Riduttore ad alberi paralleli: principio di funzionamento, selezione e adattamento al servizio

Un riduttore ad assi paralleli è un riduttore che trasmette potenza tra due alberi che giacciono su assi paralleli, riducendo la velocità del motore e moltiplicando la coppia nel processo. Se una macchina azionata necessita di un rapporto compreso tra circa 1,25:1 e 200:1, un'efficienza superiore al 95% e un'unità che possa essere sottoposta a manutenzione senza smontare l'intero gruppo propulsore, questo layout è solitamente la risposta più economica. Essa smette di essere la risposta giusta quando la densità di coppia in uno spazio ristretto, o una disposizione dell'albero ad angolo retto, diventa il vincolo decisivo.

Ciò che segue riguarda la geometria, le scelte della superficie del dente che stabiliscono la reale capacità di carico, i controlli di selezione che impediscono guasti precoci e il confronto tra il design e le alternative planetarie e a vite senza fine nel normale servizio industriale.

Cosa definisce un riduttore ad ingranaggi ad alberi paralleli

La caratteristica distintiva è la geometria piuttosto che il tipo di ingranaggio: gli alberi di ingresso e di uscita corrono paralleli tra loro ma sono sfalsati da un interasse fisso e ogni stadio di riduzione è semplicemente una coppia di ingranaggi portati su quegli alberi paralleli.

Questa disposizione produce un alloggiamento lungo e relativamente basso, solitamente diviso orizzontalmente lungo la linea centrale dell'albero, il che rende semplice l'ispezione e la sostituzione dei cuscinetti. Le caratteristiche pratiche sono queste:

• Rapporto di stadi da circa 3:1 a 8:1 per coppia elicoidale; tre stadi raggiungono 200:1 e oltre.
• Gli ingranaggi elicoidali sono standard sopra i carichi leggeri perché il contatto sovrapposto dei denti distribuisce il carico e riduce il rumore; gli ingranaggi cilindrici rimangono comuni nel servizio lento e in retromarcia.
• Le opzioni di uscita includono alberi pieni con chiavette, alberi cavi con calettatori e montaggio con flangia o piedi.
• L'ingresso può essere accoppiato direttamente a un motore, dotato di puleggia o fornito come motoriduttore con il motore flangiato all'alloggiamento.
• L'efficienza è elevata e lo scorrimento è effettivamente pari a zero, quindi la velocità di uscita segue accuratamente la velocità di ingresso, il che è importante per le attività di misurazione e indicizzazione.

Come funziona il percorso di alimentazione e dove appaiono le perdite

Ciascuno stadio converte la velocità in coppia con una perdita di circa l'1-2%, quindi l'efficienza complessiva di un riduttore ad alberi paralleli è decisa principalmente dal numero di stadi che contiene piuttosto che da ogni singolo dettaglio di produzione.

Un'unità a due fasi in genere ottiene circa il 97%, un'unità a tre fasi circa dal 95 al 96%. Le perdite sono suddivise in tre aree: ingranamento dei denti, attrito dei cuscinetti e sbattimento dell'olio. La zangolatura è quella più spesso trascurata. Un cambio troppo pieno e lubrificato a sbattimento può spingere la temperatura della coppa oltre i 90 gradi Celsius anche quando la valutazione meccanica non è neanche lontanamente vicina al suo limite, e il conseguente degrado dell'olio riduce la durata dei cuscinetti molto prima che gli ingranaggi mostrino usura.

Questo è il motivo per cui la capacità termica deve essere verificata insieme alla capacità meccanica. A velocità di ingresso elevate o quando l'unità si trova in un involucro caldo senza flusso d'aria, la valutazione termica potrebbe essere il vincolo vincolante piuttosto che la coppia.

Opzioni della superficie del dente e capacità di carico

La durezza dei denti determina la quantità di coppia che può sopportare un determinato interasse e determina il prezzo più di qualsiasi altra scelta di specifica singola.

I denti temprati e rettificati non sono automaticamente l'acquisto migliore. Costano di più per unità e, a bassa potenza con un servizio delicato, la capacità extra viene semplicemente pagata e mai utilizzata. L'errore inverso è più costoso: specificare un'unità a denti teneri per un trasportatore che si avvia a pieno carico tre volte all'ora di solito finisce con la vaiolatura entro il primo anno.

Le nostre unità cilindriche temprate e medio-dure seguono le stesse convenzioni di alloggiamento e montaggio, quindi la dimensione del telaio può solitamente essere aggiornata con lo stesso ingombro se il servizio aumenta.

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Adeguamento del riduttore al servizio reale

La selezione dovrebbe iniziare dalla curva di coppia della macchina condotta, non dalla targa del motore, perché la coppia di avviamento, la coppia di spunto e i sovraccarichi momentanei sono ciò che effettivamente dimensiona il riduttore.

Risolvere questi punti prima di fissare la dimensione del telaio:

1. Fattore di servizio: circa 1,0 per carichi uniformi, 1,25 per urti moderati, 1,5 o superiore per urti forti e avviamenti frequenti.
2. Coppia di picco comprese le condizioni di avviamento e di stallo, non solo la coppia di funzionamento.
3. Velocità di uscita richiesta e sua tolleranza; un errore di velocità dell'1 o del 2% può compromettere un processo di misurazione o dosaggio.
4. Carichi radiali e assiali applicati all'albero di uscita tramite pulegge, ruote dentate o giunti.
5. Ciclo di lavoro in ore al giorno, avviamenti all'ora e eventuale inversione di marcia.
6. Temperatura ambiente, altitudine e aria di raffreddamento disponibile attorno all'alloggiamento.
7. Orientamento di montaggio, poiché il livello dell'olio e la posizione dello sfiato cambiano con esso.
8. Tolleranza del gioco se l'attrezzatura condotta ha requisiti di posizionamento.
9. Valutazione termica rispetto alla potenza effettivamente assorbita alle condizioni del sito.

Le unità di questa classe sono disponibili in un'ampia gamma di dimensioni e rapporti di telaio, il che rende pratico uno scambio simile quando un'unità esistente viene rivalutata.

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Disposizione ad albero parallelo vs planetario e a vite senza fine

Le unità ad alberi paralleli vincono in efficienza e costi di acquisto con rapporti moderati, le unità planetarie vincono in densità di coppia e montaggio coassiale e le unità a vite senza fine vincono in rapporto per stadio e nel sostenere un carico senza freno.

Il divario di efficienza è facile da sottovalutare. Su un'unità da 75 kW che funziona per 6.000 ore all'anno, la differenza tra il 96% e il 70% è di decine di migliaia di kilowattora all'anno, che normalmente supera la differenza di prezzo entro un paio d'anni. Se desideri un quadro più ampio prima di impegnarti, questa guida come funziona un riduttore industriale copre i fondamenti di ogni famiglia.

Laddove la macchina condotta necessita di una rotazione di 90 gradi, un'unità conica elicoidale ad angolo retto è solitamente preferita rispetto all'aggiunta di un riduttore di trasferimento separato, poiché ogni componente aggiuntivo aggiunge costi, lavoro di allineamento e un altro punto di lubrificazione.

Dove i riduttori ad alberi paralleli guadagnano terreno

Si presentano ovunque una macchina operatrice funzioni continuamente a potenza da moderata ad elevata e la trasmissione abbia spazio per un cambio in linea.

• Trasportatori a nastro e a catena nel settore minerario, portuale e nella movimentazione di materiali sfusi.
• Mulini a sfere e a barre, dove coppia elevata e velocità costante contano più della compattezza.
• Meccanismi di traslazione della gru, paranchi e traslazione lunga.
• Miscelatori, agitatori e addensatori con elevata coppia di spunto.
• Ausiliari dei laminatoi, impilatori-recuperatori e attrezzature per la perforazione di tubi.
• Estrusori, pompe e ventilatori negli impianti di processo.

La movimentazione di prodotti sfusi è l'utilizzo singolo più importante ed è anche il compito che punisce in modo più evidente la selezione sottodimensionata, poiché un trasportatore che si inceppa e riparte a pieno carico applica una coppia d'urto molto superiore al suo valore di funzionamento.

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Installazione e manutenzione che impediscono guasti prematuri

La maggior parte dei guasti prematuri del cambio sono dovuti all'allineamento, alla lubrificazione o allo sfiato piuttosto che ai denti degli ingranaggi stessi.

• Controllare l'allineamento dell'albero con un comparatore o uno strumento laser; bastano pochi centesimi di millimetro di errore angolare per caricare un cuscinetto in modo disomogeneo per mesi.
• Mantenere la tensione della cinghia e della catena entro i limiti stabiliti dal produttore, poiché un tensionamento eccessivo carica direttamente il cuscinetto di uscita.
• Utilizzare il grado di viscosità specificato per la temperatura ambiente effettiva e non riempire mai oltre il contrassegno del vetro spia.
• Scaricare e riempire dopo le prime 300-500 ore di funzionamento, quindi seguire un intervallo compreso tra 5.000 e 8.000 ore con campionamento dell'olio a ogni secondo servizio.
• Verificare che lo sfiatatoio e il tappo del livello dell'olio siano posizionati per l'orientamento di montaggio; un'unità ruotata da orizzontale a verticale senza scambiarle perderà o morirà di fame.
• Registrare il rumore e le vibrazioni al momento della messa in servizio in modo da poter confrontare le tendenze successive con un riferimento.

Per le unità immagazzinate, riempire d'olio, ruotare manualmente l'albero ogni mese e mantenere lo sfiato chiuso fino all'installazione. Un cambio rimasto all'aperto per un anno con uno sfiato aperto raccoglierà la condensa molto prima di raccogliere il carico.

Domande frequenti

Quale rapporto può raggiungere un riduttore ad alberi paralleli monostadio?

In pratica da 3:1 a 8:1 con ingranaggi elicoidali. Sono possibili rapporti monostadio più elevati, ma il pignone diventa piccolo e l'alloggiamento cresce, quindi due stadi sono generalmente più economici e più durevoli.

È possibile montare verticalmente un riduttore ad alberi paralleli?

Sì, ma le posizioni del livello dell'olio, dello sfiatatoio e dello scarico devono essere modificate per adattarsi all'orientamento. Un'unità predisposta per il montaggio orizzontale non deve essere ruotata senza verificare la disposizione di lubrificazione.

Gli ingranaggi elicoidali sono sempre migliori degli ingranaggi cilindrici?

Gli ingranaggi elicoidali funzionano in modo più silenzioso e trasportano più carico per unità di larghezza perché il contatto è graduale. Gli ingranaggi cilindrici costano meno, non producono spinta assiale e rimangono una scelta valida per i servizi lenti, in retromarcia o a bassa potenza.

Perché il mio cambio si surriscalda più del previsto?

Solitamente riempimento eccessivo, viscosità dell'olio non corretta, sfiato ostruito, sovraccarico prolungato o movimento d'aria insufficiente attorno all'alloggiamento. Controllare prima il livello dell'olio, poi la potenza termica rispetto all'effettiva potenza assorbita.

Un riduttore ad albero parallelo sostiene un carico senza freno?

Generalmente no. Con gli ingranaggi elicoidali o cilindrici l'efficienza è troppo elevata per l'autobloccaggio, quindi è necessario un freno di stazionamento o un dispositivo antiretro per trasportatori inclinati e paranchi.

Un riduttore ad assi paralleli è una macchina semplice che premia specifiche accurate più che un'installazione intelligente. Scegli il fattore di servizio, la durezza dei denti e la valutazione termica corretti, mantieni l'olio pulito e gli alberi allineati e un'unità ben scelta funzionerà per un decennio o più con nient'altro che cambi di fluido di routine. Iniziare con la coppia e il ciclo di lavoro della macchina azionata, quindi verificare le dimensioni del telaio rispetto ai limiti meccanici e termici prima di ordinare.