Che cosa è un ingranaggio a vite senza fine?

Un ingranaggio a vite senza fine è un ingranaggio costituito da un albero con una filettatura a spirale che si innesta e guida una ruota dentata. Ingranaggi a vite senza fine sono un vecchio stile di marcia, e una versione di una delle sei macchine semplici. Fondamentalmente, un ingranaggio a vite senza fine è una vite appoggiata contro quello che sembra un ingranaggio standard con denti leggermente angolati e curvi.

Cambia il movimento di rotazione di 90 gradi e anche il piano di movimento cambia a causa della posizione del verme sulla ruota elicoidale (o semplicemente “la ruota”)., Sono tipicamente costituiti da un verme in acciaio e una ruota in ottone.

Figura 1. Ingranaggio a vite senza fine. La maggior parte dei vermi (ma non tutti) sono in fondo.

Come funzionano gli ingranaggi a vite senza fine

Un motore elettrico o un motore applica la potenza di rotazione tramite il verme. Il verme ruota contro la ruota e la faccia della vite spinge sui denti della ruota. La ruota viene spinta contro il carico.

Worm Gear Utilizza

Ci sono alcuni motivi per cui si dovrebbe scegliere un ingranaggio a vite senza fine su un ingranaggio standard.

Il primo è l’alto rapporto di riduzione., Un ingranaggio a vite senza fine può avere un rapporto di riduzione massiccia con poco sforzo-tutto quello che si deve fare è aggiungere circonferenza alla ruota. Quindi è possibile utilizzarlo per aumentare notevolmente la coppia o ridurre notevolmente la velocità. In genere occorrono riduzioni multiple di un gearset convenzionale per ottenere lo stesso livello di riduzione di un singolo ingranaggio a vite senza fine, il che significa che gli utenti di ingranaggi a vite senza fine hanno meno parti in movimento e meno posti per guasti.

Un secondo motivo per utilizzare un ingranaggio a vite senza fine è l’incapacità di invertire la direzione del potere., A causa dell’attrito tra il verme e la ruota, è praticamente impossibile che una ruota con forza applicata ad essa avvii il movimento del verme.

Su una marcia standard, l’ingresso e l’uscita possono essere ruotati in modo indipendente una volta applicata una forza sufficiente. Ciò richiede l’aggiunta di un backstop a un cambio standard, aumentando ulteriormente la complicazione del set di ingranaggi.

Perché non usare ingranaggi a vite senza fine

C’è un motivo particolarmente lampante per cui non si dovrebbe scegliere un ingranaggio a vite senza fine su un ingranaggio standard: la lubrificazione. Il movimento tra il verme e le facce degli ingranaggi della ruota è interamente scorrevole., Non c’è componente di rotolamento al contatto o all’interazione del dente. Questo li rende relativamente difficili da lubrificare.

I lubrificanti necessari sono di solito molto alta viscosità (ISO 320 e maggiore) e quindi sono difficili da filtrare, e i lubrificanti necessari sono tipicamente specializzati in quello che fanno, che richiede un prodotto per essere in loco specificamente per quel tipo di attrezzature.

Lubrificazione a vite senza fine

Il problema principale con un ingranaggio a vite senza fine è come trasferisce la potenza. È un vantaggio e una maledizione allo stesso tempo., Il movimento a spirale consente enormi quantità di riduzione in una quantità relativamente piccola di spazio per ciò che è necessario se un ingranaggio elicoidale standard sono stati utilizzati.

Questo movimento a spirale fa sì che una condizione incredibilmente problematica sia la modalità primaria di trasferimento di potenza. Questo è comunemente noto come attrito radente o usura scorrevole.

Con un set di ingranaggi tipico la potenza viene trasferita al punto di carico di picco sul dente (noto come apice o pitchline), almeno in una condizione di usura di rotolamento., Lo scorrimento avviene su entrambi i lati dell’apice, ma la velocità è relativamente bassa.

Con un ingranaggio a vite senza fine, il movimento scorrevole è l’unico trasferimento di potenza. Mentre il verme scorre attraverso il dente della ruota, si sfrega lentamente il film lubrificante, fino a quando non rimane pellicola lubrificante e, di conseguenza, il verme si sfrega sul metallo della ruota in un regime di lubrificazione limite. Quando la superficie del verme lascia la superficie della ruota, raccoglie più lubrificante e ricomincia il processo alla rivoluzione successiva.,

L’attrito volvente su un tipico dente dell’ingranaggio richiede poco in termini di film lubrificante per riempire gli spazi e separare i due componenti. Poiché lo scorrimento si verifica su entrambi i lati dell’apice del dente dell’ingranaggio, per superare tale carico è necessaria una viscosità del lubrificante leggermente superiore a quella strettamente necessaria per l’usura del rotolamento. Lo scorrimento avviene a una velocità relativamente bassa.

Il verme su un ingranaggio a vite senza fine gira e, mentre gira, si schiaccia contro il carico imposto sulla ruota., L’unico modo per impedire al verme di toccare la ruota è di avere uno spessore del film abbastanza grande da non far cancellare l’intera superficie del dente prima che quella parte del verme sia fuori dalla zona di carico.

Questo scenario richiede un tipo speciale di lubrificante. Non solo dovrà essere un lubrificante di viscosità relativamente alta (e maggiore è il carico o la temperatura, maggiore è la viscosità deve essere), deve avere un modo per aiutare a superare la condizione di scorrimento presente.

Leggi il modo giusto per lubrificare gli ingranaggi a vite senza fine per saperne di più su questo argomento.,

Viscosità

La viscosità è il fattore principale per impedire al verme di toccare la ruota in un set di ingranaggi a vite senza fine. Mentre il carico e le dimensioni degli ingranaggi determinano il lubrificante richiesto, una ISO 460 o ISO 680 è abbastanza comune e una ISO 1000 non è inaudita. Se hai mai provato a filtrare questa gamma di viscosità, sai che è problematico perché è probabile che nessuno dei filtri o delle pompe che hai in loco avrà le dimensioni o la valutazione adeguate per funzionare correttamente.

Pertanto, è probabile che sia necessario ottenere una pompa e un filtro specifici per questo tipo di unità., Un lubrificante viscoso richiede una pompa a funzionamento lento per impedire al lubrificante di attivare il bypass del filtro. Richiederà anche un filtro di grande superficie per consentire al lubrificante di fluire attraverso.

Tipi di lubrificante da cercare

Un tipo di lubrificante comunemente usato con ingranaggi a vite senza fine è oli per ingranaggi composti a base minerale., Non ci sono additivi che possono essere inseriti in un lubrificante in grado di superare indefinitamente l’usura scorrevole, ma la combinazione di additivi grassi naturali o sintetici negli oli per ingranaggi composti produce una buona lubrificazione, fornendo una misura extra di protezione dal contatto metallo-metallo.

Un altro tipo di lubrificante comunemente usato con ingranaggi a vite senza fine è oli per ingranaggi industriali a pressione estrema (EP) a base minerale. Ci sono alcuni problemi con questo tipo di lubrificante se si utilizza un ingranaggio a vite senza fine con un metallo giallo (ottone) componente., Tuttavia, se si hanno temperature di esercizio relativamente basse o nessun metallo giallo presente sulle superfici dei denti dell’ingranaggio, questo lubrificante funziona bene.

I lubrificanti per ingranaggi polialfaolefine (PAO) funzionano bene nelle applicazioni di ingranaggi a vite senza fine perché hanno naturalmente buone proprietà di lubrificazione. Con un olio per ingranaggi PAO, è necessario guardare il pacchetto additivo, perché questi possono avere additivi EP. Un olio per ingranaggi fortificato antiusura (AW) standard sarà in genere accettabile, ma controlla che le proprietà siano compatibili con la maggior parte dei metalli.,

L’autore raccomanda di osservare da vicino i metalli di usura nei test di analisi dell’olio per assicurarsi che il pacchetto AW non sia così reattivo da causare una significativa lisciviazione dall’ottone. L’effetto dovrebbe essere molto inferiore a quello che si vedrebbe con EP anche in uno scenario peggiore per la reattività AW, ma può apparire nei test sui metalli. Se avete bisogno di un lubrificante in grado di gestire temperature superiori o inferiori a quelle tipiche, è probabile che sia disponibile un prodotto adatto a base di PAO.

I glicoli polialcilenici (PAG), un quarto tipo di lubrificante, stanno diventando più comuni., Questi lubrificanti hanno eccellenti proprietà di lubrificazione e non contengono le cere che causano problemi a bassa temperatura con molti lubrificanti minerali, rendendoli un’eccellente scelta a bassa temperatura. Si deve prestare attenzione quando si utilizzano oli PAG perché non sono compatibili con oli minerali, e alcune guarnizioni e vernici.

Metallurgia degli ingranaggi a vite senza fine

Gli ingranaggi a vite senza fine più comuni sono realizzati con una ruota in ottone e un verme in acciaio. Questo perché la ruota in ottone è in genere più facile da sostituire rispetto al verme stesso. La ruota è realizzata in ottone perché è progettata per essere sacrificale.,

Nel caso in cui le due superfici entrino in contatto, il verme è marginalmente sicuro dall’usura perché la ruota è più morbida e quindi la maggior parte dell’usura si verifica sulla ruota. I rapporti di analisi dell’olio su questo tipo di unità mostrano quasi sempre un certo livello di rame e bassi livelli di ferro – come risultato della ruota sacrificale.

Questa ruota in ottone getta un altro problema nell’equazione di lubrificazione per ingranaggi a vite senza fine. Se un olio per ingranaggi EP zolfo-fosforo viene messo nella coppa di un ingranaggio a vite senza fine con una ruota in ottone e la temperatura è abbastanza alta, l’additivo EP si attiverà., Nei normali ingranaggi in acciaio, questa attivazione produce un sottile strato di ossidazione sulla superficie che aiuta a proteggere il dente dell’ingranaggio da carichi d’urto e altre condizioni meccaniche estreme.

Sulla superficie dell’ottone tuttavia, l’attivazione dell’additivo EP provoca una corrosione significativa dallo zolfo. In un breve lasso di tempo, si può perdere una parte significativa della superficie di carico della ruota e causare gravi danni.,

Altri materiali
Alcuni dei materiali meno comuni trovati nei set di ingranaggi a vite senza fine includono:

Vite senza fine in acciaio e ruota a vite senza fine in acciaio – Questa applicazione non ha le complicazioni EP di ingranaggi in ottone, ma non c’è spazio per errori costruito in un cambio come questo. Le riparazioni sui set di ingranaggi a vite senza fine con questa combinazione di metallo sono in genere più costose e richiedono più tempo rispetto a un set di ingranaggi a vite senza fine in ottone/acciaio. Questo perché il trasferimento di materiale associato al guasto rende sia il verme che la ruota inutilizzabili nella ricostruzione.,

Brass worm and brass worm wheel – Questa applicazione è molto probabilmente trovato in moderata a situazioni di carico leggero perché l’ottone può contenere solo fino a una minore quantità di carico. La selezione del lubrificante su questa combinazione metallica è flessibile a causa del carico più leggero, ma bisogna comunque considerare le restrizioni additive relative all’EP a causa del metallo giallo.

Plastica su metallo, su plastica e altre combinazioni simili-Questo si trova in genere in applicazioni di carico relativamente leggere, come la robotica e i componenti automobilistici., La selezione del lubrificante dipende dalla plastica in uso, perché molte varietà di plastica reagiscono agli idrocarburi nel lubrificante normale e quindi richiedono lubrificanti a base di silicio o altri lubrificanti non reattivi.

Anche se un ingranaggio a vite senza fine avrà sempre alcune complicazioni rispetto ad un set di ingranaggi standard, può facilmente essere un pezzo efficace e affidabile di attrezzature. Con un po ‘ di attenzione alla configurazione e alla selezione del lubrificante, gli ingranaggi a vite senza fine possono fornire un servizio affidabile e qualsiasi altro tipo di set di ingranaggi.

Lettura correlata
Ray Thibault. “Lubrificazione di ingranaggi a vite senza fine.,” Machinery Lubrication magazine. May-June 2001.