Ingranaggi di accoppiamento: tipi, guida alla selezione e alla lubrificazione

Come gli ingranaggi di accoppiamento trasmettono la coppia tra alberi disallineati

Due mozzi con denti esterni, avvolti da un manicotto che porta i denti interni corrispondenti: questa è la geometria principale dietro ogni ingranaggio di accoppiamento. La coppia passa attraverso i denti ingranati anziché in un giunto bullonato rigido, e il gioco incorporato in tale maglia è ciò che consente al giunto di assorbire il disallineamento senza trasmettere lo stress di flessione agli alberi collegati.

Nelle installazioni reali si riscontrano tre tipi di disallineamento: angolare, dove le linee centrali degli alberi si incontrano ad angolo; offset parallelo, dove corrono paralleli ma non coassiali; e assiale, dove le estremità dell'albero si avvicinano o si allontanano durante il funzionamento. Un ingranaggio di accoppiamento ben abbinato li gestisce tutti e tre contemporaneamente, entro limiti che variano in modo significativo in base al profilo del dente, che è il punto in cui vengono effettivamente prese le decisioni di selezione.

Profili degli ingranaggi a denti dritti, coronati e a tamburo

Il progetto originale era costituito da accoppiamenti a denti diritti: i denti tagliavano parallelamente all'asse dell'albero, entrando in contatto con il manicotto di accoppiamento lungo una faccia piatta. Funzionano, ma il contatto piano su piano concentra l'usura sui bordi dei denti una volta che è presente un disallineamento angolare, poiché i denti possono oscillare solo leggermente prima che si instauri il carico sui bordi.

I design a denti coronati risolvono questo problema lavorando un leggero raggio sulla faccia del dente, in modo che il contatto rimanga centrato anche quando il mozzo si inclina rispetto al manicotto. Design di giunti a ingranaggi coronati realizzati per una maggiore tolleranza al disallineamento angolare tipicamente si adattano al disallineamento angolare fino a circa 1°30′ per innesto, un salto significativo rispetto alla tolleranza di una frazione di grado consentita dai denti diritti.

I profili dei denti a forma di tamburo (a botte) spingono ulteriormente questo aspetto, utilizzando una faccia del dente curvata in modo continuo anziché un singolo raggio della corona. Questa curvatura distribuisce il carico su un'area di contatto più ampia attraverso l'intera gamma di disallineamento, che è particolarmente importante nelle applicazioni in cui carichi d'urto e vibrazioni aggravano l'effetto del normale disallineamento di funzionamento: laminatoi e frantoi ne sono esempi tipici.

Tipo di accoppiamento a ingranaggi corrispondente al carico e al disallineamento

La selezione inizia con due numeri: la coppia che il giunto deve sopportare e il disallineamento che l'installazione produrrà realisticamente. Nessuno dei due dovrebbe essere stimato in modo approssimativo: il sottodimensionamento della capacità di coppia accelera l'usura dei denti, mentre la sottostima del disallineamento porta a un carico prematuro sui bordi, indipendentemente da quanto bene sia valutato il giunto.

Per le applicazioni che combinano un disallineamento moderato con carichi d'urto o ciclici (azionamenti di nastri trasportatori, miscelatori, attrezzature per mulini) un design con manicotto in nylon o ammortizzante offre un vantaggio significativo rispetto alla solida struttura in acciaio. un giunto a ingranaggi del tamburo con anello interno in nylon progettato per l'assorbimento degli urti riduce il carico di picco trasmesso attraverso la trasmissione durante picchi di coppia improvvisi, prolungando la durata delle apparecchiature che si avviano e si arrestano sotto carico.

Laddove il disallineamento è minimo e la priorità è la densità di coppia in un ingombro compatto, i design standard con tamburo in acciaio o coronati rimangono la scelta più conveniente: la tolleranza agli urti aggiuntiva di un manicotto in nylon non vale il compromesso in termini di capacità di coppia per azionamenti stabili e ben allineati.

Ingranaggi di accoppiamento con funzione di frenatura integrata

Gru, paranchi e altre applicazioni che richiedono arresti controllati necessitano di un giunto che funge anche da punto di montaggio per l'hardware di frenatura. Invece di aggiungere un gruppo disco freno separato a valle dell'accoppiamento, un design a dentatura a tamburo con ruota del freno integrata mantiene la superficie frenante direttamente sul corpo dell'accoppiamento, accorciando la trasmissione ed eliminando un set aggiuntivo di cuscinetti e supporti.

giunti a dentatura a tamburo realizzati con ruota freno integrata sono comuni sui carroponti e sugli argani da miniera proprio perché il design combinato riduce il numero di componenti rotanti separati che necessitano di allineamento e ispezione indipendenti.

Intervalli di lubrificazione e cosa determina la durata di servizio

I giunti a ingranaggi si guastano per usura, non per fatica, e il tasso di usura dipende quasi direttamente dalle condizioni di lubrificazione. I giunti lubrificati a grasso in genere necessitano di reingrassaggio in base a un programma legato alla velocità operativa e al ciclo di lavoro: il servizio continuo ad alta velocità richiede intervalli più brevi rispetto alle trasmissioni intermittenti a bassa velocità e la forza centrifuga a regimi più elevati accelera la separazione dell'olio dall'addensante all'interno del grasso stesso.

Le pratiche di lubrificazione per i giunti a ingranaggi (scelta del lubrificante, sistemi autonomi o alimentati esternamente e intervalli di ispezione) sono trattate in lo standard di lubrificazione dei giunti flessibili ANSI/AGMA , che la maggior parte dei produttori utilizza come base per le proprie raccomandazioni di manutenzione.

In pratica, un punto di partenza ragionevole per il servizio industriale generale è il reingrassaggio ogni sei-dodici mesi, o addirittura trimestrale per le installazioni ad alta velocità o soggette a vibrazioni elevate. Tale intervallo dovrebbe variare in base alle effettive condizioni del grasso al momento dell'ispezione, non a un calendario fisso: il grasso che mostra particelle metalliche o si è separato deve essere sostituito indipendentemente da quanto recentemente è stato sottoposto a manutenzione.

Quando un gruppo di chiusura senza chiave supera una connessione con chiave

Le tradizionali connessioni albero-mozzo con chiavetta funzionano in modo affidabile a coppia moderata, ma la sede della chiavetta stessa introduce un punto di concentrazione delle sollecitazioni e una piccola quantità di gioco che aumenta con l'usura della chiavetta e della sede stessa. Nelle applicazioni a coppia elevata o con carico invertito, il gioco alla fine si manifesta come gioco misurabile tra albero e mozzo.

Una connessione senza chiavetta fissa il mozzo all'albero tramite il solo attrito, utilizzando un elemento di bloccaggio conico per generare una pressione radiale uniforme attorno all'intera circonferenza dell'albero. gruppi di bloccaggio senza chiavetta per collegamenti albero-mozzo senza gioco eliminano il montante di sollecitazione creato da una sede per chiavetta e mantengono la presa senza l'usura incrementale che i giunti con chiavetta accumulano durante cicli di carico ripetuti.

Il compromesso è il costo e la precisione di installazione: i gruppi senza chiavetta richiedono un controllo della coppia più attento durante il montaggio rispetto a un mozzo con chiavetta. Per le applicazioni in cui il gioco zero e la potenza di tenuta a lungo termine contano più della semplicità di installazione, in genere vale la pena fare questo compromesso.

Per una guida passo passo su come ottenere l'allineamento e la coppia di montaggio corretti al primo tentativo, procedure dettagliate di installazione e allineamento del giunto a ingranaggi coprire la sequenza che la maggior parte degli installatori perde quando si affretta uno scambio di accoppiamenti.