Ingranaggi a spirale per azionamenti ad angolo retto e a destra

Gli ingranaggi a spirale sono utilizzati nei sistemi meccanici per trasmettere la coppia. L'ingranaggio conico è un tipo particolare di ingranaggio a spirale. È costituito da due ingranaggi che si ingranano tra loro. Entrambi gli ingranaggi sono collegati da un cuscinetto. I due ingranaggi devono essere allineati in modo che la spinta negativa li spinga l'uno contro l'altro. Se si verifica un gioco assiale nel cuscinetto, l'ingranamento non avrà gioco. Inoltre, la progettazione dell'ingranaggio a spirale si basa sulla forma geometrica dei denti.

Equazioni per ingranaggi a spirale

La teoria della divergenza richiede che i raggi del cono primitivo del pignone e della ruota dentata siano inclinati in direzioni diverse. Ciò si ottiene aumentando la pendenza della superficie convessa del dente della ruota dentata e diminuendo la pendenza della superficie concava del dente del pignone. Il pignone è una ruota ad anello con un foro centrale e una pluralità di assi trasversali disassati rispetto all'asse dei denti a spirale.
Gli ingranaggi conici a spirale presentano un fianco del dente elicoidale. La spirale è coerente con la curva di taglio. L'angolo di spirale b è uguale all'elemento della genatrice del cono primitivo. L'angolo di spirale medio bm è l'angolo tra l'elemento della genatrice e il fianco del dente. Le equazioni nella Tabella 2 sono specifiche per gli ingranaggi Spread Blade e Single Side di Gleason.
L'equazione del fianco del dente di un ingranaggio conico a spirale logaritmica viene derivata utilizzando il meccanismo di formazione dei fianchi del dente. La forza di contatto tangenziale e l'angolo di pressione normale dell'ingranaggio conico a spirale logaritmica sono risultati essere rispettivamente di circa venti gradi e 35 gradi. Questi due tipi di equazioni del moto sono stati utilizzati per risolvere i problemi che si presentano nella determinazione della stazionarietà della trasmissione. Sebbene la teoria dell'ingranamento degli ingranaggi conici a spirale logaritmica sia ancora agli albori, essa fornisce un buon punto di partenza per comprenderne il funzionamento.
Questa geometria presenta diverse soluzioni. Tuttavia, le due principali sono definite dall'angolo di base della ruota dentata e del pignone e dal diametro della ruota elicoidale. Quest'ultimo è un vincolo difficile da definire. Come riferimento viene utilizzato uno schizzo 3D di un dente di ingranaggio conico. I raggi del profilo dello spazio tra i denti sono definiti da vincoli sui punti finali posizionati sugli angoli inferiori dello spazio tra i denti. Quindi, i raggi del dente dell'ingranaggio sono determinati dall'angolo.
La distanza conica Am di un ingranaggio a spirale è anche nota come geometria del dente. La distanza conica deve essere correlata alle varie sezioni del percorso di taglio. L'intervallo della distanza conica Am deve essere correlabile con l'angolo di pressione dei fianchi. I raggi di base di un ingranaggio conico non devono essere definiti, ma questa geometria deve essere considerata se l'ingranaggio conico non ha un offset ipoide. Quando si sviluppa la geometria del dente di un ingranaggio conico a spirale, il primo passo è convertire la terminologia da ingranaggio a pignone.
Il sistema standard è più conveniente per la produzione di ingranaggi elicoidali. Inoltre, gli ingranaggi elicoidali devono avere lo stesso angolo di elica. Gli ingranaggi elicoidali con senso di rotazione opposto devono ingranare tra loro. Analogamente, gli ingranaggi a vite senza fine con profilo modificato richiedono un ingranamento più complesso. Questa coppia di ingranaggi può essere realizzata in modo simile a un ingranaggio cilindrico a denti dritti. I calcoli per l'ingranamento degli ingranaggi elicoidali sono riportati nella Tabella 7-1.

Progettazione di ingranaggi conici a spirale

Un progetto proposto per ingranaggi conici a spirale utilizza un metodo di mappatura funzione-forma per determinare la geometria della superficie del dente. Questo modello solido viene quindi testato con un metodo di deviazione superficiale per verificarne l'accuratezza. Rispetto ad altri tipi di ingranaggi ad angolo retto, gli ingranaggi conici a spirale sono più efficienti e compatti. Gli ingranaggi di CZPT Gear Company sono conformi agli standard AGMA. Un set di ingranaggi conici a spirale di qualità superiore raggiunge un'efficienza 99%.
Viene proposto e analizzato un sistema di ingranaggi conici a spirale basato su elementi geometrici. Questo approccio garantisce un'elevata resistenza di contatto ed è insensibile al disallineamento dell'angolo dell'albero. Gli elementi geometrici degli ingranaggi conici a spirale vengono modellati e discussi. Vengono analizzati i modelli di contatto e l'effetto del disallineamento sulla capacità di carico. Inoltre, viene realizzato un prototipo del sistema e vengono condotti test di rotolamento per verificarne la precisione.
I tre elementi base di un ingranaggio conico a spirale sono la coppia pignone-ingranaggio, gli alberi di ingresso e di uscita e il fianco ausiliario. Gli alberi di ingresso e di uscita sono soggetti a torsione, la coppia pignone-ingranaggio presenta rigidità torsionale e l'elasticità del sistema è ridotta. Questi fattori rendono gli ingranaggi conici a spirale ideali per l'impatto di ingranamento. Per migliorare l'impatto di ingranamento, viene sviluppato un modello matematico utilizzando i parametri dell'utensile e le impostazioni iniziali della macchina.
Negli ultimi anni, sono stati compiuti diversi progressi nella tecnologia di produzione per realizzare ingranaggi conici a spirale ad alte prestazioni. Ricercatori come Ding et al. hanno ottimizzato le impostazioni della macchina e i profili delle lame di taglio per eliminare il contatto tra i bordi dei denti, ottenendo così ingranaggi conici a spirale di grandi dimensioni e di elevata precisione. Questo processo è tuttora utilizzato per la produzione di ingranaggi conici a spirale. Se siete interessati a questa tecnologia, continuate a leggere!
La progettazione degli ingranaggi conici a spirale è complessa e intricata, e richiede l'abilità di macchinisti esperti. Gli ingranaggi conici a spirale rappresentano lo stato dell'arte per il trasferimento di potenza da un sistema all'altro. Sebbene un tempo la loro produzione fosse complessa, oggi sono comuni e ampiamente utilizzati in numerose applicazioni. Di fatto, gli ingranaggi conici a spirale sono considerati lo standard di riferimento per la trasmissione di potenza ad angolo retto. Mentre le macchine convenzionali per ingranaggi conici possono essere utilizzate per produrre ingranaggi conici a spirale, la produzione di ingranaggi conici doppi è molto complessa. Il set di ingranaggi conici doppi a spirale non è lavorabile con le macchine tradizionali. Di conseguenza, sono stati sviluppati nuovi metodi di produzione. È stato utilizzato un metodo di produzione additiva per creare un prototipo di un set di ingranaggi conici doppi a spirale, e seguirà la realizzazione di un centro di lavoro CNC multiasse.
Gli ingranaggi conici a spirale sono componenti fondamentali per elicotteri e motori aerospaziali. La loro durata, resistenza e prestazioni di ingranamento sono cruciali per la sicurezza. Molti ricercatori si sono rivolti agli ingranaggi conici a spirale per affrontare queste problematiche. Una delle sfide consiste nel ridurre la rumorosità, migliorare l'efficienza di trasmissione e aumentarne la durata. Per questo motivo, gli ingranaggi conici a spirale possono avere un diametro inferiore rispetto agli ingranaggi conici a denti dritti. Se siete interessati agli ingranaggi conici a spirale, consultate questo articolo.

Limitazioni alle forme dentali ottenute geometricamente

Le forme geometriche dei denti di un ingranaggio a spirale possono essere calcolate da un problema di programmazione non lineare. L'approccio del dente Z è l'errore di spostamento lineare lungo la normale di contatto. Può essere calcolato utilizzando la formula data nell'Eq. (23) con alcuni parametri aggiuntivi. Tuttavia, il risultato non è accurato per piccoli carichi perché il rapporto segnale/rumore del segnale di deformazione è basso.
Le forme dei denti ottenute geometricamente possono portare a forme di contatto lineari e puntuali. Tuttavia, presentano dei limiti quando i corpi dei denti invadono la forma geometrica ottenuta. Questo fenomeno è chiamato interferenza dei profili dei denti. Sebbene questo limite possa essere superato con diversi altri metodi, le forme dei denti ottenute geometricamente sono limitate dall'ingranamento e dalla resistenza dei denti. Possono essere utilizzate solo quando l'ingranamento dell'ingranaggio è adeguato e il movimento relativo è sufficiente.
Durante la misurazione del profilo del dente, la posizione relativa tra l'ingranaggio e il sistema LTS cambierà costantemente. La superficie di montaggio del sensore dovrebbe essere parallela all'asse di rotazione. L'orientamento effettivo del sensore potrebbe differire da questo ideale. Ciò può essere dovuto alle tolleranze geometriche del supporto dell'albero dell'ingranaggio e della piattaforma. Tuttavia, questo effetto è minimo e non rappresenta un problema serio. Pertanto, è possibile ottenere le forme geometriche dei denti degli ingranaggi a spirale senza dover ricorrere a costose procedure sperimentali.
Il processo di misurazione delle forme geometriche dei denti di un ingranaggio a spirale si basa su un profilo a evolvente ideale generato dalle misurazioni ottiche di un'estremità dell'ingranaggio. Si presume che questo profilo sia pressoché perfetto in base all'orientamento generale del sistema di trasmissione a bassa velocità (LTS) e all'asse di rotazione. Sono presenti piccole deviazioni negli angoli di beccheggio e imbardata. I limiti inferiore e superiore sono determinati rispettivamente a -10 e -10 gradi.
La forma dei denti di un ingranaggio a spirale deriva dalla dentatura a denti dritti di ricambio. Tuttavia, la forma del dente di un ingranaggio a spirale è ancora soggetta a diverse limitazioni. Oltre alla forma del dente, anche il diametro primitivo influenza il gioco angolare. I valori di questi due parametri variano per ogni ingranaggio in presa. Sono correlati dal rapporto di trasmissione. Una volta compreso questo, è possibile creare un ingranaggio con una forma del dente corrispondente.
Poiché la lunghezza e il passo di base trasversale di un ingranaggio a spirale sono identici, l'angolo di elica di ciascun profilo è uguale. Questo è fondamentale per l'ingranamento. Un passo di base imperfetto determina una distribuzione non uniforme del carico tra i denti dell'ingranaggio, con conseguenti carichi superiori a quelli nominali su alcuni denti. Ciò causa vibrazioni modulate in ampiezza e rumore. Inoltre, il punto di contatto tra il raccordo di base e l'evolvente potrebbe essere ridotto o eliminato prima del diametro di punta.

Redattore: CX 2023-11-25