Gli ingranaggi a vite senza fine sono componenti di trasmissione di potenza utilizzati principalmente come riduzioni ad alto rapporto per cambiare la direzione di rotazione dell'albero e per diminuire la velocità e aumentare la coppia tra alberi rotanti non paralleli. Vengono utilizzati su alberi con assi perpendicolari non intersecanti. Poiché i denti degli ingranaggi che ingranano scivolano uno accanto all'altro, gli ingranaggi a vite senza fine sono inefficienti rispetto ad altre trasmissioni a ingranaggi, ma possono produrre massicce riduzioni di velocità in spazi molto compatti e quindi hanno molte applicazioni industriali. Essenzialmente, gli ingranaggi a vite senza fine possono essere classificati come a singolo e doppio avvolgimento, che descrive la geometria dei denti ingranati. Qui vengono descritti gli ingranaggi a vite senza fine insieme a una discussione sul loro funzionamento e sulle applicazioni comuni.

Ingranaggi a vite senza fine cilindrici

La forma base della vite senza fine è la cremagliera evolvente mediante la quale vengono generati gli ingranaggi cilindrici. I denti della cremagliera hanno pareti diritte ma quando vengono utilizzati per generare i denti sugli sbozzi degli ingranaggi producono la familiare forma curva del dente dell'ingranaggio cilindrico evolvente. Questa forma di dente a cremagliera si avvolge essenzialmente attorno al corpo del verme. L'accoppiamento ruota elicoidale è composto daingranaggio elicoidalei denti tagliati con un angolo che corrisponde all'angolo del dente del verme. La vera forma dello sperone si verifica solo nella sezione centrale della ruota, poiché i denti si curvano per avvolgere la vite senza fine. L'azione di ingranamento è simile a quella di una cremagliera che aziona un pignone, tranne per il fatto che il movimento traslatorio della cremagliera è sostituito dal movimento rotatorio della vite senza fine. La curvatura dei denti della ruota è talvolta descritta come “golata”.

I worm avranno almeno uno e fino a quattro (o più) thread o inizi. Ogni filo impegna un dente sulla ruota elicoidale, che ha molti più denti e un diametro molto maggiore rispetto alla vite senza fine. I vermi possono girare in entrambe le direzioni. Le ruote a vite senza fine di solito hanno almeno 24 denti e la somma delle filettature della vite senza fine e dei denti della ruota dovrebbe normalmente essere maggiore di 40. Le viti a vite senza fine possono essere realizzate direttamente sull'albero o separatamente e infilate su un albero successivamente.
Molti riduttori a vite senza fine sono teoricamente autobloccanti, cioè non possono essere azionati all'indietro dalla ruota elicoidale, un vantaggio in molti casi come il sollevamento. Laddove la guida all'indietro è una caratteristica desiderata, la geometria della vite senza fine e della ruota può essere adattata per consentirla (spesso richiedendo più avviamenti).
Il rapporto di velocità della vite senza fine e della ruota è determinato dal rapporto tra il numero di denti della ruota e le filettature della vite senza fine (non dai loro diametri).
Poiché la vite senza fine subisce un'usura comparativamente maggiore rispetto alla ruota, spesso vengono utilizzati materiali diversi per ciascuna, come una vite senza fine in acciaio temprato che guida una ruota in bronzo. Sono disponibili anche ruote elicoidali in plastica.

Ingranaggi a vite senza fine a singolo e doppio avvolgimento

L'avvolgimento si riferisce al modo in cui i denti della ruota elicoidale si avvolgono parzialmente attorno alla vite senza fine o i denti della vite senza fine si avvolgono parzialmente attorno alla ruota. Ciò fornisce una maggiore area di contatto. Un ingranaggio a vite senza fine a singolo avvolgimento utilizza una vite senza fine cilindrica per ingranare con i denti a gola della ruota.
Per garantire una superficie di contatto tra i denti ancora maggiore, a volte la vite senza fine stessa ha la forma di una clessidra, per adattarsi alla curvatura della ruota elicoidale. Questa configurazione richiede un attento posizionamento assiale della vite senza fine. Gli ingranaggi a vite senza fine a doppio avvolgimento sono complessi da lavorare e trovano meno applicazioni rispetto agli ingranaggi a vite senza fine a singolo avvolgimento. I progressi nella lavorazione hanno reso i progetti a doppio involucro più pratici rispetto al passato.
Gli ingranaggi elicoidali ad assi incrociati sono talvolta indicati come ingranaggi a vite senza fine. È probabile che un morsetto per aereo abbia un design non avvolgente.

Applicazioni

Un'applicazione comune per i riduttori a vite senza fine sono le trasmissioni a nastro trasportatore poiché il nastro si muove relativamente lentamente rispetto al motore, rendendo necessario una riduzione ad alto rapporto. La resistenza alla guida all'indietro attraverso la ruota elicoidale può essere utilizzata per impedire l'inversione del nastro quando il trasportatore si ferma. Altre applicazioni comuni riguardano attuatori di valvole, martinetti e seghe circolari. A volte vengono utilizzati per l'indicizzazione o come azionamenti di precisione per telescopi e altri strumenti.
Il calore è un problema con gli ingranaggi a vite senza fine poiché il movimento è essenzialmente tutto scorrevole, proprio come un dado su una vite. Per un attuatore per valvola, è probabile che il ciclo di lavoro sia intermittente e il calore si dissipi facilmente tra operazioni poco frequenti. Per un azionamento di trasportatori, possibilmente con funzionamento continuo, il calore gioca un ruolo importante nei calcoli di progettazione. Inoltre, per le trasmissioni a vite senza fine si consigliano lubrificanti speciali a causa delle elevate pressioni tra i denti e della possibilità di grippaggio tra i diversi materiali della vite senza fine e della ruota. Gli alloggiamenti per le trasmissioni a vite senza fine sono spesso dotati di alette di raffreddamento per dissipare il calore dell'olio. È possibile ottenere quasi qualsiasi livello di raffreddamento, quindi i fattori termici per gli ingranaggi a vite senza fine sono una considerazione ma non una limitazione. Si consiglia generalmente che gli oli rimangano al di sotto dei 200 ° F affinché vi sia un funzionamento efficace di qualsiasi trasmissione a vite senza fine.
Il backdriving può verificarsi o meno poiché dipende non solo dagli angoli dell'elica ma anche da altri fattori meno quantificabili come l'attrito e le vibrazioni. Per garantire che ciò accada sempre o non accada mai, il progettista della vite senza fine deve selezionare angoli dell'elica che siano sufficientemente ripidi o sufficientemente bassi da ignorare queste altre variabili. Una progettazione prudente suggerisce spesso di incorporare sistemi di frenatura ridondanti con azionamenti autobloccanti laddove è in gioco la sicurezza.
Gli ingranaggi a vite senza fine sono disponibili sia come unità supportate che come gruppi di ingranaggi. Alcune unità possono essere fornite con servomotori integrati o con design a più velocità.
Sono disponibili viti senza fine speciali di precisione e versioni senza gioco per applicazioni che prevedono riduzioni ad alta precisione. Alcuni produttori offrono versioni ad alta velocità.