Smusso ipoide contro smusso a spirale dritta: qual è la differenza?

Gli ingranaggi a spirale sono disponibili in molte varianti, ma esiste una differenza fondamentale tra un ingranaggio conico ipoide e un ingranaggio conico a spirale diritta. Questo articolo descriverà le differenze tra i due tipi di ingranaggi e ne illustrerà l'utilizzo. Che si tratti di applicazioni industriali o domestiche, è fondamentale comprendere la funzione di ciascun tipo e la sua importanza. In definitiva, il prodotto finale dipenderà da queste differenze.

Ingranaggi conici ipoidi

In ambito automobilistico, gli ingranaggi conici ipoidi vengono utilizzati nel differenziale, consentendo alle ruote di ruotare a velocità diverse mantenendo la manovrabilità del veicolo. Questo gruppo di ingranaggi è costituito da una corona dentata e un pignone montati su un portacorona insieme ad altri ingranaggi conici. Questi ingranaggi sono ampiamente utilizzati anche in macchinari pesanti, unità ausiliarie e nell'industria aeronautica. Di seguito sono elencate alcune applicazioni comuni degli ingranaggi conici ipoidi.
Nelle applicazioni automobilistiche, gli ingranaggi ipoidi sono comunemente utilizzati negli assali posteriori, soprattutto sui camion di grandi dimensioni. La loro forma particolare consente di posizionare l'albero di trasmissione più in profondità nel veicolo, abbassando così il baricentro e riducendo al minimo le vibrazioni interne. Questa caratteristica rende gli ingranaggi ipoidi uno dei tipi di riduttore più efficienti sul mercato. Oltre alla loro elevata efficienza, gli ingranaggi ipoidi sono molto facili da manutenere, poiché il loro accoppiamento si basa sul principio dello scorrimento.
Gli ingranaggi ipoidi fresati frontalmente presentano una caratteristica curva epicicloidale lungo il loro asse longitudinale. Il metodo di rettifica più comune per gli ingranaggi ipoidi è il processo di semicompletamento, che utilizza una mola a tazza per sostituire la curva epicicloidale con un arco di cerchio. Tuttavia, questo metodo presenta un notevole svantaggio: produce un'asportazione di materiale non uniforme. Inoltre, la mola non è in grado di rifinire l'intera superficie del dente.
I vantaggi di un ingranaggio ipoide rispetto a un ingranaggio conico a spirale includono un rapporto di contatto più elevato e una coppia di trasmissione maggiore. Questi ingranaggi sono utilizzati principalmente nei sistemi di trasmissione automobilistici, dove il rapporto di trasmissione di una singola coppia di ingranaggi ipoidi è il più elevato. L'ingranaggio ipoide può essere sottoposto a trattamento termico per aumentarne la durata e ridurre l'attrito, risultando quindi la scelta ideale per applicazioni in cui velocità ed efficienza sono fondamentali.
La stessa tecnica utilizzata per gli ingranaggi conici a spirale può essere impiegata anche per gli ingranaggi conici ipoidi. Questa tecnica di lavorazione prevede due passaggi di sgrossatura seguiti da un passaggio di finitura. Il diametro primitivo degli ingranaggi ipoidi può arrivare fino a 2500 mm. È possibile combinare le operazioni di sgrossatura e finitura utilizzando lo stesso utensile, ma per gli ingranaggi ipoidi si raccomanda il processo di lavorazione a due passaggi.
I vantaggi degli ingranaggi ipoidi rispetto agli ingranaggi conici a spirale si basano principalmente sulla precisione. L'utilizzo di un ingranaggio ipoide con un gioco di soli tre minuti d'arco è più efficiente di un ingranaggio conico a spirale che ne richiede sei. Questo rende gli ingranaggi ipoidi una scelta più valida nel mercato del controllo del movimento. Tuttavia, alcuni potrebbero obiettare che gli ingranaggi ipoidi non siano pratici per gli assemblaggi automobilistici.
Gli ingranaggi ipoidi hanno una forma unica: un cono con denti non paralleli. La loro superficie primitiva è composta da due superfici: una superficie conica e una superficie di contatto lineare di rivoluzione. Un cono inscritto è un sostituto comune per la superficie di contatto lineare degli ingranaggi conici ipoidi e presenta contatti puntiformi anziché lineari. Sviluppati all'inizio degli anni '20, gli ingranaggi conici ipoidi sono ancora utilizzati nelle trasmissioni dei camion pesanti. Con la crescente popolarità, trovano sempre più impiego anche nei settori della trasmissione di potenza industriale e del controllo del movimento.

Ingranaggi conici a spirale dritta

Esistono numerose differenze tra gli ingranaggi conici a spirale e quelli tradizionali non elicoidali. Gli ingranaggi conici a spirale sono sempre bombati e mai coniugati, il che limita la distribuzione delle sollecitazioni di contatto. Anche la forma elicoidale dell'ingranaggio conico, così come la sua lunghezza, è un fattore determinante nella progettazione. La forma elicoidale offre numerosi vantaggi, alcuni dei quali sono elencati di seguito.
Gli ingranaggi conici a spirale sono generalmente disponibili con passi che vanno da 1,5 a 2500 mm. Sono altamente efficienti e disponibili in un'ampia gamma di combinazioni di denti e moduli. Gli ingranaggi conici a spirale sono estremamente precisi e durevoli e presentano angoli di elica ridotti. Queste caratteristiche li rendono eccellenti per applicazioni di precisione. Tuttavia, alcuni ingranaggi non sono adatti a tutte le applicazioni. Pertanto, è necessario valutare il tipo di ingranaggio conico di cui si ha bisogno prima dell'acquisto.
Rispetto agli ingranaggi elicoidali, gli ingranaggi conici a denti dritti sono più facili da produrre. Il primo metodo utilizzato per fabbricare questi ingranaggi prevedeva l'impiego di una piallatrice con testa di indicizzazione. Tuttavia, con lo sviluppo di moderni processi produttivi come i sistemi Revacycle e Coniflex, i produttori sono stati in grado di realizzare questi ingranaggi in modo più efficiente. Alcuni di questi ingranaggi sono utilizzati in sveglie a carica manuale, lavatrici e cacciaviti. Tuttavia, sono particolarmente rumorosi e non sono adatti all'uso automobilistico.
L'ingranaggio conico a denti dritti è il tipo più comune, mentre l'ingranaggio conico a denti elicoidali ha denti concavi. Questa forma curva produce una maggiore coppia e spinta assiale rispetto a un ingranaggio conico a denti dritti. I denti dritti possono aumentare il rischio di rottura e surriscaldamento delle apparecchiature e sono più soggetti a rotture. Gli ingranaggi conici a denti elicoidali sono inoltre più resistenti e durano più a lungo degli ingranaggi elicoidali.
Gli ingranaggi conici a spirale e ipoidi sono utilizzati in applicazioni con elevate velocità periferiche e richiedono un attrito molto basso. Sono consigliati per applicazioni in cui la silenziosità è un fattore critico. Gli ingranaggi ipoidi sono adatti ad applicazioni in cui è necessario trasmettere una coppia elevata, sebbene il design elicoidale-a spirale sia meno efficace in frenata. Per questo motivo, gli ingranaggi conici a spirale e ipoidi sono generalmente più costosi. Se si intende acquistare un nuovo ingranaggio, è importante sapere quale sia il più adatto all'applicazione.
Gli ingranaggi conici a spirale sono più costosi degli ingranaggi conici standard e il loro design è più complesso. Tuttavia, hanno il vantaggio di essere più semplici da produrre e meno soggetti a rumori e vibrazioni eccessivi. Inoltre, avendo un numero inferiore di denti da rettificare, sono meno rumorosi degli ingranaggi conici a spirale. Il principale vantaggio di questo design è la sua semplicità, poiché possono essere prodotti in coppia, con conseguente risparmio di tempo e denaro.
Nella maggior parte delle applicazioni, gli ingranaggi conici a spirale presentano vantaggi rispetto alle loro controparti a denti dritti. Offrono una distribuzione più uniforme dei carichi sui denti e sopportano carichi maggiori senza affaticamento superficiale. L'angolo di spirale dei denti influisce anche sul carico assiale. È possibile realizzare un ingranaggio conico a spirale dritto con due assi elicoidali, ma la differenza sta nella quantità di spinta applicata a ciascun singolo dente. Oltre ad essere più resistente, l'angolo di spirale offre la stessa efficienza dell'ingranaggio a spirale dritto.

Ingranaggi ipoidi

L'applicazione principale dei riduttori ipoidi è nel settore automobilistico. Si trovano tipicamente sugli assali posteriori delle autovetture. Il nome deriva dall'angolo di spirale sinistrorsa del pignone e dall'angolo di spirale destrorsa della corona. I riduttori ipoidi beneficiano anche di un baricentro decentrato, che riduce lo spazio interno delle auto. I riduttori ipoidi sono utilizzati anche in autocarri pesanti e autobus, dove possono migliorare l'efficienza del carburante.
Gli ingranaggi ipoidi e conici a spirale possono essere prodotti mediante fresatura frontale, un processo che consente di ottenere componenti estremamente precisi e con superfici lisce. Questo processo permette di ottenere superfici di raccordo precise e topografie di scorrimento predefinite. Inoltre, questi processi migliorano la resistenza meccanica degli ingranaggi dal 15 al 20%. In aggiunta, riducono la rumorosità e migliorano l'efficienza meccanica. Nelle applicazioni industriali, gli ingranaggi ipoidi sono ideali per garantire un funzionamento silenzioso.
La progettazione coniugata consente la produzione di ingranaggi ipoidi con bombatura longitudinale o di profilo. Questa caratteristica rende l'ingranaggio insensibile alle imprecisioni dell'alloggiamento e alle flessioni dovute al carico. Inoltre, la bombatura permette al produttore di regolare gli spostamenti operativi per ottenere i risultati desiderati. Questi vantaggi rendono gli ingranaggi ipoidi una soluzione ideale per molti settori industriali. Quindi, quali sono i vantaggi degli ingranaggi ipoidi negli ingranaggi a spirale?
Il design di un ingranaggio ipoide è simile a quello di un ingranaggio conico convenzionale. Le sue superfici primitive sono iperboliche, anziché coniche, e i denti sono elicoidali. Questa configurazione consente inoltre di utilizzare un pignone di dimensioni maggiori rispetto a un pignone conico equivalente. Il design complessivo dell'ingranaggio ipoide permette l'utilizzo di alberi di grande diametro e di un pignone di grandi dimensioni. Può essere considerato un ibrido tra un ingranaggio conico e una vite senza fine.
Nei veicoli passeggeri, gli ingranaggi ipoidi sono quasi universali. Il loro funzionamento più fluido, la maggiore resistenza del pignone e il peso ridotto li rendono una scelta preferibile per molte applicazioni automobilistiche. Inoltre, un telaio più basso contribuisce ad abbassare il peso complessivo del veicolo. Questi vantaggi hanno spinto tutti i principali produttori automobilistici a passare agli assali di trasmissione ipoidi. Vale la pena notare che sono meno efficienti rispetto ai loro equivalenti con ingranaggi conici.
La caratteristica progettuale più elementare di un ingranaggio ipoide è che mantiene il contatto lineare su tutta l'area di innesto. In altre parole, se un pignone e una corona ruotano con un incremento angolare, il contatto lineare si mantiene su tutta la loro area di innesto. Il rapporto di trasmissione risultante è pari agli incrementi angolari del pignone e della corona. Per questo motivo, gli ingranaggi ipoidi sono anche noti come ingranaggi elicoidali.

Modificato da CX il 12/06/2023