Selezione dei giunti per la progettazione di trasmissioni a ingranaggi cilindrici

Selezione dei giunti per la progettazione di trasmissioni a ingranaggi cilindrici

Cos'è la trasmissione a ingranaggi cilindrici

Trasmissione a ingranaggi cilindriciè un attuatore rotazionale integrato che combina direttamente un riduttore a ingranaggi cilindrici con un cuscinetto di rotazione. Converte l'ingresso ad alta velocità e bassa coppia di un motore in un'uscita rotazionale lenta e ad alta coppia sulla corona di rotazione. A differenza delle varianti a vite senza fine, i riduttori a ingranaggi cilindrici utilizzano denti a taglio dritto che ingranano parallelamente all'asse di rotazione. Questa configurazione offre elevata efficienza, design compatto e la capacità di gestire contemporaneamente carichi radiali e assiali significativi. Il collegamento preciso del motore tramite un giunto opportunamente selezionato è fondamentale per le sue prestazioni e la sua durata.

Come selezionare i giunti per i riduttori di rotazione a ingranaggi cilindrici

I giunti sono dispositivi meccanici che collegano due alberi (ad esempio, l'albero motore e l'albero di ingresso della trasmissione) per trasmettere coppia e movimento in modo permanente. Sebbene esistano giunti rigidi, i giunti flessibili sono ampiamente preferiti per i riduttori di rotazione a ingranaggi cilindrici grazie alla loro capacità di compensare il disallineamento, assorbire i carichi d'urto, smorzare le vibrazioni e compensare la dilatazione termica. I loro vantaggi includono una significativa capacità di deformazione elastica, un peso ridotto, un elevato smorzamento interno e, in genere, l'assenza di lubrificazione. La scelta del giunto giusto implica la valutazione di molteplici fattori critici:

Valutare il disallineamento dell'albero: determinare con precisione il tipo e l'entità del disallineamento previsto tra l'albero motore e l'albero di ingresso della trasmissione di rotazione:

Offset parallelo: distanza tra gli assi centrali dei due alberi.

Disallineamento angolare: angolo formato tra le due linee centrali dell'albero.

Spostamento assiale: movimento degli alberi uno verso l'altro o uno lontano dall'altro lungo il loro asse.

Flessibilità torsionale: capacità del giunto di torcersi leggermente sotto carico per smorzare i picchi di coppia.

Diversi tipi di giunti eccellono nell'adattarsi a specifiche combinazioni di questi disallineamenti. I giunti a ganasce gestiscono bene disallineamenti angolari e paralleli moderati. I giunti a trave offrono una buona flessibilità angolare e assiale, ma un disallineamento parallelo limitato. I giunti a soffietto offrono un'elevata rigidità torsionale, compensando al contempo disallineamenti angolari e paralleli. I giunti a disco gestiscono coppie elevate e disallineamenti con un'eccellente rigidità torsionale. I giunti a griglia sono robusti e smorzano efficacemente i carichi d'urto.

Calcolare i requisiti di coppia e velocità: definire con precisione le esigenze operative:

Coppia nominale: la coppia continua che il giunto deve trasmettere durante il normale funzionamento.

Coppia di picco: la coppia transitoria massima (ad esempio, durante l'avvio, lo stallo o improvvisi cambiamenti di carico) che il giunto deve sopportare senza guasti.

Velocità massima di esercizio (RPM): la velocità di rotazione più elevata a cui può essere sottoposto il giunto.

La coppia nominale del giunto deve essere superiore alla coppia di picco dell'applicazione (spesso applicando un fattore di servizio basato sul tipo di macchina azionata). Assicurarsi che la velocità nominale massima del giunto superi la velocità massima dell'applicazione.

Valutare le condizioni ambientali: l'ambiente operativo ha un impatto significativo sulla selezione del giunto:

Temperatura: temperature estremamente alte o basse influiscono sulle proprietà dei materiali e sui lubrificanti (se applicabile). Scegliere materiali (ad esempio, acciaio inossidabile, polimeri specifici) e design adatti all'intervallo di temperatura.

Contaminanti: l'esposizione a polvere, sporcizia, umidità, sostanze chimiche o particelle abrasive richiede giunti con tenuta efficace (ad esempio, design schermati, pacchi dischi sigillati) o materiali intrinsecamente resistenti alla corrosione.

Requisiti di lubrificazione: sebbene molti giunti flessibili non richiedano manutenzione (elastomeri, dischi metallici, soffietti), alcuni tipi (ad esempio, giunti a ingranaggi) richiedono una lubrificazione periodica, che potrebbe essere indesiderata in ambienti sigillati o puliti.

Considerare i vincoli di spazio e peso: l'involucro fisico disponibile per l'accoppiamento è fondamentale:

Dimensioni del foro: il giunto deve adattarsi ai diametri sia dell'albero motore che dell'albero di ingresso della trasmissione di rotazione.

Lunghezza complessiva: la lunghezza del giunto influisce sulla distanza tra il motore e l'azionamento. Spesso si preferiscono modelli compatti.

Diametro esterno: garantire un gioco radiale sufficiente attorno al giunto.

Peso: ridurre al minimo il peso è fondamentale nelle applicazioni mobili o altamente dinamiche.

Dimensioni dell'albero corrispondente (dimensionamento iniziale): in base ai diametri dell'albero e alle lunghezze di innesto dell'albero richieste (lunghezza della sede della chiavetta, se applicabile):

Identificare i giunti dimensionati per la coppia/velocità richiesta che possono fisicamente adattarsi al maggiore dei due diametri dell'albero. I diametri dell'albero spesso differiscono tra motore e azionamento.

La dimensione del foro del giunto deve corrispondere al diametro dell'albero e le dimensioni della sede per chiavetta richieste (se si utilizza un collegamento con chiavetta) devono essere compatibili.

Verificare che la capacità massima del foro del giunto e la lunghezza minima/massima di innesto soddisfino o superino i requisiti dell'applicazione.

Verificare le prestazioni ed eseguire controlli di resistenza: dopo aver selezionato un modello di accoppiamento candidato in base a quanto sopra:

Verificare che la coppia nominale (con l'applicazione del fattore di servizio appropriato) superi la coppia di picco dell'applicazione.

Assicurarsi che la velocità massima nominale superi la velocità operativa massima dell'applicazione.

Verificare che la sua capacità di disallineamento (angolare, parallelo, assiale) soddisfi o superi i valori calcolati/previsti.

Eseguire l'analisi della resistenza dell'albero e della chiavetta: calcolare le sollecitazioni sia sull'albero motore che sull'albero di ingresso del gruppo di rotazione nel punto di collegamento del giunto in condizioni di coppia massima. Assicurarsi che gli alberi e le eventuali sedi per chiavetta abbiano resistenza e resistenza a fatica sufficienti a gestire queste sollecitazioni. Questo passaggio è fondamentale per prevenire guasti all'albero o tranciature della chiavetta.

Caratteristiche principali dei riduttori di rotazione a ingranaggi cilindrici

I riduttori di rotazione a ingranaggi cilindrici offrono vantaggi distintivi derivanti dalla loro progettazione fondamentale:

Elevata efficienza: l'accoppiamento degli ingranaggi cilindrici raggiunge in genere un'efficienza del 95-98% per stadio, significativamente superiore rispetto alle trasmissioni a vite senza fine, riducendo il consumo di energia e la generazione di calore.

Design compatto: l'integrazione del riduttore e del cuscinetto in un'unica unità consente di risparmiare spazio e semplifica il montaggio.

Elevata capacità di carico: in grado di gestire carichi radiali, assiali e di momento combinati sostanziali direttamente nel punto di rotazione tramite il cuscinetto orientabile integrato.

Funzionamento bidirezionale e capacità di alta velocità: gli ingranaggi cilindrici trasmettono la coppia altrettanto bene in entrambe le direzioni e possono funzionare a velocità di ingresso più elevate rispetto a molte trasmissioni a vite senza fine.

Posizionamento di precisione: garantisce elevata precisione e ripetibilità, soprattutto con cuscinetti precaricati e ingranaggi di alta qualità.

Minore potenziale di costo: generalmente più convenienti rispetto ai riduttori a vite senza fine di capacità equivalente, in particolare a livelli di potenza più elevati, grazie alla trasmissione più semplice.

Applicazioni principali dei riduttori di rotazione a ingranaggi cilindrici

Le caratteristiche di efficienza e prestazioni delle trasmissioni di rotazione a ingranaggi cilindrici le rendono ideali per numerose applicazioni impegnative:

Energia eolica: scelta dominante per i sistemi di imbardata (posizionamento della navicella) e di controllo del passo (regolazione dell'angolo delle pale) delle turbine eoliche grazie all'elevata efficienza e affidabilità.

Movimentazione dei materiali: alimenta la rotazione di gru per impieghi gravosi, posizionatori industriali pesanti rotanti, sistemi di stoccaggio/recupero automatizzati (AS/RS) e grandi piattaforme girevoli.

Attrezzature edili: utilizzate negli attacchi degli escavatori, nella rotazione delle piattaforme di perforazione, nelle macchine per il collocamento di bracci di calcestruzzo e nei macchinari pesanti che richiedono una rotazione robusta.

Automazione industriale: aziona tavole di indicizzazione, posizionatori di saldatura robotizzati, grandi attuatori di valvole e linee di assemblaggio automatizzate che richiedono un posizionamento preciso e ad alta velocità.

Marine & Offshore: alimenta gru di coperta, argani, gru e strutture a forma di A su navi e piattaforme offshore.

Apparecchiature di prova: utilizzate nei dinamometri e in altri banchi di prova per impieghi gravosi che richiedono un'applicazione e un posizionamento precisi della coppia.

Fattori che influenzano il prezzo dei riduttori di rotazione a ingranaggi cilindrici

Il costo di un riduttore di rotazione a ingranaggi cilindrici è determinato da diversi fattori chiave:

Dimensioni e capacità di carico: le unità più grandi, progettate per carichi assiali/radiali più elevati, momenti di ribaltamento e coppia di uscita, richiedono molto più materiale, cuscinetti più grandi e lavorazioni più pesanti, con conseguente aumento dei costi.

Qualità e precisione degli ingranaggi: la rettifica degli ingranaggi ad alta precisione (rispetto alla dentatura a creatore), il raggiungimento di specifiche di gioco ridotto e finiture superficiali superiori aumentano notevolmente i costi di produzione.

Tipologia e qualità del cuscinetto: il cuscinetto orientabile integrato è un fattore determinante nei costi. I fattori includono tipologia (a sfere, a rulli, a rulli incrociati), dimensioni, grado di precisione, capacità di carico, efficacia della tenuta (grado di protezione IP) e reputazione del marchio.

Selezione dei materiali: l'utilizzo di acciai legati ad alta resistenza (ad esempio 42CrMo, 18CrNiMo7-6) per ingranaggi e alberi, insieme a processi di trattamento termico avanzati (cementazione, cementazione, nitrurazione), migliora significativamente la durata e le prestazioni, ma anche i costi.

Tenuta e protezione ambientale: per ottenere elevati gradi di protezione dall'ingresso (IP65, IP66, IP67) per il funzionamento in ambienti difficili (polvere, acqua, nebbia salina, sostanze chimiche) sono necessari complessi design di guarnizioni multi-labbro, lubrificanti specializzati e una meticolosa lavorazione dell'alloggiamento, con un conseguente aumento dei costi.

Personalizzazione: interfacce di montaggio non standard (flange, schemi di bulloni), configurazioni speciali dell'albero (scanalature, estremità diverse), rivestimenti unici o requisiti di verniciatura specifici comportano spese di progettazione e produzione aggiuntive.

Componenti interni: la scelta dei cuscinetti all'interno della fase di riduzione degli ingranaggi (ad esempio, rulli conici anziché cuscinetti a sfere), la complessità del portasatelliti (per le fasi planetarie) e la progettazione del gruppo albero pignone incidono sui costi.

Sistema di lubrificazione: i sistemi di lubrificazione automatica integrati aumentano la complessità e i costi.

Volume di produzione e marchio: volumi di produzione più elevati generalmente riducono il costo unitario. I riduttori di produttori affermati con una solida reputazione in termini di qualità e affidabilità spesso hanno prezzi più elevati. Anche le certificazioni (ISO 9001, DNV-GL, ecc.) contribuiscono al costo.

Fornitore affidabile di riduttori di rotazione a ingranaggi cilindrici

LYRADRIVEè un produttore leader di riduttori di rotazione a ingranaggi cilindrici robusti ed efficienti, progettati per applicazioni impegnative in tutto il mondo. Siamo specializzati nella fornitura di soluzioni che ottimizzano la trasmissione di potenza, con design integrati compatibili con giunti flessibili ad alte prestazioni per un collegamento affidabile al motore. I riduttori LYRADRIVE sono realizzati con materiali ad alta resistenza, ingranaggi di precisione e cuscinetti di qualità, garantendo longevità anche sotto carichi pesanti. La nostra esperienza è al servizio di diversi settori, tra cui l'energia eolica, il sollevamento pesante, l'edilizia e l'automazione industriale. Offriamo consulenza tecnica sulla selezione e l'integrazione dei giunti, oltre a opzioni di personalizzazione per soddisfare requisiti specifici.