Come funzionano Riduttori e Motoriduttori - Rotismi - Treni di Ingranaggi

Un rotismo è una successione di ruote dentate ingranate tra loro, in modo che la rotazione di una provoca la rotazione delle altre.

Questo semplice sistema è la base di molte macchine per la trasmissione dell'energia cinetica da un motore di qualunque tipo ad un elemento utilizzatore.

In questo video vedremo i principi dei rotismi.

La loro applicazione nei riduttori e come questi fanno parte dei motoriduttori.

JAES, impegnata da oltre 10 anni nel settore delle forniture industriali,

offre nel suo catalogo ogni tipo di riduttore di velocità e motoriduttore dei maggiori costruttori.

Un rotismo è una successione di ruote dentate ingranate tra loro, chiamate anche traino di ingranaggi, in cui la rotazione di una provoca la rotazione delle altre.

Prendiamo come esempio il modello più semplice possibile, cioè un accoppiamento di due ingranaggi, uno di 0,3 metri di raggio con 30 denti e uno di 0,6 metri di raggio con 60 denti.

Il numero di denti di un ingranaggio è proporzionale al diametro del suo cerchio primitivo, le circonferenze primitive di una coppia di ruote dentate sono quindi tangenti fra di loro e formano una linea di contatto durante l'ingranamento.

L'ingranaggio che trasmette il moto si definisce ruota conduttrice o motrice, mentre quello che riceve il movimento si definisce ruota condotta o mossa.

Poniamo che l'ingranaggio più piccolo sia collegato a un motore elettrico, che sia quindi motrice, come si può vedere, ruota in senso orario e l'ingranaggio più grande collegato ad esso assume una rotazione antioraria.

Si può notare anche che la velocità di rotazione dell'ingranaggio condotto è diversa, è più lenta, non tanto per la grandezza che hanno gli ingranaggi, ma dal rapporto che c'è fra i loro diametri e di conseguenza dal loro numero di denti, che prende il nome di rapporto di trasmissione.

Calcolarlo è molto semplice, basta prendere il diametro della ruota condotta e dividerlo per quello della ruota motrice, si può fare lo stesso calcolo anche con i raggi o il numero di denti, in questo caso il rapporto di trasmissione è 2, cioè 2 a 1, che significa che la ruota motrice deve girare due volte per far girare una volta la ruota condotta, quindi ci troviamo di fronte a un esempio di riduttore di velocità.

Questo perché la velocità di rotazione dei due alberi è inversamente proporzionale al numero di denti delle due ruote, infatti, se vogliamo derivare il rapporto di trasmissione dalla velocità, dobbiamo invertire il rapporto matematico, prendendo la velocità della ruota motrice e dividendola per quella della ruota condotta.

Quindi il rapporto di trasmissione è riducente, nel caso il rapporto sia maggiore di 1 e il meccanismo viene definito riduttore, imparziale, nel caso il rapporto sia uguale a 1, dove la ruota condotta gira alla stessa velocità della ruota motrice e moltiplicante, nel caso il rapporto sia minore di 1, dove il meccanismo viene definito moltiplicatore.

In meccanica, l'uso di riduttori meccanici è molto più frequente rispetto all'uso di moltiplicatori, dato che per natura i motori mantengono regimi di rotazione elevati.

Proviamo ora a calcolare la velocità dell'ingranaggio condotto, sapendo che l'ingranaggio motrice ha una velocità di 50 giri al secondo, data dal motore elettrico, usando semplice matematica di base, possiamo fare questa equazione, la velocità della ruota motrice per il numero di denti della ruota motrice è uguale alla velocità della ruota condotta per il numero di denti della ruota condotta, come risultato, abbiamo che la velocità della ruota condotta si è ridotta a 25 giri al secondo.

Ma la vera proprietà interessante dei riduttori è il vantaggio meccanico che producono, infatti, sebbene la velocità diminuisce, la coppia aumenta proporzionalmente, infatti, il motore che a 50 giri al secondo ha una coppia di 5 Newton metro, con questo rapporto di riduzione dimezzato, alla ruota condotta ha 25 giri al secondo e 10 Newton metro di coppia motrice, così ora si possono fare lavori più pesanti a una velocità più bassa.

Per questi due vantaggi, i riduttori di velocità sono utilizzatissimi in ogni campo della meccanica, dai motori a combustione interna, a quelli pneumatici, idraulici e specialmente abbinati ai motori elettrici, che hanno regimi di rotazione molto elevati.

Infatti, generalmente, riduttori e motori elettrici vengono venduti in coppia per avere caratteristiche compatibili, tant'è che vengono addirittura progettati e prodotti riduttori compatti unificati a motori elettrici, chiamati motoriduttori, riducendo ingombri e costi.

Meccanicamente, per il riduttore, sono adottate diverse soluzioni a seconda delle necessità, riassumiamo le principali.

Esistono riduttori con ingranaggi, che possono essere cilindrici o conici, con denti dritti o elicoidali e che spesso hanno una configurazione a doppio riduttore, dove un secondo stadio di riduzione viene aggiunto al primo per avere una soluzione più compatta se confrontato con un riduttore a due ingranaggi con lo stesso rapporto di trasmissione, oltretutto non cambia il verso di rotazione e gli assi dell'albero motore e dell'albero condotto sono solitamente paralleli, sono utilizzati soprattutto nei settori industriali che necessitano di potenze elevate e sessioni di lavoro lunghe ed intensive.

Seguono i riduttori a vite senza fine, dove una vite senza fine, girando, muove una ruota dentata cilindrica, in cui i denti possono essere dritti o elicoidali, sebbene con due soli elementi, hanno un rapporto di riduzione elevato, considerando anche gli ingombri contenuti e solitamente l'albero condotto è posizionato ortogonalmente rispetto all'albero motore, inoltre, grazie alla loro conformazione, raramente possono essere reversibili, ovvero l'ingranaggio non può azionare la vite senza fine, cosa che comporta una maggiore sicurezza in determinate situazioni.

Per ultimi, ci sono i riduttori epicicloidali, detti anche planetari, essi sono composti in modo che almeno uno degli assi portanti ruote dentate sia mobile, i componenti sono quattro, il pignone, detto anche solare, che è solitamente collegato all'albero motore, la ruota con dentatura interna, detta anche corona, che è spesso bloccata alla carcassa del riduttore, e gli ingranaggi planetari, tenuti insieme dal portasatelliti, che durante il funzionamento, ruotano tra il pignone e la corona, portando il moto all'albero condotto, ma non è sempre così, in base a quale elemento è fisso, il rotismo epicicloidale assume diversi tipi di riduzione, con pignone solare motrice, corona fissa e portasatelliti sull'albero condotto, si ottiene un'elevata demoltiplicazione, con pignone solare motrice, portasatelliti fisso e corona sull'albero condotto, si ha una demoltiplicazione differente, con corona dentata motrice, pignone solare fisso e portasatelliti sull'albero condotto, si ottiene una demoltiplicazione minore delle precedenti, formando poi un sistema di più rotismi epicicloidali uno di seguito all'altro, si possono ottenere ulteriori e svariate riduzioni.

Quindi, dall'automobile alla macchinina telecomandata, dal nastro trasportatore al robot di precisione, le applicazioni dei motoriduttori sono molteplici e sono parte integrante della nostra vita di ogni giorno.

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