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Tipi di ingranaggi: una guida sui diversi ingranaggi meccanici

Esplora la nostra guida completa su diversi ingranaggi meccanici, tra cui ingranaggi cilindrici, conici, elicoidali, a pignone e cremagliera, planetari, a vite senza fine e altro ancora.
HITOP / Blog / <a href="https://hitopindustrial.com/it/tipi-di-ingranaggi/" title="Tipi di ingranaggi: una guida sui diversi ingranaggi meccanici">Tipi di ingranaggi: una guida sui diversi ingranaggi meccanici

Gli ingranaggi vengono utilizzati per la trasmissione della rotazione attorno ad un asse nelle macchine. Controllano la velocità del motore con l'aiuto delle rotazioni. Quindi possono essere utilizzati per accelerare il motore così come per rallentarlo. Gli ingranaggi si trovano negli orologi, nelle biciclette, nelle sedie a rotelle e nelle lavatrici, per citare alcuni oggetti di uso quotidiano. 

Gli ingranaggi sono progettati con ruote metalliche o in plastica ad alta densità con denti attorno alla circonferenza. Questi denti si muovono o ruotano su una rete d'ascia per creare movimento. Di conseguenza, entrambi gli assi collegati si muovono nella direzione prevista. Gli ingranaggi sono disponibili in diversi tipi, inclusi cilindrici, conici e ingranaggi a vite senza fine. Discuteremo in dettaglio i diversi tipi di attrezzi. 

Importanza degli ingranaggi e come funzionano

Gli ingranaggi funzionano per la trasmissione meccanica quando viene applicata una forza per creare un'uscita. Ciò accade con la variazione della coppia e della velocità del macchinario. Gli ingranaggi vengono aggiunti nelle macchine ad alto carico per garantire un facile movimento e ridurre la velocità secondo necessità.

Inoltre, è possibile utilizzare gli ingranaggi per ridurre/controllare la velocità del motore. Pertanto, funziona meglio di un sistema di pulegge per arrestare la macchina. Il controllo preciso fornito dai denti degli ingranaggi può anche trasferire il movimento ad assi non paralleli. 

Immagine monocromatica di una serie complessa di ingranaggi e ruote dentate in metallo all'interno di macchinari industriali, che evidenzia la funzionalità meccanica

Usando gli ingranaggi, puoi aumentare la tua velocità applicando più velocità. D'altra parte, puoi diminuire la velocità applicando meno forza o esercitando una forza nella direzione opposta. 

Un cambio è essenziale anche per aumentare la coppia del macchinario. Ciò modifica la direzione del movimento secondo necessità. L'aumento/diminuzione della coppia viene trasmesso dal motore di azionamento all'attrezzatura condotta tramite un albero di rotazione.

Un sistema di ingranaggi può essere utilizzato per produrre grandi quantità di forza, con conseguente alta velocità. Il movimento in senso orario e antiorario dei denti dell'ingranaggio deciderà se la velocità aumenta o diminuisce. I denti si muovono dolcemente sull'albero per trasmettere la forza da un asse all'altro. Inoltre, anche il tipo e le dimensioni dell'ingranaggio influiscono sulla forza. 

Comprendere le diverse parti degli ingranaggi

I seguenti termini aiuteranno a comprendere le diverse parti dell'attrezzatura e come funzionano insieme.

Primo piano dettagliato degli ingranaggi degli orologi meccanici con elementi in ottone e cuscinetti in rubino, che sottolineano l'ingegneria di precisione

Asse: L'albero dell'ingranaggio passa attraverso il centro dell'asse. Inoltre, l'asse dell'ingranaggio può essere intersecante, non parallelo o parallelo. Gli ingranaggi con assi che si intersecano passano per un punto comune. Gli ingranaggi non paralleli o non intersecanti hanno assi su piani diversi. Gli assi paralleli ruotano in direzioni diverse e non si intersecano in nessun punto. 

Direzione della torsione: Gli ingranaggi sono destrimani o mancini, a seconda della posizione. Questa direzione dipende dalla forma della molla. Nel caso di due ingranaggi elicoidali, i denti si muovono nella stessa direzione su un lato. D'altro canto, gli ingranaggi conici hanno direzioni di torsione diverse e opposte l'una all'altra. 

Denti: I denti dell'ingranaggio sono sporgenze frastagliate che si trovano sulla circonferenza della forma circolare o semicircolare. Sporgono e si muovono sull'ingranamento dei denti per trasmettere il movimento di rotazione. Idealmente, il numero di denti deve essere un numero intero. 

Inoltre, il profilo dei denti degli ingranaggi e l'ingranamento dei denti devono essere gli stessi affinché possano muoversi e funzionare agevolmente. La velocità dell'ingranaggio viene calcolata dividendo il numero di denti dell'ingranaggio di ingresso per il numero di denti dell'ingranaggio di uscita. Questo rapporto è anche chiamato rapporto di trasmissione. 

Cerchio pitch: Il cerchio primitivo si calcola con la tangente che passa dall'ingranamento dei due ingranaggi. Inoltre, il perimetro di due ingranaggi sovrapposti fornisce la dimensione dell'ingranaggio poiché funzionano come una singola unità. 

Diametro primitivo: È il diametro di lavoro dell'ingranaggio ed è anche chiamato cerchio primitivo. Determina la distanza tra i due ingranaggi in una macchina. La distanza tra i due assi sarà la somma dei diametri primitivi dei due ingranaggi divisa per 2. 

Passo diametrale: È il rapporto tra il numero totale di denti e il diametro primitivo. 

Passo circolare: Il passo circolare viene calcolato utilizzando la distanza dalla punta di un dente alla punta del dente adiacente. Poiché la lunghezza è a forma di arco anziché diritta, fornisce la lunghezza del cerchio primitivo. 

Modulo: Il modulo è la dimensione del dente in millimetri. Si calcola dividendo il diametro primitivo per il numero totale di denti. Sarà sempre un numero razionale per garantire un'applicazione industriale affidabile.  

Angolo di pressione: L'angolo tra il raggio della linea circonferenza primitiva e la linea tangente al dente è l'angolo di pressione. Per gli ingranaggi vengono utilizzati alcuni angoli standard di 14,5, 15, 20 e 25 gradi. Tra questi quello più utilizzato è quello di 20 gradi. 

L'ampio angolo di pressione mostra un ampio dedendum, garantendo un'elevata resistenza del dente. Si noti che l'angolo di pressione viene calcolato tramite la distribuzione della forza e il contatto dei denti. Pertanto i due ingranaggi dovranno essere progettati in modo tale da garantire lo stesso angolo di pressione alla rete.

Forma dell'ingranaggio: Diverse forme di ingranaggi possono includere circolare, semicircolare, triangolo, quadrato ed ellittico. Queste forme influiscono sulla velocità e sulla coppia della macchina. Una forma uniforme dell'ingranaggio, ad esempio circolare o ellittica, si tradurrà nella stessa velocità e coppia. D'altra parte, gli ingranaggi non uniformi possono produrre velocità e coppie diverse a seconda della posizione dei denti, anche quando l'input è lo stesso.

Angolo di torsione: È l'inclinazione del dente rispetto all'asse cilindrico della macchina. La direzione della spinta aumenta all'aumentare dell'angolo di torsione dell'ingranaggio. Per questo motivo, l'efficienza della macchina potrebbe diminuire. L'angolo di torsione abituale è di 25 gradi per gestire l'efficienza e la spinta della macchina. 

Diversi tipi di ingranaggi

Assortimento colorato di ingranaggi ad incastro con parole motivazionali, che simboleggiano il lavoro di squadra e il progresso nella progettazione meccanica

Abbiamo compilato un elenco di diversi tipi di ingranaggi.

Tipo di ingranaggio Caratteristiche principaliApplicazioni 
Ingranaggi cilindriciIngranaggio circolare, facile da produrre e più comuneAutomobili, riduttori di velocità, orologi
Ingranaggi coniciAssi intersecanti con ingranaggi conici Forme diverse collegate tra loro e velocità di trasmissione
Ingranaggi elicoidaliIngranaggi elicoidali singoli/doppi, basso rumore e attrito, trasmissione fluidanastri trasportatori, ascensori, veicoli
Cremagliera e pignoneForme diverse collegate tra loro e velocità di trasmissioneMacchine da stampa, trasportatori meccanici, ascensori
Riduttori epicicloidaliIngranaggi solari e planetari che causano la trasmissione simultaneamente, ottimi per carichi pesanti Automobili, aerei ed elicotteri
Ingranaggi a vite senza fineIngranaggi con configurazione senza intersezioni/assi non paralleli, elevata coppia graduale Laminatoi, motori e ascensori
Ingranaggi a gabbiaTrasmissione della rotazione su assi perpendicolari, uso multidirezionaleMulini ad acqua 
Ingranaggi mutilati Denti nell'ingranaggio ridottiMacchine per la produzione, riduttori di velocità
Ingranaggi non circolariForme diverse collegate tra loro e velocità di trasmissionePompe, nastri trasportatori, potenziometri

Ingranaggi cilindrici

Questi sono i tipi di ingranaggi più semplici e popolari. Trasferiscono il movimento tra alberi paralleli. I loro denti dritti li rendono facilmente producibili Macchine a 3 assi come i laser cutter o stampaggio a iniezione.

Quando vengono utilizzati due ingranaggi cilindrici, questi vengono posizionati uno accanto all'altro sulla rete, consentendo il movimento di rotazione nella direzione opposta. La trasmissione della potenza tramite un gruppo di ingranaggi cilindrici avviene su un albero parallelo. Sono comunemente utilizzati nelle pompe a ingranaggi, nei motori, nei sistemi di trasporto e nei riduttori di velocità.

Ingranaggi conici

Gli ingranaggi conici trasmettono potenza tra assi non paralleli. Quando i denti obliqui si incontrano sullo stesso vertice, formano ingranaggi obliqui con angoli di 90 gradi. I denti inclinati formano diametri primitivi a forma di cono. 

Pertanto, gli ingranaggi sono differenziati in base alla distanza tra la parte posteriore dell'ingranaggio e la punta del cono dell'ingranaggio. Per ingranare due ingranaggi conici, il cono immaginario dovrebbe estendersi fino allo stesso vertice. Questi ingranaggi sono costosi da formare a causa del design intricato. Inoltre, trasmettono una coppia elevata, quindi non sono sempre la prima scelta per i macchinari. 

Tipi di ingranaggi conici

Gli ingranaggi conici sono disponibili in vari modelli, come diritti, a spirale, a mitra e a corona. Gli smussi diritti sono facili da produrre grazie al loro design semplice. I denti nello smusso diritto lavorano simultaneamente. Pertanto, i denti vengono gradualmente rastremati per garantire che la superficie del passo abbia una forma conica. 

Negli ingranaggi a spirale, i denti hanno linee curve per mantenere un buon rapporto di contatto. Sono più efficienti degli ingranaggi conici dritti. Inoltre, non generano vibrazioni e rumore elevati. 

Gli ingranaggi conici Zerol sono noti per avere caratteristiche di progettazione diritte e spirali. Sono un marchio registrato di Gleason Co. Questi ingranaggi sono progettati in modo tale che i denti possano ruotare liberamente in qualsiasi direzione. L'angolo di torsione pari a zero rende più facile per loro muoversi in questo modo. 

Un altro ingranaggio conico è una troncatrice con un albero a 90 gradi, che può trasmettere la variazione di potenza senza alcun impatto sulla velocità. Infine, le corone dentate/ingranaggi frontali sono progettati ad angolo retto. Sono utilizzati nelle macchine da stampa, nelle ferrovie, nelle automobili, nelle centrali elettriche e nelle applicazioni marine.

Ingranaggi elicoidali 

Con i denti posizionati angolarmente, gli ingranaggi elicoidali hanno una traccia del dente inclinata non parallela. A causa dei denti multipli nella trasmissione, gli ingranaggi elicoidali sono adatti per trasportare carichi pesanti. Inoltre, producono meno rumore poiché le vibrazioni e l'attrito durante la trasmissione sono minimi. 

Puoi scegliere tra vari tipi di ingranaggi elicoidali: singoli, doppi o a spina di pesce. Gli ingranaggi singoli hanno un'elica sinistra o destra. I doppi ingranaggi hanno due facce elicoidali identiche in direzioni opposte. L'uso della doppia marcia aiuta a migliorare la trasmissione grazie alla maggiore efficienza e al minore attrito. 

Un altro tipo è l'ingranaggio a spina di pesce, in cui due ingranaggi sono uniti senza spazi intermedi. Questi sono ottimi per l'assorbimento degli urti nelle macchine. 

Cremagliera e pignone

Questo meccanismo ad ingranaggi converte il movimento lineare in movimento rotatorio o viceversa. Quindi è ideale per applicazioni come i sistemi di sterzo. Sono presenti in coppia con due ingranaggi circolari. Convenzionalmente, gli ingranaggi diritti o elicoidali costituiscono gli ingranaggi a cremagliera e pignone. 

La cremagliera e il pignone funzionano con un pignone/ingranaggio cilindrico e una guida dentata per provocare il movimento. C'è un movimento di scorrimento continuo che porta alla rotazione dell'ingranaggio. Sono utilizzati nei sistemi di sterzo delle automobili.

Riduttori epicicloidali

Come suggerisce il nome, i riduttori epicicloidali hanno ingranaggi interni chiamati sole e pianeti. Il sole è al centro del cambio e fa ruotare altri pianeti. Questo movimento fa muovere il grande ingranaggio interno e provoca movimento nella macchina. 

È necessaria una lubrificazione adeguata per garantire che tutti gli ingranaggi si muovano senza intoppi. I riduttori epicicloidali sono sufficientemente efficienti per grandi requisiti di forza. Possono anche aiutare a ridurre gli ingranaggi di grandi dimensioni quando lo spazio è limitato. 

Ingranaggi a vite senza fine

Gli ingranaggi a vite senza fine sono azionati da una vite sull'albero, chiamata vite senza fine, e da un ingranaggio accoppiato, chiamato ruota elicoidale. L'ingranaggio ruota su un piano diverso perpendicolare alla vite senza fine. Ogni rotazione della vite senza fine fa ruotare l'ingranaggio di un dente. 

Ciò implica che il rapporto di trasmissione qui è N:1, dove N è il numero di denti dell'ingranaggio. Gli ingranaggi a vite senza fine tendono ad essere meno efficienti in termini di velocità, ma possono aumentare gradualmente la coppia nel sistema. 

C'è una trasmissione non intersecante con un contatto strisciante. Il movimento è fluido grazie al minor attrito. Quindi questi ingranaggi non sono rumorosi. Un altro elemento di design da notare è che gli ingranaggi a vite senza fine sono lineari anziché circolari comuni. 

Ingranaggi a gabbia

Gli ingranaggi a gabbia sono solitamente realizzati con materiali in legno e tasselli. Sono più facili ed economici da realizzare rispetto alle loro controparti metalliche. Questi ingranaggi trasmettono la forza sull'asse perpendicolare e, quindi, non offrono molta velocità. Una gabbia può comportarsi come diversi ingranaggi, come un ingranaggio a vite senza fine con tasselli e denti. 

I pioli di questi ingranaggi funzionano come denti collegati a un piccolo disco. Questi picchetti si collegano con altri picchetti di attrezzi diversi per funzionare come un'unità. Un vantaggio della gabbia e dell'ingranaggio a pioli è che può funzionare da entrambe le estremità mentre i pioli si muovono in entrambe le direzioni. 

Ingranaggi mutilati 

Alcuni progetti di macchine potrebbero richiedere ingranaggi mutilati in cui il dente non si estende completamente attorno al cerchio primitivo. Se non avviene la rotazione completa di 360 gradi, è possibile aggiungere ingranaggi mutilati con un numero inferiore di denti. 

Questo è l'ideale quando non è necessario che il macchinario si muova continuamente. La presenza di denti su un lato dell'ingranaggio e il lato vuoto sull'altro causeranno impulsi di movimento, facendo lavorare l'albero a rotture costanti.

Ingranaggi non circolari

La cosa affascinante degli ingranaggi non circolari è la loro forma interessante. Il loro diametro non è lo stesso in tutte le aree. Pertanto, quando ruotano, la forma dell'ingranaggio cambia, portando a velocità di rotazione sempre diverse. Questi sono usati raramente ma possono aggiungere funzioni uniche alla macchina in cui due assi necessitano di un ingranaggio non circolare. 

Considerazioni sulla progettazione degli ingranaggi

Ecco alcuni aspetti essenziali da considerare durante la progettazione degli ingranaggi: 

Dimensioni

La dimensione della macchina è un fattore decisivo per lo spazio disponibile per gli ingranaggi. Tieni presente lo spazio per ospitare più ingranaggi, denti e alberi. Inoltre, gli ingranaggi dovrebbero essere in grado di muoversi attorno al cerchio primitivo. 

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Se esiste una limitazione di dimensione, è possibile utilizzare ingranaggi più piccoli o ingranaggi non circolari. Un'altra opzione è utilizzare ingranaggi mutilati. Prestare attenzione all'angolo di pressione, al passo e alla resistenza alla trazione del materiale di fabbricazione.

I requisiti di progettazione includono anche il rispetto degli standard di progettazione nazionali e internazionali di produzione. Ad esempio, potresti seguire gli standard americani di produzione di ingranaggi per garantire progettazione e produzione sicure. Questi protocolli possono anche dipendere dalla posizione geografica ed essere diversi negli Stati Uniti, in Germania e in Giappone.  

Condizioni operative

Condizioni ambientali come temperatura, condizioni meteorologiche e umidità possono avere un impatto sugli ingranaggi. La lubrificazione e l'attrito tra i denti e l'ingranaggio potrebbero essere ridotti a causa delle condizioni atmosferiche avverse. Quindi, considerali quando aggiungi ritocchi finali e trattamenti superficiali al materiale alla fine. 

Costi di produzione

Considera il costo di produzione degli ingranaggi. Potrebbe dipendere dal processo, ad esempio Progettazione CAD, Lavorazione del tornio CNCg, o stampaggio ad iniezione. Assicurarsi che il processo di produzione soddisfi i requisiti normativi. Includi il costo delle materie prime e delle rifiniture per ottenere il giusto preventivo. 

Tieni presente che il prezzo degli ingranaggi personalizzati sarà più alto. Se collabori con un'azienda manifatturiera, richiedi preventivi per ordini all'ingrosso, anche per progetti su misura. 

Trasmissione del movimento

Il movimento dei denti degli ingranaggi deve essere considerato nei componenti di progettazione. La trasmissione degli ingranaggi include coppia, attrito e forza applicata su diversi assi. Le diverse forme degli ingranaggi, come gli ingranaggi elicoidali e non circolari, influiscono sulla direzione e sull'impatto della velocità del sistema. 

Avvolgendo

Ora sai tutto sui tipi di ingranaggi più comuni. I tipi più comunemente usati sono gli ingranaggi cilindrici e conici. Sono utilizzati nelle automobili, nei nastri trasportatori e negli orologi. Alcuni ingranaggi come pignone e cremagliera e riduttori epicicloidali sono efficienti; quindi, sono utilizzati per macchine pesanti. 

La migliore attrezzatura per un sistema può essere determinata considerando le funzioni e i materiali. Una volta finalizzato il progetto CAD, il processo di produzione CNC garantirà la precisione. Collabora con  HiTop Progettazione industriale E Professionisti del CNC per produrre attrezzi di alta qualità.

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