L'importanza del gioco angolare: perché i sistemi di trasmissione a ingranaggi devono prevedere un certo gioco?

Nella progettazione e nella produzione dei sistemi di trasmissione a ingranaggi, il gioco è un parametro ingegneristico fondamentale. Indica il piccolo spazio tra i profili dei denti degli ingranaggi accoppiati. Che si tratti di un riduttore epicicloidale, di un riduttore a vite senza fine o di un riduttore a ingranaggi paralleli, tutti i tipi di dispositivi di trasmissione richiedono un'impostazione adeguata del gioco in base alle effettive condizioni di utilizzo. Questo articolo analizzerà in modo sistematico le cinque ragioni principali del gioco negli ingranaggi e ne esaminerà l'impatto specifico sui diversi tipi di riduttori.

1. L'inevitabilità fisica della dilatazione termica: l'influenza dei materiali e della temperatura

Durante il funzionamento degli ingranaggi, l'attrito e il carico generano calore, causando la dilatazione termica degli ingranaggi e della scatola ingranaggi. Materiali diversi hanno differenti coefficienti di dilatazione termica; ad esempio, le velocità di espansione delle scatole in lega di alluminio e degli ingranaggi in acciaio differiscono in modo significativo. Pertanto, le variazioni dimensionali devono essere considerate durante la fase di progettazione.

1.1 Risposta alla dilatazione in condizioni di alta temperatura

In ambienti industriali ad alta temperatura o in scenari di funzionamento continuo, la temperatura dei riduttori servo o dei riduttori per motori elettrici può aumentare notevolmente. Se viene adottata una progettazione a gioco nullo, a seguito della dilatazione termica, gli ingranaggi perderanno completamente lo spazio operativo, causando una compressione diretta delle superfici dei denti, un forte aumento dell'attrito e, infine, il bloccaggio o addirittura il danneggiamento delle superfici dentate. Pertanto, il gioco è una necessità fisica per far fronte alla dilatazione termica.

2. La condizione necessaria per la lubrificazione: lo spazio richiesto per la formazione del film d'olio

Il film lubrificante tra le superfici degli ingranaggi svolge un ruolo importante nell'isolare il contatto diretto metallo su metallo e nel ridurre l'usura e il rumore. Il gioco laterale fornisce lo spazio necessario affinché l'olio lubrificante penetri nella zona di ingranamento e formi un film idrodinamico sufficientemente spesso.

2.1 Requisiti di lubrificazione dei diversi riduttori di velocità

I riduttori angolari e i riduttori con ingranaggi conici presentano percorsi di lubrificazione complessi a causa degli assi degli ingranaggi incidenti, richiedendo l'utilizzo dello spazio ridotto creato dal gioco per guidare l'olio lubrificante a distribuirsi su tutta la superficie dei denti. I riduttori montati sull'albero sono generalmente utilizzati in ambienti polverosi, e il loro design di tenuta e il gioco devono essere considerati congiuntamente per prevenire perdite d'olio garantendo al contempo una lubrificazione interna adeguata.

3. Requisiti ingegneristici per montaggio e manutenzione: operabilità e durata

I sistemi di ingranaggi richiedono montaggio in loco, ispezione regolare e manutenzione. Un design a gioco nullo rende il montaggio estremamente difficile, a volte richiedendo attrezzi specializzati e un ambiente di assemblaggio con temperatura rigorosamente controllata, aumentando notevolmente i costi di installazione e manutenzione.

3.1 Considerazioni pratiche per i processi di assemblaggio

Per i riduttori a vite senza fine montati sull'albero o per i riduttori di piccole dimensioni, lo spazio disponibile per l'installazione è solitamente limitato e le posizioni relative tra gli ingranaggi potrebbero dover essere regolate durante il montaggio. Un gioco ragionevole permette agli ingranaggi di "fluttuare" leggermente, facilitando l'allineamento e l'installazione in condizioni operative senza richiedere una precisione di montaggio estremamente elevata.

3.2 Comodità della manutenzione e della rigegrazione

I sistemi a ingranaggi possono richiedere lo smontaggio per ispezioni, sostituzione degli ingranaggi o rabbocco del lubrificante durante la loro vita utile. La presenza di gioco rende lo smontaggio e il rimontaggio più agevoli. Ad esempio, durante la manutenzione di riduttori a vite senza fine o di riduttori conici, i tecnici possono separare più facilmente le parti in presa per ispezionarle o sostituirle, senza danneggiare le superfici dei denti a causa di un serraggio eccessivo.

4. Considerazioni specifiche sul gioco in diversi tipi di riduttori

4.1 W riduttore a vite senza fine

A causa delle loro caratteristiche di ingranamento scorrevole, i riduttori a vite senza fine generano una quantità significativa di calore durante il funzionamento, e l'albero della vite è soggetto a deformazioni per flessione. Il loro gioco è tipicamente maggiore rispetto ad altri tipi di riduttori, al fine di accomodare contemporaneamente l'espansione termica, i requisiti di lubrificazione e la deformazione elastica. Nei riduttori a vite senza fine ad angolo retto utilizzati per trasmissioni direzionali nello spazio, deve essere inoltre considerata la deformazione torsionale del corpo sotto carico in relazione alla riduzione del gioco.

4.2 riduttore a ingranaggi paralleli e riduttore in linea

I riduttori a ingranaggi paralleli e i riduttori in linea hanno alberi dei ruotismi paralleli, il che li rende relativamente semplici da produrre e assemblare. Il loro gioco tiene principalmente conto dell'aumento di temperatura, della deformazione sotto carico e dei requisiti di lubrificazione. Nelle applicazioni di riduttori variabili, il gioco deve inoltre essere compatibile con le caratteristiche dinamiche del meccanismo di variazione di velocità per evitare urti o vibrazioni.

Lo spazio laterale è l'arte dell'ingegneria dei sistemi

La regolazione del gioco degli ingranaggi non è un parametro isolato, ma una sintesi completa di scienza dei materiali, termodinamica, meccanica dei fluidi, produzione meccanica e ingegneria applicata. Dai riduttori a vite senza fine ai riduttori planetari, dai riduttori ad angolo retto ai riduttori a sbalzo, ogni tipo di riduttore richiede un valore di gioco personalizzato in base al suo specifico ambiente operativo, alle caratteristiche del carico, ai requisiti di precisione e alla durata prevista.