Le viti senza fine sono componenti di trasmissione di potenza utilizzati principalmente come riduttori ad alto rapporto per cambiare il senso di rotazione dell'albero e per diminuire la velocità e aumentare la coppia tra alberi rotanti non paralleli. Vengono utilizzate su alberi con assi perpendicolari non intersecanti. Poiché i denti degli ingranaggi in presa scorrono l'uno sull'altro, le viti senza fine sono inefficienti rispetto ad altre trasmissioni a ingranaggi, ma possono produrre enormi riduzioni di velocità in spazi molto compatti e quindi trovano numerose applicazioni industriali. Essenzialmente, le viti senza fine possono essere classificate come a singolo e doppio inviluppo, che descrive la geometria dei denti in presa. Le viti senza fine sono descritte qui 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, tramite la quale vengono generati gli ingranaggi cilindrici. I denti della cremagliera hanno pareti dritte, ma quando vengono utilizzati per generare denti su ingranaggi grezzi, producono la familiare forma curva dei denti della ruota dentata cilindrica evolvente. Questa forma dei denti della cremagliera si avvolge essenzialmente attorno al corpo della vite senza fine. L'accoppiamento ruota elicoidale è composto daingranaggio elicoidaleDenti tagliati con un'angolazione che corrisponde a quella del dente della vite senza fine. La vera forma a sperone si trova solo nella sezione centrale della ruota, dove i denti si curvano per avvolgere la vite senza fine. L'azione di accoppiamento è simile a quella di una cremagliera che aziona un pignone, con la differenza che il moto traslatorio della cremagliera è sostituito dal moto rotatorio della vite senza fine. La curvatura dei denti della ruota è talvolta descritta come "a gola".

Le viti senza fine hanno almeno uno e fino a quattro (o più) principi, o filetti. Ogni filetto si innesta in un dente della ruota elicoidale, che ha molti più denti e un diametro molto maggiore rispetto alla vite stessa. Le viti senza fine possono ruotare in entrambe le direzioni. Le ruote elicoidali hanno solitamente almeno 24 denti e la somma dei filetti della vite senza fine e dei denti della ruota dovrebbe essere normalmente superiore a 40. Le viti senza fine possono essere realizzate direttamente sull'albero o separatamente e inserite successivamente sull'albero.
Molti riduttori a vite senza fine sono teoricamente autobloccanti, ovvero non possono essere azionati in senso inverso dalla ruota elicoidale, un vantaggio in molti casi, come il sollevamento. Laddove l'azionamento inverso sia 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 tra la ruota e la vite senza fine è determinato dal rapporto tra il numero di denti della ruota e il numero di filettature della vite senza fine (non dal loro diametro).
Poiché la vite senza fine è soggetta a un'usura relativamente maggiore rispetto alla ruota, spesso vengono utilizzati materiali diversi per entrambe, come una vite senza fine in acciaio temprato che aziona una ruota in bronzo. Sono disponibili anche ruote dentate 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. Questo fornisce una maggiore area di contatto. Una ruota elicoidale a singolo avvolgimento utilizza una vite senza fine cilindrica per ingranare con i denti a gola della ruota.
Per ottenere una superficie di contatto ancora maggiore con i denti, a volte la vite senza fine stessa presenta una gola, a forma di clessidra, per adattarsi alla curvatura della ruota elicoidale. Questa configurazione richiede un accurato posizionamento assiale della vite senza fine. Le viti senza fine a doppio avvolgimento sono complesse da lavorare e trovano meno applicazioni rispetto alle viti senza fine a singolo avvolgimento. I progressi nella lavorazione hanno reso i design a doppio avvolgimento più pratici rispetto al passato.
Gli ingranaggi elicoidali ad assi incrociati sono talvolta chiamati ingranaggi a vite senza fine non avvolgenti. È probabile che una pinza per aeromobili abbia un design non avvolgente.

Applicazioni

Un'applicazione comune per i riduttori a vite senza fine è la trasmissione a cinghia dei trasportatori, poiché la cinghia si muove relativamente lentamente rispetto al motore, rendendo necessario un rapporto di riduzione elevato. La resistenza al movimento inverso attraverso la ruota elicoidale può essere utilizzata per impedire l'inversione della cinghia quando il trasportatore si ferma. Altre applicazioni comuni riguardano attuatori per valvole, martinetti e seghe circolari. A volte vengono utilizzati per l'indicizzazione o come trasmissioni di precisione per telescopi e altri strumenti.
Il calore è un problema per le viti senza fine, poiché il movimento è essenzialmente scorrevole, proprio come quello di un dado su una vite. Per un attuatore di valvola, il ciclo di lavoro è probabilmente intermittente e il calore si dissipa facilmente tra operazioni poco frequenti. Per un azionamento di un trasportatore, con possibile funzionamento continuo, il calore gioca un ruolo importante nei calcoli di progettazione. Inoltre, si raccomandano lubrificanti speciali per le viti senza fine a causa delle elevate pressioni tra i denti e della possibilità di grippaggio tra i materiali diversi della vite senza fine e della ruota. Gli alloggiamenti per le viti senza fine sono spesso dotati di alette di raffreddamento per dissipare il calore dall'olio. È possibile ottenere quasi qualsiasi livello di raffreddamento, quindi i fattori termici per le viti senza fine sono un fattore da considerare, ma non una limitazione. Si raccomanda generalmente che la temperatura dell'olio rimanga al di sotto di 200 °F (90 °C) affinché qualsiasi vite senza fine funzioni efficacemente.
Il fenomeno del "back-driving" può verificarsi o meno, poiché dipende non solo dagli angoli d'elica, ma anche da altri fattori meno quantificabili come l'attrito e le vibrazioni. Per garantire che si verifichi sempre o mai, il progettista della trasmissione a vite senza fine deve selezionare angoli d'elica sufficientemente ripidi o sufficientemente bassi da ignorare queste altre variabili. Una progettazione prudente spesso suggerisce di integrare un sistema di frenatura ridondante con trasmissioni autobloccanti quando la sicurezza è in gioco.
Le viti senza fine sono disponibili sia come unità con carcassa che come gruppi di ingranaggi. Alcune unità possono essere fornite con servomotori integrati o in versione multivelocità.
Per applicazioni che richiedono riduzioni ad alta precisione, sono disponibili viti senza fine di precisione e versioni senza gioco. Alcuni produttori offrono anche versioni ad alta velocità.