I. Panoramica
Le ruote dentate possono essere prodotte con diversi metodi e materiali. Il metodo di produzione e il materiale devono essere scelti in base alla precisione del profilo del dente e alla rugosità superficiale richieste, in combinazione con altri processi come il trattamento termico, per ottenere la potenza di trasporto, la velocità di funzionamento e la durata di vita necessarie della ruota dentata.
In base al contatto e al funzionamento con la catena, le ruote dentate sono classificate principalmente in due categorie: di precisione e di semi-precisione. Queste categorie possono essere ulteriormente suddivise in base al materiale e al metodo di produzione, con altri fattori di classificazione tra cui l'economicità e i requisiti di precisione delle ruote dentate per le catene a cui sono abbinate.
Le catene a rulli e le ruote dentate sono generalmente realizzate in acciaio o ghisa con denti lavorati e le superfici di lavoro dei denti richiedono solitamente una lavorazione molto precisa. I pignoni per catene in acciaio tecnico sono generalmente realizzati in acciaio o ghisa con denti tagliati a fiamma o fusi.
Le ruote dentate piatte possono essere realizzate in acciaio, ghisa o plastica. Le ruote dentate in acciaio o ghisa sono solitamente lavorate a macchina, mentre quelle in plastica sono spesso stampate. Questi sono casi generali. Non sono rare le eccezioni, soprattutto nel caso delle ruote dentate per catene in acciaio tecnico. Tuttavia, indipendentemente dalla lavorazione dei denti, l'aspetto più importante è che il design della catena e del pignone siano compatibili per lavorare insieme.
Le ruote dentate lavorate funzionano in modo più fluido e meno rumoroso durante la rotazione e sono solitamente utilizzate per la trasmissione a media e alta velocità. Le ruote dentate a denti fusi o tagliate a fiamma sono poco costose e hanno una durata sufficiente per la trasmissione e il trasporto a bassa velocità. I produttori offrono i seguenti tipi di pignoni.
II. Pignoni per catene a rulli
1. Pignoni per catene a rulli di precisione a fila singola
La norma ASME B29.1 specifica le dimensioni, le tolleranze e i profili dei denti delle catene a rulli standard, che sono discussi nei progetti correlati.
Lo standard ASME B29.1 prevede quattro tipi di pignoni:
- Il tipo A è una ruota dentata senza mozzo.
- Le ruote dentate di tipo B hanno il mozzo su un solo lato.
- Le ruote dentate di tipo C hanno mozzi su entrambi i lati.
- Le ruote dentate di tipo D hanno mozzi staccabili.
Le ruote dentate per catene a rulli di tipo A, B e C sono illustrate nella Figura 1; le ruote dentate per catene a rulli di tipo D sono illustrate nella Figura 2.
Un altro progetto di pignone con mozzo smontabile è illustrato nella Figura 3. Si tratta di una combinazione di pignone con foro conico e boccola conica divisa. Si tratta di una combinazione di una ruota dentata con foro conico e di una boccola conica divisa. Questo design consente di utilizzare una ruota dentata finita con un foro standard da abbinare a un tamburo di bloccaggio dell'albero. Anche le ruote dentate di tipo B e C possono essere realizzate in questo modo.
I raggi tra il mozzo e il cerchio sono disponibili in diverse forme a seconda delle dimensioni: i pignoni di piccole dimensioni sono di solito solidi, tranne il foro centrale, a causa del loro peso ridotto; i pignoni di medie dimensioni sono di solito fusi con piastre di raggi perforate tra il mozzo e il cerchio (Figura 4) per ridurre il peso; i pignoni di grandi dimensioni sono di solito fusi come pignoni a raggi (Figura 5) per ridurre il peso il più possibile. Se la ruota dentata deve essere installata tra due cuscinetti, si possono utilizzare le ruote dentate divise (Figure 6 e 7), la cui installazione e rimozione non richiede lo smontaggio dell'albero.
Alcuni pignoni di tipo D sono costituiti da un mozzo solido e da un corpo pignone smontabile (Figura 2). Altre hanno sia il mozzo che il corpo della ruota dentata in sezione (Figura 7). Qualsiasi pignone smontabile deve essere realizzato con cura per evitare variazioni di passo in corrispondenza della giunzione; il pignone illustrato nella Figura 7 è progettato specificamente con perni di posizionamento a questo scopo.
Un pignone progettato con un perno di sicurezza e una frizione scorrevole può evitare che i dispositivi di trasmissione o altre apparecchiature vengano danneggiati in caso di sovraccarico e velocità eccessiva. La ruota dentata con perno di sicurezza è costituita da un mozzo e da un corpo della ruota dentata, con il mozzo collegato all'albero da una chiavetta. Quando il perno di sicurezza si rompe (vedere Figura 8), la ruota dentata può ruotare liberamente rispetto all'albero e al mozzo.
Il perno di sicurezza è realizzato in materiale con una resistenza al taglio nota, che garantisce un determinato valore di taglio mediante la lavorazione di una scanalatura con un diametro calcolato sul piano di taglio. Dopo tosaturaL'inserimento di un nuovo perno di sicurezza può ripristinare le condizioni di funzionamento.
2. Pignoni per catene a rulli a più fili
I pignoni per catene a rulli multifilari sono pignoni integrali con un determinato passo e denti allineati. La Figura 9 mostra un tipico pignone per catena a rulli multifilo.
3. Pignoni per catene a rulli a doppio passo
Esistono due tipi di pignoni per catene a rulli a doppio passo: uno è a taglio singolo (vedere Figura 10) e l'altro è a doppio taglio (vedere Figura 11). Il termine "denti effettivi" si riferisce al numero di denti che possono ingranare con la catena in un giro della ruota dentata.
Il numero effettivo di denti di un pignone a taglio singolo è uguale al numero effettivo di denti, mentre il numero effettivo di denti di un pignone a doppio taglio è la metà del numero effettivo di denti. Per le ruote dentate a doppio taglio con un numero di denti dispari, il numero effettivo di denti sarà una frazione. Ad esempio, una ruota dentata con 25 denti effettivi avrà 12 (1/2) denti effettivi.
Il vantaggio di avere un numero dispari di denti effettivi è che ogni dente si ingrana con la catena solo ogni due giri, raddoppiando così la durata della ruota dentata. Le ruote dentate a doppio taglio con un numero pari di denti effettivi possono ottenere lo stesso effetto facendo avanzare regolarmente la catena fino al primo dente della ruota dentata. Si noti che le ruote dentate dotate di rulli portanti (nota del traduttore: cioè rulli di grandi dimensioni) sono insufficienti.
Rispetto alle ruote dentate a passo singolo, le ruote dentate a rulli a doppio passo hanno un diametro del passo e un diametro della radice maggiori. Tuttavia, quando il numero di denti del pignone è superiore a 35, questa differenza può essere ignorata.
4. Lavorazione del pignone della catena a rulli
Le ruote dentate più piccole sono generalmente lavorate da barra di acciaio e sono completamente lavorate con precisione. Le dimensioni delle ruote dentate lavorate da barra sono limitate dal diametro massimo del lotto di materiale in barra. Le ruote dentate in acciaio possono essere trattate termicamente per migliorare la resistenza agli urti e all'usura della superficie del dente. Per condizioni altamente corrosive, si possono utilizzare materiali come l'acciaio inossidabile o il bronzo, oltre a bachelite, nylon e vari materiali plastici.
Talvolta le ruote dentate sono realizzate in acciaio forgiato o in barre forgiate. La precisione della lavorazione dipende dai requisiti specifici dell'applicazione. Molte ruote dentate sono realizzate saldando mozzi in acciaio su ruote in lamiera, e queste ruote integrali possono essere trattate termicamente solo se le proporzioni dimensionali soddisfano i requisiti.
I pignoni per catene a rulli di grandi dimensioni sono solitamente realizzati in ghisa e vengono lavorati per tagliare i denti, oltre a lavorare il cerchio, il mozzo, la superficie esterna e i fori. La ghisa viene spesso utilizzata per realizzare pignoni di grandi dimensioni con un rapporto di trasmissione relativamente elevato, perché i denti del pignone di grandi dimensioni si ingranano meno frequentemente con la catena per un certo periodo di tempo. In condizioni difficili, è meglio utilizzare pignoni in acciaio fuso o in lamiera d'acciaio.
III. Pignoni per catene dentate
La norma ASME B29.2 specifica il profilo dei denti delle ruote dentate per catene dentate. Il processo di lavorazione, i materiali e i mozzi delle ruote dentate per catene a rulli sono identici a quelli delle catene a rulli, ma i profili dei denti sono significativamente diversi, come mostrato nella Figura 12.
I denti del pignone per catene dentate sono simili a quelli degli ingranaggi. Sebbene assomiglino a degli ingranaggi, i pignoni per catene dentate sono lavorati con utensili speciali, diversi da quelli utilizzati per la lavorazione degli ingranaggi. Inoltre, anche il profilo dei denti della ruota dentata e la dimensione del passo della catena variano tra i diversi tipi di catene dentate.
Le catene dentate standard utilizzano i pignoni specificati dalla norma ASME B29.2. Tuttavia, esistono anche catene dentate non standard, come le catene ad alte prestazioni, le catene a più fili e le catene dentate a doppio innesto. Queste catene non standard spesso richiedono pignoni appositamente lavorati.
È fondamentale che la catena e la ruota dentata si adattino perfettamente l'una all'altra, quindi l'approccio migliore è quello di consultare il produttore della catena per i requisiti tecnici specifici della ruota dentata. La Figura 13 mostra un tipico pignone a catena dentata a più fili, mentre la Figura 14 mostra un tipico pignone a catena dentata con innesto su due lati.
IV. Pignoni per catene in acciaio
Le ruote dentate per le catene in acciaio tecnico possono essere realizzate in diversi materiali. metalliSono disponibili in vari stili e forme per soddisfare le esigenze di applicazioni specifiche. Per la maggior parte delle applicazioni è possibile utilizzare pignoni standard.
Esistono molte catene in acciaio tecnico che non sono conformi agli standard ASME e, di conseguenza, esistono molte ruote dentate di questo tipo. La maggior parte di esse è molto simile alle ruote dentate standard e, quando le ruote dentate standard non soddisfano le esigenze, molte di queste ruote dentate possono essere utilizzate con catene standard.
I pignoni elencati in questo capitolo sono utilizzati principalmente con catene standard o con catene leggermente modificate rispetto a catene standard, mentre i pignoni speciali presenti nel catalogo dei prodotti del produttore sono sicuramente più numerosi.
V. Materiali delle ruote dentate
I seguenti materiali sono comunemente utilizzati per la produzione di ruote dentate per catene in acciaio tecnico:
- Ghisa: Solitamente utilizzata in ambienti più miti, è la più economica.
- Ghisa raffreddata: Questo tipo di pignone utilizza la ghisa raffreddata per la fusione dei denti. I denti in ghisa raffreddata si formano raffreddando rapidamente la superficie del dente dopo la colata, ottenendo denti lisci e duri con uno strato duro resistente all'usura di spessore compreso tra 1/16 e 3/8 di pollice, a seconda delle dimensioni della ruota dentata.
- Ghisa o acciaio strutturale: Le ruote dentate in ghisa hanno denti fusi, mentre quelle in acciaio strutturale hanno denti tagliati a fiamma. Entrambe sono utilizzate per la trasmissione di coppie elevate e impatti elevati. Quando si lavora in ambienti altamente abrasivi, i denti devono essere temprati alla fiamma o a induzione.
- Acciaio inossidabile: Utilizzato in ambienti corrosivi.
Per soddisfare esigenze particolari si possono utilizzare altri materiali, come ferroleghe, acciai legati, bronzo e alluminio.
1. Tipi di ruote dentate in ghisa
La fusione di pignoni con mozzi a raggi (Figura 15) può ridurre il peso e il costo. Inoltre, è più facile maneggiarle a mano. Anche le ruote dentate in acciaio strutturale servono allo stesso scopo, grazie al taglio a fiamma dei fori nel nastro, come illustrato nella Figura 16.
Se lo spazio tra i raggi è troppo piccolo, viene realizzato un pignone pieno (Figura 17). Inoltre, i pignoni pieni vengono realizzati anche quando la tensione della catena è elevata e si teme la resistenza del pignone a raggi, oppure quando il diametro del mozzo è molto grande.
Quando il pignone deve essere installato tra due cuscinetti, a volte viene realizzato un pignone diviso (Figura 18). Questo tipo di pignone può essere installato e rimosso senza influenzare l'albero e le altre parti della macchina.
L'anello dentato rimovibile (Figura 19) è avvitato e questo design del pignone consente di installarlo e rimuoverlo senza dover smontare la catena, il mozzo, il cuscinetto o l'albero.
2. Ruota di trazione ad attrito
Quando l'impianto incontra spesso ostacoli o è gravemente sovraccarico, è possibile utilizzare una ruota di trazione a frizione (Figura 20) sull'albero di testa di un elevatore a tazze a catena monofilare. Tuttavia, le ruote di trazione a frizione devono sempre essere utilizzate con cautela. L'attrito tra la catena e la ruota di trazione deve essere sufficiente a trasmettere la forza motrice richiesta dal sistema di lavoro in condizioni di carico normale. Per l'utilizzo di ruote di trazione, consultare il produttore di catene in acciaio tecnico.
Le ruote di trazione ad attrito possono generare calore e scintille quando scivolano, quindi non devono mai essere utilizzate in luoghi in cui le scintille potrebbero causare esplosioni.
3. Pignoni per catene in acciaio tecnico per applicazioni specifiche
La Figura 21 mostra una serie di pignoni speciali per applicazioni specifiche, che di solito sono realizzati in ghisa e i cui denti hanno spesso una superficie temprata resistente all'usura.
a) Pignone con perno di sicurezza
b) Pignone a flangia cilindrica
c) Pignone con flangia di spallamento
Il pignone in ghisa con un perno di sicurezza nel mozzo mostrato nella Figura 21a è simile al pignone della catena a rulli mostrato nella Figura 8. Sono comunemente utilizzati nei sistemi di trasmissione dei nastri trasportatori. Sono comunemente utilizzati nei sistemi di azionamento dei trasportatori.
Le due ruote dentate mostrate nella Figura 21b sono utilizzate per le catene di trazione saldate in acciaio nei trasportatori di trazione; entrambe sono ruote dentate di trasmissione. Lo scopo delle flange delle ruote dentate che si estendono in bordi larghi o forme cilindriche è quello di evitare che il materiale fuoriesca dai lati durante lo scarico dall'alto dell'albero di trasmissione del trasportatore.
La flangia di spallamento sulla ruota dentata mostrata nella Figura 21c supporta le piastre della catena nel punto di caduta, prolungando la durata della catena e della ruota dentata. Vengono solitamente utilizzate su trasportatori puliti. Queste ruote dentate in ghisa temprata sono spesso progettate per essere "intercambiabili", funzionando come le ruote dentate a doppio taglio delle catene a rulli (Figura 11).
Quando si progettano tali pignoni, il passo del pignone è leggermente superiore alla metà del passo della catena e i pignoni sono fusi con un numero dispari di denti. Dopo un altro giro della maglia della catena, i denti vengono trasformati in una maglia. Ciò significa che ogni dente della ruota dentata si ingrana con la catena ogni due giri, raddoppiando di fatto la durata della ruota dentata (questo concetto è stato utilizzato per la prima volta nelle trasmissioni con ingranaggi in legno all'inizio del XIX secolo).
4. Pignoni per catena di trasmissione in lamiera piegata in acciaio tecnico
I pignoni per catene di trasmissione in acciaio piegato sono solitamente realizzati in ghisa o tagliati a fiamma da piastre di acciaio. Altre parti, come i mozzi, sono tipicamente componenti assemblati. La norma ASME B29.10 specifica la forma standard dei denti delle ruote dentate.
La ruota dentata della Figura 22 è abbinata a una catena a doppia fila conforme alla norma ASME B29.10 con un passo di 6 pollici per le catene a doppia fila. Queste ruote dentate utilizzano il profilo dei denti dello standard nazionale americano. I profili dei denti lavorati garantiscono l'allineamento delle catene a doppia fila per impieghi gravosi. Queste ruote dentate sono realizzate in acciaio legato e trattate termicamente.
I pignoni per catene a piastre piegate non sempre utilizzano denti lavorati; molti pignoni per catene a piastre piegate utilizzano denti fusi o tagliati a fiamma. Esistono molti tipi di forme di denti. Per i denti non lavorati che non utilizzano lo standard ASME B29.10, consultare il produttore della catena.
5. Altri tipi di pignoni per catene in acciaio tecnico
Dalla discussione precedente, sappiamo che sono disponibili molti tipi di pignoni per varie catene in acciaio tecnico. Sembra che, a condizione che la forma e le dimensioni dei denti siano appropriate, queste catene possano funzionare su diversi pignoni, ma non è così.
In alcune applicazioni, alcuni tipi di pignoni non possono essere utilizzati con determinati tipi di catene. Ad esempio, le catene a rulli non possono utilizzare ruote di trazione. In generale, un certo tipo di pignone viene sempre utilizzato con catene specifiche. Anche tutti gli altri tipi di pignoni vengono utilizzati solo in condizioni specifiche.
La tabella 1 elenca i tipi di pignoni più comunemente utilizzati per le catene in acciaio tecnico descritte in questo libro. Questa tabella non è una guida all'uso, ma indica l'uso generale.
Tabella 1 Tipi di pignoni comuni per catene standard
Tipi di catena | Catene a rulli standard | Catene dentate | ||||||||
B29.1 catene a rulli | B29.1 catene a piastre pesanti o piegate | B29.1 catene a rulli a più ranghi | B29.1 catene a doppio passo | B29.1 catene di trasporto a doppio passo | B29.1 catene per trasportatori a doppio passo a rulli grandi | Catene di piastre | Tutti i modelli di B29.2 | |||
Tipi di ruote dentate | Taglio dei denti degli ingranaggi, finitura delle superfici di contatto | Bar stock | ● | ● | ● | ● | ○ | □ | ● | ● |
Parti in acciaio composito | ● | ● | ○ | ● | ● | ● | □ | □ | ||
Stile a raggi o a piastre in ghisa | ● | ● | ● | ● | ● | ● | □ | ● | ||
In ghisa, design a spacco | □ | □ | □ | □ | ○ | ○ | □ | □ | ||
Denti e superfici di contatto degli ingranaggi tagliati a fiamma | Assemblaggi in lamiera d'acciaio | □ | □ | □ | □ | ○ | ○ | □ | - | |
Tipo ad anello con dente rimovibile, in ghisa o assemblato | □ | □ | □ | □ | □ | □ | □ | - | ||
Ruota di trazione trattata termicamente | - | - | - | - | - | - | - | - | ||
In ghisa, massiccio o a raggi, o con fori di riduzione del peso nel nastro | □ | □ | - | □ | □ | □ | - | |||
Denti e superfici di contatto dell'ingranaggio fusi (la maggior parte può utilizzare una struttura divisa) | Ghisa dura raffreddata, denti degli ingranaggi temprati | □ | □ | - | □ | □ | □ | - | ||
Anello dentato staccabile in ghisa dura raffreddata, imbullonato alla ghisa o all'armatura | - | - | - | - | - | - | - | - | ||
Acciaio al carbonio o legato, trattato termicamente | □ | □ | - | □ | □ | □ | - | |||
Ruota di trazione in ghisa | - | - | - | - | - | - | - | |||
Anello dentato integrale, ghisa dura raffreddata o ghisa, acciaio legato trattato termicamente | - | - | - | - | - | - | - |
Tipi di catena | Catena a piastre diritte senza rulli | Catena a rulli | Catena a piastre piegate non a rulli | Catena di trasporto a rulli grandi a piastra piegata | Catena meccanica saldata in acciaio | Catena di trazione in acciaio saldato | Catena in acciaio con scanalatura | Catena a blocchi | B29.10 Catena a piastre piegate per impieghi gravosi | ||
Tipi di ruote dentate | Taglio dei denti degli ingranaggi, finitura delle superfici di contatto | Bar stock | - | □ | □ | □ | □ | - | □ | □ | - |
Parti in acciaio composito | - | □ | □ | □ | □ | - | □ | ○ | □ | ||
Stile a raggi o a piastre in ghisa | - | □ | □ | □ | □ | - | □ | ○ | □ | ||
In ghisa, design a spacco | - | □ | □ | □ | - | □ | □ | □ | |||
Denti e superfici di contatto degli ingranaggi tagliati a fiamma | Assemblaggi in lamiera d'acciaio | ● | ● | ● | ● | ● | ○ | ○ | ● | ● | |
Tipo ad anello con dente rimovibile, in ghisa o assemblato | ○ | ○ | ○ | ○ | □ | □ | □ | ○ | □ | ||
Ruota di trazione trattata termicamente | ○ | - | ○ | - | □ | □ | □ | - | - | ||
In ghisa, massiccio o a raggi, o con fori di riduzione del peso nel nastro | ○ | ● | ○ | ● | ○ | ● | ● | ○ | ○ | ||
Denti e superfici di contatto dell'ingranaggio fusi (la maggior parte può utilizzare una struttura divisa) | Ghisa dura raffreddata, denti degli ingranaggi temprati | ● | ● | ● | ● | ○ | ○ | ○ | ● | ||
Anello dentato staccabile in ghisa dura raffreddata, imbullonato alla ghisa o all'armatura | ○ | ○ | ○ | ○ | □ | □ | □ | □ | □ | ||
Acciaio al carbonio o legato, trattato termicamente | ○ | ○ | ○ | ○ | □ | □ | □ | □ | ○ | ||
Ruota di trazione in ghisa | ○ | - | ○ | - | □ | □ | □ | - | - | ||
Anello dentato integrale, ghisa dura raffreddata o ghisa, acciaio legato trattato termicamente | ○ | - | ○ | - | - | - | - | - | - |
Nota: ●- usato comunemente; ○- usato di frequente; □- usato occasionalmente; trattino (-)- non deve essere usato.
Sia il simbolo circolare che quello quadrato indicano l'utilizzabilità, ma ci sono delle differenze tra i due. Il simbolo circolare significa che questo tipo di pignone è completamente standard per le catene elencate e che questi pignoni standard sono spesso elencati nel catalogo dei prodotti del produttore. In questo caso, i termini "di uso comune" e "di uso frequente" si riferiscono spesso a motivi legati al prezzo e alla qualità.
Il simbolo quadrato indica che il pignone è utilizzato solo occasionalmente o non è adatto alle catene elencate. Il motivo principale di "usato occasionalmente" è generalmente il costo, mentre il motivo principale di "non dovrebbe essere usato" è generalmente un fattore tecnico. Qualsiasi accoppiamento di catene e pignoni rappresentato da un simbolo quadrato deve essere installato solo dopo aver consultato il relativo produttore di catene.
VI. Pignoni per catena a testa piatta
Il profilo dei denti delle ruote dentate a testa piatta è specificato nella norma ASME B29.17 e sarà discusso più avanti nella sezione dedicata alla progettazione di questo capitolo. Questa sezione riguarda solo le ruote dentate standard a testa piatta descritte in questo libro. Poiché l'unica catena a testa piatta menzionata nel libro ha un passo di 1 (1/2) pollice, le tipologie di pignoni qui trattate sono piuttosto limitate.
La Figura 23 mostra tre tipi di pignoni ampiamente utilizzati per le catene flat top. La Figura 23a rappresenta una ruota dentata integrale, che di solito ha un numero inferiore di denti (13-21 denti) e può essere realizzata in ghisa, acciaio o acciaio inossidabile, generalmente con denti lavorati.
a) Pignone integrale
b) Pignone in ghisa a raggiera
c) Pignone sdoppiato in materiale termoplastico
La Figura 23b mostra un pignone in ghisa a raggiera, che in genere ha un numero maggiore di denti (19-41 denti) e viene anche lavorato.
La Figura 23c mostra una ruota dentata divisa in materiale termoplastico, con un numero medio di denti (21-29 denti) e denti stampati standard. Il vantaggio di questo tipo di pignone è che può essere smontato senza spostare l'albero e i cuscinetti. Le ruote dentate termoplastiche stampate possono essere realizzate in versione split o integrale, utilizzate principalmente in ambienti umidi o moderatamente corrosivi.