Gli ingranaggi sono utilizzati in molti dispositivi meccanici per fornire una riduzione della velocità nelle apparecchiature motorizzate. Un piccolo motore a rotazione rapida può fornire energia sufficiente per alcuni dispositivi,ma non abbastanza coppia. Un cacciavite elettrico ha una grande riduzione dell’ingranaggio perché ha bisogno di coppia per girare le viti, ma il motore produce una piccola quantità di coppia ad alta velocità. Con la riduzione dell’ingranaggio, la velocità di uscita viene ridotta mentre la coppia viene aumentata.
Gli ingranaggi possono anche cambiare la direzione di rotazione. I differenziali automobilistici utilizzano ingranaggi conici per ruotare la potenza dall’albero motore di 90 gradi e inviarla alle ruote.
La distanza dal centro dell’ingranaggio al punto di contatto determina il rapporto di trasmissione. Se una marcia è il doppio del diametro dell’altra, il rapporto è 2:1.
Ingranaggi cilindrici
Gli ingranaggi cilindrici sono il tipo più comune. Hanno denti diritti e sono montati su alberi paralleli. Una sequenza di ingranaggi cilindrici può essere utilizzata per creare riduzioni di ingranaggi molto grandi.
Gli ingranaggi cilindrici possono essere rumorosi. Ogni volta che un dente impegna un dente sull’altro ingranaggio, si scontrano, facendo rumore e aumentando lo stress sui denti.
Ingranaggi elicoidali
I denti elicoidali sono tagliati con un angolo rispetto alla faccia dell’ingranaggio. Più di un dente su un sistema di ingranaggi elicoidali è sempre impegnato. Il contatto inizia da un’estremità di un dente e gradualmente scorre attraverso la faccia mentre gli ingranaggi ruotano.
Questo innesto graduale e il contatto multiplo dei denti rendono gli ingranaggi elicoidali più fluidi e silenziosi rispetto agli ingranaggi cilindrici. Gli ingranaggi elicoidali sono solitamente montati su alberi paralleli, ma se gli angoli del dente dell’ingranaggio sono corretti, possono essere montati su alberi perpendicolari, cambiando l’angolo di rotazione di 90 gradi.
A causa dell’angolo del dente, creano un carico di spinta sull’ingranaggio quando maglia. I dispositivi con ingranaggi elicoidali hanno cuscinetti in grado di supportare questo carico di spinta.
Ingranaggi conici
Gli ingranaggi conici sono utili quando la direzione dell’asse di rotazione deve essere cambiata. Sono tipicamente montati su alberi a 90 gradi, ma possono essere progettati per funzionare ad altri angoli.
I denti su ingranaggi conici possono essere diritti o a spirale. I denti conici dritti hanno lo stesso problema dei denti dritti-poiché ogni dente si impegna, contatta il dente corrispondente tutto in una volta.
La soluzione a questo problema è curvare i denti degli ingranaggi. Questi denti a spirale si impegnano proprio come denti ad ingranaggi elicoidali. Il contatto inizia da un’estremità dell’ingranaggio e scorre progressivamente su tutto il dente.
Sugli ingranaggi conici diritti e a spirale, gli alberi devono essere montati sullo stesso piano in modo che i centri degli ingranaggi siano allineati.
Ingranaggi a vite senza fine
Gli ingranaggi a vite senza fine vengono utilizzati quando sono necessarie riduzioni di ingranaggi di grandi dimensioni. Gli ingranaggi a vite senza fine possono avere riduzioni di 20:1; alcuni superano 300: 1.
Molti ingranaggi a vite senza fine hanno una proprietà unica: il verme può facilmente ruotare l’ingranaggio, ma l’ingranaggio non può ruotare il verme. Questa differenza è perché l’angolo sul verme è così superficiale che quando l’ingranaggio cerca di farlo girare, l’attrito tra l’ingranaggio e il verme tiene il verme in posizione. Questa proprietà è utile per i sistemi di trasporto perché la funzione di bloccaggio può fungere da freno per il trasportatore quando il motore non gira.
Profilo dell’ingranaggio ad evolvente
Oggi, praticamente tutti gli ingranaggi utilizzano un profilo del dente chiamato evolvente. Questo profilo appositamente curvo mantiene un rapporto costante di velocità di rotazione tra i due ingranaggi. Mentre gli ingranaggi girano, il punto di contatto si muove, ma il profilo del dente compensa continuamente il movimento.
Marshall Brain, fondatore e CEO di HowStuff Works.com, sarà all’associazione per la cabina di ingegneria di facilità (AFE) lunedì e martedì (marzo 5-6) della settimana manifatturiera nazionale.