Una coppia ingranaggio-pignone è il cuore della maggior parte dei sistemi di trasmissione della potenza, ed è anche dove gli errori di progettazione compaiono per primi — come rumore, usura prematura o una trasmissione che semplicemente non dura. Il pignone, essendo il componente più piccolo e più veloce, ha più ingranaggi al minuto e quindi si usura più velocemente dell'ingranaggio. Fare bene la coppia significa trattare i due componenti come un sistema abbinato piuttosto che due pezzi separati, e prestare attenzione ad alcuni parametri che determinano se la trasmissione funziona silenziosamente per anni o si guasta in pochi mesi.
La prima decisione è il numero di denti del pignone. Un pignone con troppo pochi denti soffre di sotto-taglio (undercut) — l'utensile da taglio rimuove materiale alla radice del dente, indebolendolo e riducendo il rapporto di contatto. Per un ingranaggio diritto standard con angolo di pressione di 20 gradi, il minimo pratico è circa 17 denti; al di sotto è necessario uno spostamento del profilo o un angolo di pressione maggiore per evitare il sotto-taglio. Più denti sul pignone significano generalmente una trasmissione più fluida e silenziosa perché aumenta il rapporto di contatto, ma impongono anche un ingranaggio più grande per lo stesso rapporto di riduzione, il che aggiunge dimensioni e costo. Un punto di partenza comune per le trasmissioni industriali è 18–24 denti sul pignone, con l'ingranaggio dimensionato per la riduzione richiesta.
Poi vengono il modulo e la larghezza del dente. Il modulo deve essere abbastanza grande da permettere al dente del pignone di sopportare la coppia di picco senza rottura per flessione — un rapido calcolo di resistenza alla flessione in fase di progettazione rileva la maggior parte dei moduli sottodimensionati. La larghezza del dente è generalmente espressa come rapporto con il modulo (larghezza / modulo), e 8–12 è tipico per gli ingranaggi industriali generali. Una larghezza superiore a 14 volte il modulo dà rendimenti decrescenti perché errori di allineamento e flessione dell'albero causano una distribuzione diseguale del carico sulla larghezza, concentrando l'usura a un'estremità del dente. Per applicazioni ad alta velocità o basso rumore, gli ingranaggi elicoidali sono preferiti ai diritti perché l'ingranamento graduale riduce urto e rumore, sebbene introducano una spinta assiale che i cuscinetti devono assorbire.
L'abbinamento dei materiali è un dettaglio spesso trascurato. In una coppia ben progettata, il pignone è più duro dell'ingranaggio — tipicamente di 30–50 HB — in modo che l'usura si distribuisca uniformemente invece di graffiare il dente più morbido del pignone. Un abbinamento comune è un pignone cementato a 58–62 HRC che funziona con un ingranaggio temprato a 280–320 HB, o entrambi temprati con il pignone di un grado di durezza superiore. Acciaio inossidabile o bronzo possono essere usati in ambienti soggetti a corrosione o di grado alimentare, ma hanno una capacità di carico inferiore e richiedono un modulo ingrandito. Il lubrificante e la temperatura di esercizio prevista influenzano anche la scelta del materiale, specialmente quando la resistenza al pitting è critica.
La precisione di lavorazione deve corrispondere all'applicazione. Un pignone per riduttore ad alta velocità può richiedere rettifica IT5–IT6 e una rugosità del fianco di Ra 0,4 µm o migliore, mentre un pignone per un trasportatore lento può essere fresato a IT8 e funzionare in modo affidabile. Il pignone è quasi sempre tenuto a una tolleranza più stretta dell'ingranaggio perché le sue dimensioni ridotte facilitano la finitura precisa e perché qualsiasi errore del pignone si ripete più frequentemente. Runout, errore di passo ed errore di linea del fianco sono le tre dimensioni da osservare — il runout causa rumore periodico, l'errore di passo genera un fischio ad alta frequenza, e l'errore di linea causa un contatto diseguale sulla larghezza.
Nel nostro stabilimento progettiamo e lavoriamo coppie ingranaggio-pignone su disegno, con fresatura, rettifica e ispezione interne fino a IT4. Inviateci la vostra distanza tra assi, rapporto di riduzione, coppia e velocità, e vi consiglieremo il numero di denti del pignone, il modulo, l'abbinamento dei materiali e la classe di precisione che offrono la maggiore durata al minor costo — invece di sovradimensionare ogni dimensione.