Gleasoningranaggi conici a spiralesono un tipo specializzato di ingranaggi conici progettati per trasmettere potenza tra alberi intersecanti, solitamente con un angolo di 90 gradi. Ciò che distingue il sistema Gleason è la sua geometria dei denti e il metodo di fabbricazione esclusivi, che garantiscono un movimento fluido, un'elevata capacità di coppia e un funzionamento silenzioso. Questi ingranaggi sono ampiamente utilizzati nelle trasmissioni automobilistiche, industriali e aerospaziali, dove affidabilità e precisione sono fondamentali.
Il sistema Gleason è stato sviluppato per migliorare il sistema dritto eingranaggi conici zerolintroducendo un dente curvo a spirale. Questa forma a spirale consente un innesto graduale tra i denti, riducendo significativamente rumore e vibrazioni e consentendo al contempo velocità di rotazione e capacità di carico più elevate. Il design migliora anche il rapporto di contatto e la resistenza superficiale, garantendo un'efficiente trasmissione di potenza in presenza di carichi pesanti o dinamici.
Ogni coppia di ingranaggi conici a spirale Gleason è composta da un pignone e da un ingranaggio di accoppiamento, prodotti con geometria accoppiata. Il processo di produzione è altamente specializzato. Inizia con la forgiatura o la fusione di precisione di grezzi in acciaio legato, come il 18CrNiMo7-6, seguiti da sgrossatura, dentatura o sagomatura per generare la forma iniziale dell'ingranaggio. Metodi avanzati come la lavorazione a 5 assi, la skiving e il taglio duro garantiscono un'elevata precisione dimensionale e una finitura superficiale ottimizzata. Dopo un trattamento termico come la carburazione (58-60 HRC), gli ingranaggi vengono sottoposti a lappatura o rettifica per ottenere un accoppiamento perfetto tra pignone e ingranaggio.
La geometria degli ingranaggi conici a spirale Gleason è definita da diversi parametri critici: angolo di spirale, angolo di pressione, distanza del cono primitivo e larghezza della faccia. Questi parametri vengono calcolati con precisione per garantire la corretta distribuzione del carico e la corretta configurazione del contatto dei denti. Durante l'ispezione finale, strumenti come la macchina di misura a coordinate (CMM) e l'analisi del contatto dei denti (TCA) verificano che il set di ingranaggi soddisfi la classe di precisione DIN 6 o ISO 1328-1 richiesta.
In funzione, spirale Gleasoningranaggi coniciOffrono elevata efficienza e prestazioni stabili anche in condizioni difficili. I denti curvi garantiscono un contatto continuo, riducendo la concentrazione di sollecitazioni e l'usura. Questo li rende ideali per differenziali automobilistici, cambi di camion, macchinari pesanti, sistemi di propulsione marini e utensili elettrici. Inoltre, la possibilità di personalizzare la geometria dei denti e la distanza di montaggio consente agli ingegneri di ottimizzare il progetto in base a specifici vincoli di coppia, velocità e spazio.
Ingranaggio conico a spirale tipo Gleason — tabella di calcolo chiave
| Articolo | Formula / Espressione | Variabili / Note |
|---|---|---|
| Parametri di input | (z_1,\ z_2,\ m_n,\ \alpha_n,\ \Sigma,\ b,\ T) | denti del pignone/ingranaggio (z); modulo normale (m_n); angolo di pressione normale (\alpha_n); angolo dell'albero (\Sigma); larghezza della faccia (b); coppia trasmessa (T). |
| Diametro di riferimento (medio) | (d_i = z_i , m_n) | i = 1 (pignone), 2 (ingranaggio). Diametro medio/di riferimento nella sezione normale. |
| Angoli di inclinazione (cono) | (\delta_1,\ \delta_2) tale che (\delta_1+\delta_2=\Sigma) e (\dfrac{\sin\delta_1}{d_1}=\dfrac{\sin\delta_2}{d_2}) | Calcolare gli angoli del cono in base alle proporzioni dei denti e all'angolo dell'albero. |
| Distanza del cono (distanza dell'apice del passo) | (R = \dfrac{d_1}{2\sin\delta_1} = \dfrac{d_2}{2\sin\delta_2}) | Distanza tra l'apice del cono e il cerchio primitivo misurata lungo la generatrice. |
| Passo circolare (normale) | (p_n = \pi m_n) | Passo lineare nella sezione normale. |
| Modulo trasversale (circa) | (m_t = \dfrac{m_n}{\cos\beta_n}) | (\beta_n) = angolo spirale normale; trasforma tra sezioni normali e trasversali secondo necessità. |
| Angolo spirale (relazione media/trasversale) | (\tan\beta_t = \tan\beta_n \cos\delta_m) | (\delta_m) = angolo medio del cono; utilizzare le trasformazioni tra angoli normali, trasversali e spirale media. |
| Raccomandazione sulla larghezza del viso | (b = k_b , m_n) | (k_b) in genere scelto tra 8 e 20 a seconda delle dimensioni e dell'applicazione; consultare la pratica di progettazione per il valore esatto. |
| Addendum (media) | (a \circa m_n) | Approssimazione standard dell'addendum a profondità completa; utilizzare le tabelle esatte delle proporzioni dei denti per valori precisi. |
| Diametro esterno (punta) | (d_{o,i} = d_i + 2a) | io = 1,2 |
| Diametro della radice | (d_{f,i} = d_i – 2h_f) | (h_f) = dedendum (dalle proporzioni del sistema di ingranaggi). |
| Spessore circolare del dente (circa) | (s \approx \dfrac{\pi m_n}{2}) | Per la geometria dello smusso, utilizzare lo spessore corretto dalle tabelle dei denti per garantire la precisione. |
| Forza tangenziale sul cerchio primitivo | (F_t = \dfrac{2T}{d_p}) | (T) = coppia; (d_p) = diametro primitivo (utilizzare unità coerenti). |
| Sollecitazione di flessione (semplificata) | (\sigma_b = \dfrac{F_t \cdot K_O \cdot K_V}{b \cdot m_n \cdot Y}) | (K_O) = fattore di sovraccarico, (K_V) = fattore dinamico, (Y) = fattore di forma (geometria di flessione). Utilizzare l'equazione di flessione AGMA/ISO completa per la progettazione. |
| Stress di contatto (tipo Hertz, semplificato) | (\sigma_H = C_H \sqrt{\dfrac{F_t}{d_p , b} \cdot \dfrac{1}{\frac{1-\nu_1^2}{E_1}+\frac{1-\nu_2^2}{E_2}}}) | (C_H) costante geometrica, (E_i,\nu_i) moduli elastici del materiale e coefficienti di Poisson. Utilizzare le equazioni complete dello stress di contatto per la verifica. |
| Rapporto di contatto (generale) | (\varepsilon = \dfrac{\text{arco d'azione}}{\text{passo di base}}) | Per gli ingranaggi conici, effettuare il calcolo utilizzando la geometria del cono primitivo e l'angolo della spirale; in genere la valutazione avviene tramite tabelle di progettazione degli ingranaggi o software. |
| Numero virtuale di denti | (z_v \approx \dfrac{d}{m_t}) | Utile per controlli di contatto/sottosquadro; (m_t) = modulo trasversale. |
| Controllo minimo dei denti/sottosquadro | Utilizzare la condizione minima dei denti in base all'angolo a spirale, all'angolo di pressione e alle proporzioni dei denti | Se (z) è inferiore al minimo, è necessario un sottosquadro o un utensile speciale. |
| Impostazioni macchina/fresa (fase di progettazione) | Determinare gli angoli della testa di taglio, la rotazione della culla e l'indicizzazione dalla geometria del sistema di ingranaggi | Queste impostazioni derivano dalla geometria dell'ingranaggio e dal sistema di fresatura; seguire la procedura della macchina/utensili. |
Le moderne tecnologie di produzione, come le macchine per il taglio e la rettifica di ingranaggi conici a controllo numerico, garantiscono qualità costante e intercambiabilità. Integrando la progettazione assistita da computer (CAD) e la simulazione, i produttori possono eseguire reverse engineering e test virtuali prima della produzione effettiva. Ciò riduce al minimo i tempi di consegna e i costi, migliorando al contempo precisione e affidabilità.
In sintesi, gli ingranaggi conici a spirale Gleason rappresentano la combinazione perfetta di geometria avanzata, resistenza dei materiali e precisione di fabbricazione. La loro capacità di garantire una trasmissione di potenza fluida, efficiente e duratura li ha resi un componente indispensabile nei moderni sistemi di trasmissione. Che siano utilizzati nei settori automobilistico, industriale o aerospaziale, questi ingranaggi continuano a definire l'eccellenza nel movimento e nelle prestazioni meccaniche.
Data di pubblicazione: 24-10-2025