Gli ingranaggi conici a spirali sono di fondamentale importanza nella meccanica ed in particolare nel settore degli organi di trasmissione.
Le coppie coniche permettono infatti la trasmissione del moto tra assi ortogonali, più in generale tra assi concorrenti. Esistono infatti anche applicazioni tra i 10° ed i 120°:
Nella maggior parte dei casi sono utilizzate sui riduttori industriali, laddove esiste la necessità di avere 90° tra ingresso ed uscita.
Principali caratteristiche degli ingranaggi conici
Rispetto agli ingranaggi conici a denti diritti, il maggior ricoprimento (numero di denti contemporaneamente in presa), permette agli ingranaggi spirali di trasmettere potenze superiori a quelle trasmesse dagli ingranaggi a denti diritti di pari dimensioni. Inoltre, l’ingranamento risulta molto più dolce e silenzioso e l’efficienza può arrivare anche al 99%. I rapporti di trasmissione vanno da 1:1 a 1:10 e le velocità periferiche possono arrivare a 130 m/s.
Le coppie coniche sono molto utilizzate anche nel settore automotive, dove sono presenti nei differenziali per trasmettere coppia motrice alle ruote posteriori, permettendo di trasmettere il moto tra l’albero motore, che è longitudinale (nel senso della lunghezza del veicolo) e le ruote. Solitamente in questa applicazione le coppie spirali vengono utilizzate nella loro declinazione “ipoide”, ossia il pignone è disassato ed il prolungamento del suo asse non interseca l’asse corona:
Il motivo dell’utilizzo degli ipoidi anziché degli spirali in questa applicazione è dovuta principalmente a motivi di ingombro, nonché a motivi prestazionali:
Una coppia ipoide infatti, può sopportare carichi sino al 175% più elevati di quelli sopportati da una corrispondente coppia Spirale, dipende dal valore del disassamento. Come rovescio della medaglia, proprio a causa del disassamento che causa strisciamento dei fianchi dente, l’efficienza è leggermente più bassa delle spirali, in genere si arriva al 96%.
Riguardo i materiali da utilizzare negli ingranaggi conici spirali, tutto dipende dall’applicazione. Si può utilizzare la plastica, laddove si richiede leggerezza e i carichi sono bassi, si possono utilizzare acciai da bonifica, laddove non sono presenti applicazioni gravose come ad esempio nei rinvii angolari da azionare a mano. Nella maggior parte dei casi, però, gli ingranaggi conici spirali e ipoidi vengono utilizzati in applicazioni che richiedono carichi importanti per trasmettere potenza e coppia motrice. In questi casi è necessario utilizzare acciai da cementazione (20MnCr5; 18CrNiMo7-6; 17NiCrMo6-4; 16NiCr4), adatti quindi al trattamento termico di Cementazione Tempra e Rinvenimento.
Questo trattamento viene effettuato dopo la dentatura degli ingranaggi e conferisce ai loro denti uno strato superficiale molto duro (58-62 HRC), che permette di sopportare pressioni di contatto elevate ed un cuore più duttile e tenace, in grado di accettare una certa deformazione per flessione sotto carico senza rompersi. Gli acciai da cementazione che si impiegano solitamente sono a basso tenore di carbonio (per poterne assorbire in superficie durante la fase di cementazione, e per restare duttili e tenaci a cuore dopo tempra) e con elementi di lega come Nichel, Cromo, Molibdeno e Manganese.
Questi elementi di lega vengono aggiunti in quanto presentano alcune importanti proprietà, come ad esempio l’aumento della temprabilità, l’aumento della resistenza alla corrosione ed ossidazione, l’aumento della tenacità e della resistenza meccanica alle alte temperature ed innalzano la temperatura di ingrossamento del grano austenitico.
Dopo il trattamento termico, gli ingranaggi spirali vengono rettificati nei fori, gambi e piani per ristabilire la geometria persa durante questo processo. Riguardo invece la finitura dei denti, anche qui dipende dall’applicazione. Normalmente le coppie coniche per il settore industriale vengono rodate, mentre in alcuni casi (velocità periferiche oltre i 40 m/s) conviene rettificare. Con l’aumentare della velocità di rotazione, infatti, aumenta anche la necessità di avere ingranaggi più precisi come divisione. Dato che comunque, in termini di silenziosità, è preferibile il rodaggio, non mancano applicazioni che prevedono prima la rettifica dentatura e poi il rodaggio per eliminare il classico “fischio” provocato dalla direzione di lavoro della mola sul fianco dei denti.
Fondamentale poi, è il corretto dimensionamento della coppia conica in base all’applicazione richiesta.
Ingranaggi a denti conici custom
Moreali, oltre a produrre ingranaggi cilindrici e spirali su custom disegno cliente, è anche in grado di fornire consulenza sulla progettazione e sul diemensionamento corretto della coppia conica spirale o ipoide in base all’applicazione ed alle esigenze più disparate.
Solitamente il cliente fornisce alcuni dati di partenza come:
- Diametro esterno corona
- Rapporto di trasmissione
- Carico e velocità di rotazione nominali (oppure Duty Cycle)
- Durata richiesta
- Sicurezze richieste a “Bending stress”, “Contact stress” e “Grippaggio”
Moreali, utilizzando evoluti Software di calcolo come “GEMS” e “KISSsoft” e le competenze del suo staff tecnico, è in grado di dimensionare efficacemente la coppia in modo da rispettare le specifiche richieste, ottimizzando i contatti sotto carico e considerando anche, se fornite dal cliente, le deflessioni e i disallineamenti dovuti a deformazione scatola e cuscinetti.
E’ infine possibile fornire al cliente il calcolo a normativa ISO o AGMA in modo da trasmettere i risultati ottenuti in maniera univoca ed oggettiva.
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