei fianchi dei denti, che aumenta la superficie di contatto, riducendo pertanto l’usura quando combinata con una dentatura convessa.

Cremagliere

Le cremagliere possono essere considerate una forma speciale degli ingranaggi cilindrici, che hanno una larghezza di qualsiasi dimensione. Sono costituiti da una cremagliera a cui è collegata una dentatura senza curvatura. Le cremagliere traducono il movimento rotante di un ingranaggio cilindrico con denti esterni in un movimento lineare.

È possibile anche il caso inverso: le cremagliere traducono il loro movimento lineare in un movimento rotante di un ingranaggio cilindrico con denti esterni.

Esempio di applicazione

Per sollevare e abbassare diversi sollevatori con un cilindro ad aria.

In questa applicazione è necessario un solo azionamento per spostare contemporaneamente diversi sollevatori in un’unica operazione continua (su e giù).

1) L’unità con cilindro ad aria salvaspazio (gialla, all’estrema destra dell’immagine) esegue un movimento lineare e sposta avanti e indietro la cremagliera.
2) Il movimento lineare della cremagliera (pignone) sposta gli ingranaggi cilindrici anteriori.
3) Gli ingranaggi cilindrici anteriori eseguono un movimento rotante e trasferiscono la forza agli ingranaggi cilindrici posteriori per mezzo degli assali.
4) Gli ingranaggi cilindrici posteriori si innestano nella cremagliera posteriore dei sollevatori. Traducono il movimento rotante in un movimento lineare.

Fai clic qui per saperne di più su questa applicazione e per visualizzarla sotto forma di animazione.

Ruote dentate coniche

Le ruote dentate coniche hanno un design conico, in cui la dentatura si trova sul lato esterno del cono (superficie esterna).

La dentatura delle ruote dentate coniche può essere progettata come dentatura diritta o a spirale.

Alberi a vite senza fine

Gli alberi a vite senza fine (in breve "viti senza fine") si presentano insieme alle ruote elicoidali negli ingranaggi a vite senza fine. L’albero a vite senza fine ha una filettatura elicoidale che si innesta nella dentatura delle ruote elicoidali.

Gli ingranaggi a vite senza fine sono caratterizzati da rapporti di trasmissione elevati e possono avere una funzione autobloccante in condizioni determinate, che può essere utilizzata per varie applicazioni. Tuttavia, a causa dell’attrito di scorrimento elevato tra la vite senza fine e la ruota elicoidale, gli ingranaggi a vite senza fine hanno un’efficienza inferiore rispetto ad altri tipi di unità a ingranaggi.

L’albero a vite senza fine è una modifica della dentatura elicoidale, in cui uno o più denti a spirale (ingranaggio) vengono introdotti nell’albero.

Tipi di dentatura

Il tipo di dentatura ha una grande influenza sull’efficienza dell’unità a ingranaggi e sulle forze che si presentano durante il funzionamento in un’applicazione successiva. A seconda dell’applicazione forme differenti di dentatura possono essere il mezzo scelto.

Dentatura diritta
Dentatura elicoidale
Doppia dentatura elicoidale

Dentatura diritta

La dentatura dritta è il tipo più semplice di opzioni di dentatura, in cui i denti nel caso degli ingranaggi cilindrici sono disposti in parallelo rispetto all’asse di rotazione della ruota dentata. Questa forma di dentatura è economica nella produzione e rappresenta una variante diffusa della dentatura.

Nel caso della dentatura diritta fino a 3 denti vengono ingranati simultaneamente con una controruota, distribuendo il carico su più denti. Con ruote dentate diritte l’intera larghezza del fianco del dente si ingrana contemporaneamente quando vengono trasferite le forze motrici, aumentando lo sviluppo del rumore e l’usura rispetto alla dentatura elicoidale.

Dentatura elicoidale

Nel caso della dentatura elicoidale (per esempio, ingranaggio cilindrico elicoidale) i denti sono inclinati rispetto all’asse di rotazione della ruota dentata. Ciò aumenta il rapporto di contatto, vale a dire il rapporto tra la lunghezza del contatto e il passo della ruota dentata. Ciò ha un effetto positivo sul funzionamento fluido e sulla resistenza all’usura, consentendo di ottenere velocità più elevate.

Rispetto alla dentatura diritta questo design è più costoso da produrre e si devono assorbire le forze assiali che si presentano durante il funzionamento.

Una forma speciale di dentatura elicoidale è il sistema di ingranaggi curvo. Oltre alla disposizione angolare i singoli denti descrivono un percorso curvo lungo il centro del dente, che comporta un aumento ulteriore del rapporto di contatto e dei vantaggi associati.

Doppia dentatura elicoidale

Nel caso della doppia dentatura elicoidale (chiamata anche dentatura a spina di pesce o dentatura a doppia elica), la circonferenza della ruota dentata è divisa in una metà sinistra e una destra.

Questo design complesso è relativamente costoso in termini di costi di produzione, ma combina i vantaggi delle varianti di dentatura menzionate in precedenza e ciò consente un alto livello di funzionamento fluido e resistenza all’usura.