Tipi di ingranaggi e trasmissioni

Home / Tipi di ingranaggi e trasmissioni

Tipi di ingranaggi e trasmissioni

Gli ingranaggi cilindrici a denti diritti sono in un certo senso il tipo base di trasmissione utilizzata nella progettazione meccanica, trasmettono coppia tra alberi paralleli senza produrre spinte assiali. Nella pratica comune sono più diffusi i treni di ruote dentate esternamente ma possono essere dentate internamente con la differenza che per le ruote dentate internamente il senso di rotazione dei due alberi è lo stesso, mentre con la dentatura esterna i sensi di rotazione degli alberi vengono invertiti. Un tipo di trasmissione che utilizza una combinazione di ingranaggi interni ed esterni è il riduttore epicicloidale al quale dedichiamo un articolo a parte.

Grazie alla normalizzazione del modulo sono reperibili dal commercio per essere semplicemente lavorati a disegno ed accoppiati con la sola accortezza di mantenere gli alberi paralleli ad una distanza sufficientemente precisa. Il limite d’impiego per sistemi a prestazioni più spinte è dovuto al gioco tra i denti che li rende piuttosto rumorosi in presenza di moto variabile o addirittura reversibile. Per esempio i motori Euro 5 sono caratterizzati da regimi piuttosto irregolari a bassi giri e le prese di forza a denti dritti innestate sull’albero primario tendono ad essere rumorose specialmente quando non sotto carico, e rendono necessaria l’adozione di dischi di smorzamento tra motore e cambio per ridurre questo disturbo. Gli ingranaggi cilindrici a denti elicoidali hanno invece i denti “inclinati” con una forma elicoidale, di fatto sono considerati a “gioco zero” in quanto il contatto sulla circonferenza primitiva non viene mai perso poiché lavorano più denti contemporaneamente,  per questo la capacità di trasmissione coppia è maggiore ed il loro impiego si presta ai regimi variabili grazie ad una miglior fluidità di moto. Bisogna tener conto della spinta assiale generata dall’inclinazione dei denti e accoppiare sempre ruote con denti a inclinazione opposta con cuscinetti in grado di assorbire spinte assiali. Per eliminare la spinta assiale possono essere utilizzati ingranaggi cilindrici a denti bi-elicoidali che hanno sempre denti elicoidali ma con le dentature contrapposte sulla stessa ruota. Mentre gli ingranaggi elicoidali sono reperibili da commercio questi ultimi abitualmente sono prodotti a disegno. Pertanto non è infrequente un aumento dell’angolo d’elica per garantire trasmissioni più fluide e silenziose.

Nel progettare una trasmissione bisogna quindi essere consapevoli che quanto più ci si allontana dallo “standard” con sistemi complessi o sofisticati tanto meno diventa reperibile il componente ed aumentano i costi. A meno di particolarità bisogna quindi sempre valutare il compromesso tra funzione e tecnologia da impiegare.

Quando gli assi non sono più paralleli gli ingranaggi si definiscono conici ed i denti sono ricavati su superfici coniche, in modo che le ruote accoppiate siano montate su alberi che si incontrano con un angolo determinato. Abitualmente l’angolo è di 90°, ma può avere altri valori variando l’angolo di cono. Riprendendo quanto sopra descritto gli ingranaggi conici sono divisi a denti diritti o spirale, a seconda della forma del dente. Gli ingranaggi conici a denti diritti sono più economici e con i limiti già trattati, mentre quelli a spirale distribuiscono la coppia su più denti per un moto più uniforme senza “backlash”.

E’ possibile trasmettere coppia con ruote su assi non solo inclinati ma anche non incidenti, gli ingranaggi di questo tipo sono detti ipoidi. Per funzionare si introduce uno scorrimento tra le superfici a contatto che cresce con la distanza tra gli assi. Si intuisce che gli effetti potenziali dello scorrimento devono essere eliminati con tecnologie opportune che interessano materiali, trattamenti superficiali e lubrificanti specifici ma ne risulta una trasmissione ancora più resistente e graduale rispetto alle precedenti. Tipico dell’ingranaggio ipoidi è la maggior dimensione del pignone e la riduzione di rendimento dovuta allo scorrimento.

Un altro ingranaggio che funziona per rotolamento e scorrimento è quello sghembo elicoidale costituito sempre da ruote cilindriche elicoidali ma con angoli d’elica specifici. Si tratta di una soluzione economica per la trasmissione di movimento piuttosto che di coppia perché il rendimento è basso. Un suo impiego tipico è per la rotazione dello spinterogeno nei motori.

Gli ingranaggi a vite senza fine sono molto utilizzati in meccanica nei riduttori a vite senza fine poiché permettono di moltiplicare coppie motrici basse o ridurre il numero giri con ingombri ridotti. Sono composti da una vite ed un ingranaggio a denti inclinati. Il loro principio di funzionamento è a strisciamento, ad ogni giro della vite che porta il moto la ruota si sposta dell’angolo di un dente. Sono caratterizzati da alti rapporti di riduzione dipendenti dal numero di principi della vite. Nella coppia vite-ruota elicoidale semplice il contatto tra i denti e la ruota è concentrato in un punto, per questo motivo viene utilizzata la tipologia di coppia vite-ruota elicoidale di tipo globoidale nella quale sia la vite che la ruota si avviluppano reciprocamente aumentando l’area di contatto tra i denti e la pressione di contatto.