Ingranaggi

Questo articolo spiega cosa sono gli ingranaggi e a cosa servono. Scoprirai quindi quali sono le diverse parti di un ingranaggio, quali sono le diverse tipologie di ingranaggi e, inoltre, quali sono i vantaggi e gli svantaggi degli ingranaggi.

Cos’è un ingranaggio?

Un ingranaggio è un meccanismo composto da due o più ruote dentate ingranate tra loro. Pertanto un ingranaggio serve a trasmettere il movimento circolare da un ingranaggio all’altro attraverso il contatto dei loro denti.

È da notare che con un ingranaggio non si trasmette solo il movimento rotatorio, ma anche, a seconda del rapporto tra il numero di denti delle due ruote dentate, si può aumentare o diminuire la velocità di rotazione.

In un ingranaggio semplice formato da due ruote dentate di diversa grandezza si distinguono la corona ed il pignone :

• Corona : è la ruota dentata più grande dell’ingranaggio.
• Pignone : è la ruota dentata più piccola dell’ingranaggio.

Caratteristiche della macchina

Gli ingranaggi hanno i seguenti parametri caratteristici:

• Denti : È la parte dell’ingranaggio che esercita la forza di spinta e quindi trasmette il movimento rotatorio e la potenza da un ingranaggio all’altro.
• Asse : è la parte cilindrica situata al centro dell’ingranaggio, la sua funzione è quella di guidare il movimento rotatorio dell’ingranaggio.
• Circonferenza primitiva : questa è la circonferenza immaginaria lungo la quale i denti dell’ingranaggio ingranano, in modo che le circonferenze primitive di due ingranaggi che ingranano siano tangenti.
• Diametro primitivo : è il diametro della circonferenza primitiva.
• Circonferenza esterna : Questa è la circonferenza che delimita l’esterno dell’ingranaggio.
• Diametro Esterno : Questo è il diametro della circonferenza esterna.
• Circonferenza interna : è la circonferenza che passa attraverso la base dei denti dell’ingranaggio.
• Diametro Interno : è il diametro della circonferenza interna.
• Angolo di pressione : è l’angolo formato dalla direzione della forza di contatto tra due ingranaggi e dalla direzione della velocità angolare dell’ingranaggio.
• Numero di denti : questo è il numero totale di denti dell’ingranaggio. Di solito è rappresentato dal simbolo Z.
• Modulo : è il rapporto tra il diametro primitivo (D _p ) ed il numero di denti (Z) dell’ingranaggio. Quindi, la formula per calcolare il modulo di un ingranaggio è la seguente:



• Passo : è la distanza tra un punto su un dente e lo stesso punto su un dente adiacente. Questa caratteristica degli ingranaggi è molto importante perché affinché due ingranaggi possano ingranare è necessario che abbiano lo stesso passo. Il passo di un ingranaggio è uguale al numero pi greco moltiplicato per il diametro primitivo e diviso per il numero di denti.

Tipi di ingranaggi

ingranaggi cilindrici

L’ingranaggio cilindrico è un tipo di ingranaggio i cui denti sono dritti. Pertanto, la caratteristica principale degli ingranaggi cilindrici è che sono un tipo di ingranaggio molto semplice, poiché sono cilindri con denti che sporgono radialmente.

In breve, a differenza di altri tipi di ingranaggi come gli ingranaggi elicoidali e gli ingranaggi conici, i denti degli ingranaggi cilindrici sono completamente dritti.

A livello industriale gli ingranaggi cilindrici sono la tipologia di ingranaggio più utilizzata per la loro semplicità ed il prezzo economico.

Gli ingranaggi cilindrici possono essere classificati in due tipologie:

• Ingranaggi cilindrici esterni : I denti dell’ingranaggio si trovano sul profilo esterno dell’ingranaggio, cioè all’esterno della ruota.
• Ingranaggi cilindrici interni – I denti dell’ingranaggio si trovano sul profilo interno dell’ingranaggio, cioè sul lato interno della ruota.

Gli ingranaggi cilindrici esterni sono in grado di ingranare con ingranaggi esterni ed interni. Al contrario, gli ingranaggi cilindrici interni possono ingranare solo con ingranaggi esterni.

Due ingranaggi esterni ingranati hanno sensi di rotazione opposti, tuttavia, un ingranaggio interno ruota nella stessa direzione dell’ingranaggio esterno con cui è ingranato.

ingranaggi elicoidali

L’ ingranaggio elicoidale è costituito da ruote dentate i cui denti sono inclinati rispetto all’asse di rotazione. In altre parole, gli ingranaggi elicoidali sono un tipo di ingranaggio il cui profilo è costituito da denti elicoidali.

L’angolo che formano i denti di un ingranaggio elicoidale con il proprio asse di rotazione dipende dalla velocità angolare che deve trasmettere:

• Se la velocità angolare trasmessa è bassa, l’angolo deve essere compreso tra 5º e 10º.
• Se la velocità angolare trasmessa è media, l’angolo deve essere compreso tra 15º e 25º.
• Se la velocità angolare trasmessa è elevata, l’angolo dovrebbe essere di circa 30º.

In sintesi, il funzionamento di un ingranaggio elicoidale è simile a quello di un ingranaggio rettilineo, poiché la sua funzione è quella di trasmettere il moto rotatorio. Tuttavia gli ingranaggi elicoidali consentono la trasmissione del moto circolare in modo diverso grazie alla particolare forma dei loro denti.

Gli ingranaggi elicoidali sono classificati nelle seguenti tipologie:

• Ingranaggi elicoidali ad albero trasversale : gli assi degli ingranaggi elicoidali si incrociano. Questo è il tipo più semplice di ingranaggi elicoidali.
• Ingranaggi elicoidali con alberi paralleli : gli assi degli ingranaggi elicoidali sono paralleli. Per poter funzionare correttamente, i denti dei due ingranaggi accoppiati devono avere lo stesso angolo di inclinazione ma in direzioni opposte. In questo tipo di ingranaggi elicoidali, oltre alla potenza rotazionale trasmessa, viene prodotta una forza assiale.
• Ingranaggi elicoidali doppi (o ingranaggi elicoidali a spina di pesce) : il profilo di questo tipo di ingranaggi elicoidali è formato da due denti elicoidali, formando così un profilo a V. La doppia dentatura di questo tipo di ingranaggi elicoidali serve ad eliminare la forza assiale che si forma quando gli assi sono paralleli.

ingranaggi conici

L’ ingranaggio conico è costituito da ruote dentate i cui denti sono di forma conica. In poche parole, gli ingranaggi conici sono un tipo di ingranaggio a forma di tronco di cono.

La caratteristica principale di questa tipologia di ingranaggi è che permettono di trasmettere un movimento rotatorio tra due assi che si intersecano. Sebbene gli assi di un sistema di ingranaggi conici siano normalmente perpendicolari, possono anche essere progettati per funzionare con un’altra angolazione.

Generalmente gli ingranaggi conici sono realizzati in ghisa, leghe di acciaio o alluminio. Tuttavia, a seconda dell’utilizzo, gli ingranaggi conici possono essere realizzati anche con materiali non metallici, sebbene ciò sia molto raro.

All’interno degli ingranaggi conici si possono distinguere diversi sottotipi di ingranaggi:

• Ingranaggi conici a denti dritti : tipo di ingranaggio conico a denti dritti.
• Ingranaggi conici a denti elicoidali – Un tipo di ingranaggio conico con denti angolati.
• Ingranaggi conici a denti a spirale : un tipo di ingranaggio conico i cui denti hanno una forma a spirale.
• Ingranaggi conici ipoidi : tipo di ingranaggio conico la cui superficie primitiva è iperbolica.

Altri tipi di ingranaggi

Generalmente, gli ingranaggi sono classificati in tre tipi: ingranaggi cilindrici, elicoidali e conici, come discusso in precedenza. Tuttavia, ci sono altri tipi di ingranaggi che è importante conoscere.

• Vite senza fine : Nel meccanismo a vite senza fine, una vite a ingranaggio elicoidale ingrana con un ingranaggio diritto o elicoidale. In questo modo viene trasmesso un movimento circolare tra due assi perpendicolari.
• Ingranaggio a cremagliera : Nel meccanismo a cremagliera, una ruota dentata (pignone) ingrana con una cremagliera. Questo tipo di ingranaggio viene utilizzato per trasformare un movimento circolare in un movimento lineare.
• Ingranaggi a catena : Gli ingranaggi non ingranano tra loro, ma il movimento circolare delle ruote dentate è trasmesso da una catena.

ingranaggio del treno

Un treno di ingranaggi è un meccanismo di trasmissione circolare costituito da una serie di ingranaggi. In altre parole un treno di ingranaggi è un sistema formato da più ruote dentate collegate tra loro.

Il treno di ingranaggi consente un rapporto di trasmissione molto più elevato rispetto a una singola marcia. Pertanto, un treno di ingranaggi serve ad aumentare o ridurre la velocità angolare di un albero in misura maggiore rispetto a un singolo ingranaggio. D’altro canto un ingranaggio occupa generalmente più spazio di un semplice ingranaggio formato da due ruote dentate.

Nell’immagine seguente potete vedere un esempio di un treno di ingranaggi, più precisamente si tratta di un treno composto da cinque ingranaggi: la marcia in ingresso, una doppia marcia, una marcia folle e la marcia in uscita. Uscita.

Il meccanismo inizia dalla ruota di input, che è la ruota sinistra. Quando viene applicato il movimento rotatorio all’ingranaggio di ingresso, ruotano anche gli ingranaggi successivi poiché le ruote sono ingranate insieme.

In questo caso la velocità di rotazione viene aumentata in due fasi. Innanzitutto, la ruota di ingresso ha più denti del suo ingranaggio, quindi la velocità angolare aumenta. Questo ingranaggio è un doppio ingranaggio che ha un altro ingranaggio accoppiato al suo albero, e detto ingranaggio ha anche più denti dell’ingranaggio di uscita, quindi la velocità angolare aumenta per la seconda volta.

Rapporto di trasmissione di un ingranaggio

Il rapporto di trasmissione è il rapporto tra le velocità di rotazione di due ingranaggi. Nello specifico, il rapporto di trasmissione di due ingranaggi è definito come il rapporto tra la velocità angolare dell’ingranaggio di uscita e la velocità angolare dell’ingranaggio di ingresso.

Oro:

• 

  è il rapporto di trasmissione.

• 

  è la velocità angolare della ruota di input.

• 

  è la velocità angolare della ruota di uscita.

• 

  è il numero di denti dell’ingranaggio di ingresso.

• 

  è il numero di denti dell’ingranaggio di uscita.

• 

  è il diametro della ruota di input.

• 

  è il diametro della ruota di uscita.

Dalla formula del rapporto di trasmissione possiamo dedurre quanto segue:

• i>1 : Se il rapporto di trasmissione è maggiore di 1, significa che la velocità angolare in uscita è maggiore della velocità angolare in ingresso. Pertanto, il numero di denti e il diametro dell’ingranaggio di uscita sono inferiori al numero di denti e al diametro dell’ingranaggio di ingresso.
• i<1 : se il rapporto di trasmissione è inferiore a 1 significa che la velocità angolare in uscita è inferiore alla velocità angolare in ingresso. Pertanto, il numero di denti e il diametro dell’ingranaggio di uscita sono maggiori del numero di denti e del diametro dell’ingranaggio di ingresso.
• i=1 : se il rapporto di trasmissione è uguale a 1, ciò implica che la velocità angolare in uscita è equivalente alla velocità angolare in ingresso. Pertanto il numero di denti e il diametro delle due ruote sono identici.

Vantaggi e svantaggi degli ingranaggi

Rispetto ad altri tipi di meccanismi di trasmissione del moto, gli ingranaggi presentano i seguenti vantaggi e svantaggi:

Vantaggi degli ingranaggi:

• Non c’è possibilità di scivolare tra gli ingranaggi, riducendo così i guasti al meccanismo.
• Gli ingranaggi possono trasmettere potenze elevate.
• Le prestazioni meccaniche degli ingranaggi sono elevate.
• In generale, gli ingranaggi richiedono poca manutenzione.
• Gli ingranaggi generalmente occupano poco spazio.

Svantaggi degli ingranaggi :

• Gli ingranaggi sono difficili da realizzare.
• Pertanto, il prezzo degli ingranaggi è generalmente più elevato rispetto ad altri tipi di meccanismi.
• Anche se il rumore prodotto dipende dal tipo di ingranaggio utilizzato, generalmente si tratta di un sistema di trasmissione del moto rumoroso.