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Guide alla progettazione di ingranaggi

Gioco dentatura post montaggio

Regolazione pratica del gioco dopo il montaggio: ranelle, boccole eccentriche, distanza fra assi, misurazione e rodaggio per un ingranaggio silenzioso.

Dopo che un treno di ingranaggi ha lasciato il banco di controllo ed è stato montato in un riduttore, il gioco è raramente esattamente quello previsto dal disegno. Gli accostamenti di lavorazione, i giochi dei cuscinetti, le tolleranze del foro del carter e i gradienti termici spostano il gioco reale dei fianchi dall'obiettivo di progetto. Quella regolazione finale del gioco in linea di montaggio è ciò che trasforma un insieme di pezzi dimensionalmente corretti in un ingranaggio silenzioso e durevole. Se fatta male, la coppia si blocca a caldo, batte durante l'inversione, oppure gira con un film d'olio che un ingranaggio troppo largo non riesce più a mantenere. Il gioco sulla carta è un intervallo, non un numero; il montaggio è il momento in cui la coppia cade dentro quell'intervallo, e il montatore è l'ultima persona che può affinare senza riaprire il carter.

Il metodo più comune in campo è il pacco di spessore tra l'anello esterno del cuscinetto e la spalla del carter, oppure tra la flangia del motore e l'adattatore del riduttore. Aggiungere spessori spinge il pignone più dentro la ruota e riduce il gioco; toglierli apre l'ingranamento. Gli spessori funzionano meglio su accoppiamenti di ruote dentate cilindriche a denti dritti ed elicoidali ad assi paralleli, dove un albero è fisso e l'altro può spostarsi rispetto ai propri cuscinetti, e su viti senza fine la cui posizione assiale viene regolata. Iniziate con il pacco di base del costruttore, montate a secco, misurate, poi aggiungete o togliete fogli da 0,05 o 0,10 millimetro uno alla volta. Ri-serrare le viti del carter alla coppia prima di rimisurare, perché lo stesso serraggio modifica leggermente la distanza fra assi. Gli spessori sono economici, ripetibili e non lasciano superfici di usura in movimento, motivo per cui restano la soluzione predefinita su riduttori, azionamenti per nastri trasportatori e cambi per ascensori.

Dove gli spessori sono impraticabili perché il carter è una fusione rigida senza flottamento assiale, i progettisti ricorrono a una boccola eccentrica o a un cartuccia cuscinetto regolabile. La boccola eccentricasi colloca tra l'anello esterno del cuscinetto e il foro; ruotandola di qualche grado il centro dell'albero si sposta lungo un piccolo arco, aprendo o chiudendo l'ingranamento in decimi di millimetro. Dadi autobloccanti o viti senza testa mantengono la boccola nell'angolo scelto. Questo metodo è standard su piccoli motoriduttori, teste di macchina utensile e alcuni alberi secondari di cambi per trattori. Offre un controllo più fine degli spessori su unità compatte, ma è sensibile all'installazione: la boccola deve essere completamente seduta e il bloccaggio serrato nella direzione corretta, altrimenti le vibrazioni spostano la regolazione durante le prime ore. Un trucco utile è tracciare una linea sulla flangia e sul carter prima della regolazione, così che la posizione di fabbrica possa essere ripristinata se la messa a punto va nella direzione sbagliata.

È utile ricordare che spostare la distanza fra assi non cambia soltanto il gioco. Avvicinando gli assi, i denti lavorano sulla parte interna del profilo, il piede sopporta più contatto e il gioco in testa si riduce; allontanandoli, la macchia di contatto si sposta verso l'esterno, i denti lavorano più sottili e il gioco cresce più velocemente di quanto la maggior parte degli ingegneri si aspetti. Per le ruote a denti dritti, una variazione di 0,01 millimetro nella distanza fra assi modifica tipicamente il gioco di circa 0,02 o 0,03 millimetri, perché il gioco si estende con l'angolo di pressione su entrambi i fianchi. Il gioco in testa è l'altro limite: una volta sceso sotto circa 0,25 modulo, si rischia l'interferenza tra la testa di un dente e il piede del dente accoppiato sotto carico. Il ciclo di regolazione quindi non è ridurre il gioco fino a farlo scomparire, ma avvicinare l'ingranamento fino a quando il gioco raggiunge il limite inferiore di specifica, poi verificare la macchia di contatto con pasta colorata.

Misurare il gioco al banco si fa in tre modi, a seconda dell'accessibilità. Un comparatore sul cerchio primario della ruota fissa, con la ruota accoppiata bloccata, dà la lettura tangenziale più pulita. Una spessimetro fatto scorrere tra i fianchi funziona attraverso un tappo di ispezione quando la coppia è già imbullonata. Il metodo del filo di piombo resta il più rapido per ruote grandi e lente: un filo di piombo morbido viene schiacciato tra i denti in presa, e lo spessore schiacciato sul lato senza contatto è il gioco. Prendete almeno quattro letture intorno alla circonferenza, perché una singola lettura nasconde l'ovalizzazione. Annotate la media e la dispersione; se la dispersione supera il trenta per cento della media, sospettate un'eccentricità o un albero piegato prima di toccare gli spessori. I comparatori digitali con funzione picco accelerano la misurazione, perché il montatore non deve seguire l'ago con lo sguardo mentre muove la ruota a mano.

Una volta che il gioco è in specifica, non consegnate subito il riduttore alla produzione. Fatelo girare a vuoto per un'ora, poi a un quarto di carico per un'altra ora, ascoltando le ruvidezze e controllando la temperatura del bagno. Toccate il carter con la mano; deve scaldarsi gradualmente, ma mai diventare troppo caldo da non poterlo tenere. Ricontrollate il gioco dopo questo rodaggio, perché l'assestamento dei cuscinetti, la rullatura delle superfici dei denti e una leggera contrazione termica possono spostare il valore di alcuni centesimi di millimetro. L'accettazione deve basarsi su tre cose insieme: il gioco entro la fascia concordata, la macchia di contatto che copre almeno il sessanta per cento dell'altezza del dente e il sessanta per cento della larghezza di fascia sul fianco di lavoro, e la temperatura dell'olio che si stabilizza entro i limiti del costruttore a carico nominale. Una scatola che supera il gioco ma urla a regime non è finita.

La regolazione ha un limite. Se anche il pacco spessori più spesso o la boccola eccentrica a fine corsa lasciano il gioco sopra la specifica superiore, il problema non è più in linea di montaggio. Punta a uno spessore del dente insufficiente su un componente, a un foro del carter sovradimensionato, a una fusione deformata, oppure a una distanza fra assi lavorata oltre la tolleranza del disegno. Forzare la chiusura dell'ingranaggio in quella fase, stringendo troppo i cuscinetti o inserendo spessori sulla flangia sbagliata, salderà la coppia solo al primo avviamento. A quel punto, la mossa giusta è fermarsi, fotografare la macchia di contatto e i valori misurati, e inviarli al costruttore con i disegni originali. Un pignone di ricambio con lo spessore corretto, oppure una boccola lavorata con il decentramento di cui la scatola ha realmente bisogno, costa meno di un riduttore che torna sul camion dell'assistenza.

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