Progettazione di una ruota conica a doppia elica

Obiettivo di questa ricerca è la progettazione e realizzazione di una ruota conica a doppia elica, avente lo scopo di contenere le spinte sui cuscinetti e arrivare quindi a una riduzione dei costi e degli ingombri del sistema.

È noto come la ruota conica sia adatta alla trasmissione del moto e della coppia tra assi intersecanti per cui la ruota cilindrica, sebbene di più semplice realizzazione, non risulta adatta. Le geometrie più comuni per le ruote coniche sono a denti dritti, a spirale ed elicoidali. Tutte queste tipologie portano a caricare i cuscinetti sia assialmente che radialmente. Onde evitare cuscinetti di dimensioni importanti, in questo articolo si è cercato di studiare nuove geometrie di ruote coniche in grado di minimizzare i carichi radiali ed assiali e permettere l’impiego di cuscinetti più piccoli contenendo i costi del sistema. Ciò è analogo a quanto fatto nel passato per le ruote cilindriche (si pensi a Citroen), con la differenza che ora è possibile produrre geometrie complesse direttamente sulle macchine utensili senza la necessità di avere un grezzo di colata da utilizzare senza la possibilità di finiture superficiali. Questo grazie alle nuove macchine CNC a 5 assi e alla manifattura additiva.

Introduzione

La ruota conica a spirale ha una geometria dipendente dalla cinematica della macchina e dagli utensili utilizzati in fase di taglio. La tradizione ha fatto sì che alcune tipologie di ruote coniche assumessero addirittura il nome della macchina utensile con cui venivano generate: Gleason, Klingelnberg, Coniflex, Oerlikon…

Tra le ruote coniche, quelle aventi profili a spirale offrono particolari benefici rispetto a quelle a denti dritti, individuabili in una minore emissione acustica ed un funzionamento più regolare. A pari livello di coppia da trasmettere, le ruote coniche a spirale hanno anche ingombri ridotti rispetto a quelle a denti dritti [1].

Analizzando le forze agenti sugli ingranaggi conici a denti dritti, si nota come si abbiano tre componenti: radiale (Wr), assiale (Wa) e tangenziale (Wt) [2]. La Figura 1 mostra lo schema di carico di una ruota conica.

Anche le forze agenti su ingranaggi conici a spirale mostrano le stesse componenti [3]: radiale tangenziale e assiale. Queste, a livello di sistema, impattano sulle dimensioni dei cuscinetti che sorreggono gli alberi. Minimizzare queste forze significa quindi poter ridurre le dimensioni dei cuscinetti. La riduzione può essere applicata alle componenti assiali e radiali in quanto la componente tangenziale è direttamente legata alla coppia da trasmettere. La riduzione o annullamento della componente assiale, ad esempio, risulta possibile con ruote elicoidali a doppia elica, altresì chiamate herringbone.

Con lo sviluppo delle macchine CNC a 5 assi e di pacchetti software dedicati agli ingranaggi, le geometrie ottenibili diventano infinite.

Considerando che con geometrie a doppia elica risulta possibile ridurre le componenti assiali, l’obiettivo di questo lavoro è appunto lo sviluppo di un set a doppia elica a spirale per cercare di minimizzare le componenti assiali e radiali del carico così da poter progettare sistemi più leggeri e compatti.

 

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Source: Stampi
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