La differenza tra ingranaggi epicicloidali e ingranaggi cilindrici

Un ingranaggio cilindrico a denti dritti è un tipo di trasmissione meccanica che fa ruotare un albero esterno. La velocità angolare è proporzionale ai giri al minuto e può essere facilmente calcolata a partire dal rapporto di trasmissione. Tuttavia, per calcolare correttamente la velocità angolare, è necessario conoscere il numero di denti. Fortunatamente, esistono diversi tipi di ingranaggi cilindrici a denti dritti. Ecco una panoramica delle loro caratteristiche principali. Questo articolo tratta anche degli ingranaggi epicicloidali, che sono più piccoli, più robusti e con una maggiore densità di potenza.
Gli ingranaggi planetari sono un tipo di ingranaggio cilindrico a denti dritti

Una delle differenze più significative tra ingranaggi epicicloidali e ingranaggi cilindrici risiede nel modo in cui i due ripartiscono il carico. Gli ingranaggi epicicloidali sono molto più efficienti degli ingranaggi cilindrici, consentendo un elevato trasferimento di coppia in uno spazio ridotto. Questo perché gli ingranaggi epicicloidali hanno più denti anziché uno solo. Sono inoltre adatti sia per un funzionamento intermittente che continuo. Questo articolo illustrerà alcuni dei principali vantaggi degli ingranaggi epicicloidali e le loro differenze rispetto agli ingranaggi cilindrici.
Sebbene gli ingranaggi cilindrici a denti dritti siano più semplici degli ingranaggi epicicloidali, presentano alcune differenze fondamentali. Oltre ad essere più basilari, non richiedono tagli o angolazioni particolari. Inoltre, la forma dei denti degli ingranaggi cilindrici a denti dritti è molto più complessa di quella degli ingranaggi epicicloidali. Il design determina il punto di contatto tra i denti e la quantità di potenza disponibile. Tuttavia, un sistema di ingranaggi epicicloidali sarà più efficiente se i denti sono lubrificati internamente.
In un riduttore epicicloidale sono presenti tre alberi: un ingranaggio solare, un portaplanetari e una corona dentata esterna. Un riduttore epicicloidale è progettato per consentire l'arresto del movimento di un albero, mentre gli altri due lavorano simultaneamente. Oltre al funzionamento a due alberi, i riduttori epicicloidali possono essere utilizzati anche in sistemi a tre alberi, detti sistemi a tre alberi temporanei. Questi sistemi a tre alberi temporanei sono possibili grazie all'accoppiamento per attrito.
Tra i numerosi vantaggi degli ingranaggi epicicloidali spicca la loro adattabilità. Poiché il carico è ripartito tra più ingranaggi planetari, è più facile cambiare i rapporti di trasmissione, evitando così di dover acquistare un nuovo riduttore per ogni nuova applicazione. Un altro importante vantaggio degli ingranaggi epicicloidali è la loro elevata resistenza a carichi d'urto elevati e a condizioni di utilizzo gravose. Questo ne spiega l'impiego in svariati settori industriali.

Sono più robusti

Un treno di ingranaggi epicicloidali è un tipo di trasmissione che utilizza assi concentrici per l'ingresso e l'uscita. Questo tipo di trasmissione è spesso utilizzato nei veicoli con cambio automatico, come la Lamborghini Gallardo. Viene utilizzato anche nelle auto ibride. Questi tipi di trasmissioni sono inoltre più robusti rispetto ai tradizionali ingranaggi epicicloidali. Tuttavia, richiedono tempi di assemblaggio maggiori rispetto a un tradizionale ingranaggio ad assi paralleli.
Un sistema di ingranaggi epicicloidali è costituito da tre componenti principali: un albero di ingresso, un albero di uscita e un portaplanetari. Il numero di denti di ciascun ingranaggio determina il rapporto tra la velocità di rotazione in ingresso e quella in uscita. In alcuni casi, un sistema di ingranaggi epicicloidali può essere realizzato con due satelliti. Un terzo satelliti, detto portaplanetari, si innesta con il secondo satelliti e con l'ingranaggio solare per garantire la reversibilità. Una corona dentata è composta da diversi componenti, mentre un ingranaggio epicicloidale può contenere a sua volta molti ingranaggi.
Un treno di ingranaggi epicicloidali può essere costruito in modo che l'ingranaggio planetario ruoti all'interno del cerchio primitivo di una corona dentata esterna fissa, o "ingranaggio anulare". In tal caso, la curva del cerchio primitivo dell'ingranaggio planetario è detta ipocicloide. Quando i treni di ingranaggi epicicloidali vengono utilizzati in combinazione con un ingranaggio solare, il treno di ingranaggi epicicloidali è costituito da entrambi i tipi. L'ingranaggio solare è solitamente fisso, mentre la corona dentata è condotta.
Gli ingranaggi epicicloidali, noti anche come ingranaggi planetari, sono più resistenti rispetto ad altri tipi di trasmissione. Poiché i pianeti sono distribuiti uniformemente attorno al sole, presentano una distribuzione uniforme degli ingranaggi. Essendo più robusti, possono sopportare coppie, riduzioni e carichi a sbalzo maggiori. Sono inoltre più densi di energia e resistenti. Infine, gli ingranaggi epicicloidali possono spesso essere convertiti in vari rapporti di trasmissione.

Hanno una maggiore densità di potenza

L'ingranaggio planetario e la corona dentata di una trasmissione epicicloidale composta sono stadi epicicloidali. Una parte dell'ingranaggio planetario ingrana con l'ingranaggio solare, mentre l'altra parte aziona la corona dentata. I fianchi dei denti a ruota libera vengono utilizzati solo quando la trasmissione a ingranaggi funziona in direzione di carico invertita. L'ottimizzazione del fattore di asimmetria equalizza i fattori di sicurezza delle sollecitazioni di contatto di un ingranaggio planetario. La sollecitazione di contatto ammissibile, sHPd, e la sollecitazione di contatto massima di esercizio (sHPc) vengono equalizzate mediante l'ottimizzazione del fattore di asimmetria.
Inoltre, gli ingranaggi epicicloidali sono generalmente più piccoli e richiedono meno spazio rispetto a quelli elicoidali. Sono comunemente utilizzati come ingranaggi differenziali nei telai di precisione e nei telai per tessitura, dove fungono da riduttore di velocità Roper. Si differenziano per il rapporto di sovra-trasmissione e di sotto-trasmissione. Il rapporto di sovra-trasmissione varia dal quindici al quaranta percento. Al contrario, il rapporto di sotto-trasmissione varia da 0,87:1 a 0,69%.
Il riduttore del motore turboelica TV7-117S rappresenta la prima applicazione nota di ingranaggi epicicloidali con denti asimmetrici. Questo riduttore è stato sviluppato dalla CZPT Corporation per l'aereo turboelica Ilyushin Il-114. La configurazione del riduttore del TV7-117S è costituita da un primo stadio planetario-differenziale con tre ingranaggi planetari e da un secondo stadio coassiale di tipo solare con cinque ingranaggi planetari. Questa configurazione conferisce agli ingranaggi epicicloidali la massima densità di potenza.
Gli ingranaggi epicicloidali sono più robusti e in grado di trasmettere più potenza rispetto ad altri tipi di ingranaggi. Possono sopportare coppie, riduzioni e carichi a sbalzo maggiori. Le loro esclusive proprietà di autoallineamento li rendono inoltre estremamente versatili in applicazioni gravose. Sono anche più compatti e leggeri. Inoltre, gli ingranaggi epicicloidali sono più facili da produrre rispetto a quelli planetari. E, come ulteriore vantaggio, sono molto meno costosi.

Sono più piccoli

Gli ingranaggi epicicloidali sono piccoli dispositivi meccanici costituiti da un ingranaggio centrale "solare" e da uno o più ingranaggi intermedi esterni. Questi ingranaggi sono alloggiati in un portacorona o in una corona dentata e presentano diverse configurazioni di ingranamento. Il sistema può essere dimensionato e la velocità di rotazione può essere determinata dividendo il rapporto di trasmissione desiderato per il numero di denti per ingranaggio. Questo processo è noto come ingranaggio e viene utilizzato in molti tipi di sistemi di ingranaggi.
Gli ingranaggi epicicloidali sono noti anche come riduttori planetari. Hanno alberi di ingresso e di uscita disposti coassialmente. Ogni pianeta contiene una ruota dentata che si innesta con l'ingranaggio solare. Questi ingranaggi sono piccoli e facili da produrre. Un altro vantaggio degli ingranaggi epicicloidali è la loro robustezza. Sono facilmente convertibili in diversi rapporti di trasmissione. Sono anche molto efficienti. Inoltre, i treni di ingranaggi epicicloidali possono essere progettati per funzionare in più direzioni.
Un altro vantaggio degli ingranaggi epicicloidali è la loro dimensione ridotta. Sono spesso utilizzati per applicazioni su piccola scala. Il costo inferiore è associato alla riduzione dei tempi di produzione. Gli ingranaggi epicicloidali non devono essere realizzati su fresatrici a controllo numerico. Il supporto epicicloidale deve essere fuso e lavorato su una macchina dedicata, dotata di più utensili per il taglio del materiale. Il supporto epicicloidale è più piccolo dell'ingranaggio epicicloidale.
I sistemi di ingranaggi epicicloidali sono costituiti da tre componenti di base: un ingranaggio di ingresso, un ingranaggio di uscita e un componente fisso. Il numero di denti di ciascun ingranaggio determina il rapporto tra la rotazione in ingresso e quella in uscita. Tipicamente, questi gruppi di ingranaggi sono composti da tre parti separate: l'ingranaggio di ingresso, l'ingranaggio di uscita e il componente fisso. A seconda delle dimensioni dell'ingranaggio di ingresso e di quello di uscita, il rapporto tra i due componenti è maggiore della metà.

Hanno rapporti di trasmissione più elevati

Le differenze tra ingranaggi epicicloidali e ingranaggi tradizionali sono significative per molte applicazioni. In particolare, gli ingranaggi epicicloidali presentano rapporti di trasmissione più elevati. Ciò è dovuto al fatto che gli ingranaggi epicicloidali richiedono molteplici considerazioni sull'ingranamento. Gli ingranaggi epicicloidali sono progettati per calcolare il numero di cicli di applicazione del carico per unità di tempo. L'ingranaggio solare, ad esempio, ha una velocità di rotazione di +1300 giri/min. L'ingranaggio planetario, d'altra parte, ha una velocità di rotazione di +1700 giri/min. Anche la corona dentata ha una velocità di rotazione di +1400 giri/min, determinata dal numero di denti di ciascun ingranaggio.
La coppia è la forza di torsione di un ingranaggio e, maggiore è il diametro dell'ingranaggio, maggiore è la coppia. Tuttavia, poiché la coppia è anche proporzionale alle dimensioni dell'ingranaggio, raggi maggiori comportano una coppia inferiore. Inoltre, raggi minori non consentono alle auto di raggiungere velocità maggiori, quindi i rapporti di trasmissione più elevati non permettono di raggiungere velocità autostradali. Il compromesso tra velocità e coppia è rappresentato dal rapporto di trasmissione.
Gli ingranaggi epicicloidali utilizzano molteplici meccanismi per aumentare il rapporto di trasmissione. Quelli che utilizzano ingranaggi epicicloidali hanno più serie di ingranaggi, tra cui un ingranaggio solare, una corona e due ingranaggi planetari. Inoltre, gli ingranaggi planetari si basano su ingranaggi elicoidali, conici e cilindrici. In generale, i rapporti di trasmissione più elevati degli ingranaggi epicicloidali sono superiori a quelli degli ingranaggi planetari.
Un altro esempio di ingranaggi epicicloidali è l'ingranaggio planetario composto. Questo tipo di ingranaggio presenta due ingranaggi di dimensioni diverse alle estremità di un unico corpo fuso. L'estremità più grande si innesta sul sole, mentre l'estremità più piccola si innesta sull'anello. Gli ingranaggi planetari composti sono talvolta necessari per ottenere rapporti di trasmissione più piccoli. Come per qualsiasi ingranaggio, il corretto allineamento dei perni planetari è essenziale per un funzionamento corretto. Se i planetari non sono allineati correttamente, si possono verificare un funzionamento irregolare o guasti prematuri.

Modificato da CX il 15/11/2023