Presenti anche essi in quasi tutte le applicazioni industriali, rappresentano la parte di potenza dell’applicazione in quanto hanno il compito di ridurre (nel caso dei riduttori) la velocità angolare ricevuta in ingresso diminuendo il numero di giri in uscita ma guadagnando un elevato momento torcente, questo deriva dalla formula: P α Mt x ω.
Al contrario i moltiplicatori hanno al loro ingresso la parte lenta dell’applicazione quella con minor numero di giri ma elevato momento torcente e mettono a disposizione della loro uscita un elevatissimo numero di giri, essi vengono spesso impiegati negli impianti di produzione di energia elettrica. Grazie a questa caratteristica i riduttori (trasmissioni meccaniche di potenza) sono da sempre utilizzati dove è necessario vincere un grosso momento resistente.
Caratteristiche tecniche generali dei riduttori:
- Carcassa (E’ la struttura che ha come compito quello di sostenere tutti i componenti al suo interno, resistere alle forze assiali/radiali che essi generano e scambiare calore con l’ambiente esterno).
- Ingranaggi (La parte principale che permette a parità di potenza,di trasformare per così dire il numero di giri in un valore più o meno elevato del momento torcente da cedere all’uscita).
- Cuscinetti a rotolamento (Componenti fondamentali in grado di sorreggere tutti gli ingranaggi riducendo al minimo le perdite di rendimento per rotolamento).
- Anelli di tenuta (Essi hanno il compito di tenere il lubrificante all’interno dell’organo di trasmissione evitandone quindi la fuoriuscita).
- Lubrificante (Necessario al fine di evitare fenomeni di contatto metallo su metallo i quali distruggerebbero in pochi cicli di lavoro sia gli ingranaggi che i cuscinetti e gli organi di tenuta).
- Tappo sfiato (Hanno il compito di permettere al calore ed alla pressione formatasi all’interno dei riduttori/moltiplicatori di uscire attraverso di essi e impedire a qualsiasi agente esterno di entrare in contatto con il lubrificante il quale perderebbe in poco tempo la sua funzione).
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Controlli necessari:
Il riduttore / motoriduttore / moltiplicatore è una quasi macchina se preso da solo; che per sua natura è semplice ma nonostante ciò richiede che vengano svolti almeno durante l’istallazione dell’impianto controlli quali: allineamento,analisi vibrazionali,analisi del lubrificante, monitoraggio temperature e controllo del lubrificante utilizzato. |
Riduttori per i quali abbiamo eseguito la manutenzione, assistenza e diagnosi:
Marche: Rossi - GSM - G.Elli - Darimec - Facchini - PCM - Flender - Bonfiglioli - Tramec -Ecc....
Settori industriali: Ceramiche - Acciaierie - Miniere - Cartiere - Cementifici - Centrali idroelettriche - Ind.Chimiche - Parchi Eolici - Piattaforme off shore. |
Trasmissioni meccaniche di potenza:
Parametri caratteristici di un riduttore / moltiplicatore visti in dettaglio:
- Tipologie di carcasse: costruite generalmente in ghisa meccanica-sferoidale, in acciaio o alluminio.
- Tipologie di ingranaggi: cilindrici, conici, epicicloidali, a vite senza fine.
- Tipologie di cuscinetti a rotolamento: a sfere, a rulli conici, orientabili a rulli,assiali orientabili a rulli,ecc...
- Tipologie degli organi di tenuta: costruiti in gomma nitrilica, costruiti in gomma fluorurata, tenute a labirinto ecc...
- Tipologie di raffreddamento,circolazione lubrificante: Impianti con scambiatore di calore acqua-olio,aria-olio, pompe asservite o motopompe, ventole.
Tipologie di carcasse:
Ghisa sferoidale: |
Ghisa meccanica: |
Acciaio: |
Alluminio: |
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Le principali funzioni delle carcasse a prescindere dalla tipologia di materiale che le compone sono:
- Supportare gli alberi mediante le sedi cuscinetto;
- Contenere il lubrificante al loro interno al fine di evitare il contatti metallo su metallo di ingranamenti, cuscinetti ed al contempo permettere lo scambio termico tra la temperatura interna e la temperatura ambiente.
- Permettere il fissaggio del riduttore nella posizione di lavoro.
Generalmente i parametri di scelta principali per la realizzazione delle carcasse sono: la quantità degli esemplari da produrre e le esigenze di tipo progettuali quali ad esempio la resistenza alle sollecitazioni. Analizzando questi due parametri e tenendo in considerazione le proprietà fisiche dei materiali utilizzati per la produzione delle carcasse; un costruttore di riduttori utilizzerà:
- Carcasse in alluminio per la produzione di riduttori con potenze trasmissibili molto ridotte e per i quali non sono previste particolari sollecitazioni,
- Carcasse in ghisa sferoidale di buona qualità per la sua produzione di riduttori standard a catalogo.
- Carcasse in ghisa meccanica per la produzione di riduttori ove vi è la necessità di avere una struttura più resistente alle sollecitazioni,
- Carcasse in acciaio per la produzione di riduttori speciali dove non è possibile per ragioni economiche produrre il corrispettivo in ghisa.
Tipologie di ingranaggi: Approfondimenti Ingranaggi)
Cilindrici: |
Conici: |
Epicicloidali: |
Vite Senza Fine : |
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Tutte queste tipologie di ingranamenti, hanno caratteristiche ben definite e durante la progettazione di delle trasmissioni di potenza, la selezione delle stesse dipende in particolar modo da fattori quali: potenza da trasmettere, rapporto di trasmissione finale, rendimento,ecc...
Nella tabella sottostante vengono messi a confronto alcuni dei parametri sopra elencati.
Come è possibile intuire, i valori e le valutazioni sopra riportate sono relative a considerazioni generali delle varie tipologie; quando si affrontano la selezione o le problematiche legate ad una o più tipologie in modo più accurato è necessario tenere in considerazione anche altre specifiche progettuali quali:
- Scelta del tipo di materiale e del tipo di grezzo di partenza da utilizzare in relazione a quello che si vuole creare, es. per la produzione di un albero dentato utilizzare come grezzo uno stampato in 18NiCrMo piuttosto che partire da una barra in 16CrNi, prevedere l’utilizzo di un 39NiCrMo anziché un 20MnCr per la produzione di uno stelo, impiegare materiali come bronzo e acciaio dolce per la costruzione delle corone dentate nei riduttori a vite senza fine,ecc....
- Scelta di parametri geometrici fondamentali di dentatura,rettifica diametri e rettifica evolvente quali: scelta del tipo di creatore da utilizzare con o senza protuberanza, numero di denti, modulo, angolo d’elica, angolo di pressione, correzioni di profilo quali spoglia di testa-bombatura-rastrematura fondo dente-semitopping, tolleranze diametrali, ecc....
- Scelta del tipo di trattamento termico da impiegare in relazione al risultato finale che si vuole conferire al particolare ad esempio trattamento di tempra ad induzione, trattamento di cementazione o trattamento di nitrurazione.
- Caratteristiche superficiali particolari a seconda delle esigenze specifiche del cliente: nichelatura, cromatura, zincatura,ecc...
Tipologie di cuscinetti a rotolamento:
Cuscinetto radiale a sfere |
Cuscinetto a rulli conici |
Cuscinetto orientabile a rulli |
Cuscinetto assiale orientabile a rulli |
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Per questa famiglia di componenti i parametri di scelta sono circa una decina e vengono definiti tutti in fase progettuale dai responsabili degli uffici tecnici.
I parametri sono:
- Tipologia di applicazione per la quale viene costruito il riduttore es: Laminatoio, Linea per estrusione,ecc...
- Carichi (assiali/radiali/combinati) che si prevede vengano a scaricarsi sui cuscinetti durante il funzionamento del riduttore,
- Velocità di funzionamento del cuscinetto, ovvero la forte dipendenza che vi è tra la velocità e temperatura generata per attrito dai corpi volventi dello stesso,
- Rigidezza: è un parametro molto importante in quanto essa varia in relazione alla deformazione elastica sotto carico del cuscinetto. E’ possibile intervenire su essa applicando e variando il precarico agente sui cuscinetti.
- Spostamento assiale, è il parametro necessario che permette attraverso i cuscinetti non di vincolo il movimento assiale degli alberi posti lungo i vari assi,
- Tipologia di montaggio/smontaggio, anche essa riveste una parte importante soprattutto nei riduttori/moltiplicatori di grossa taglia nei quali è ragionevole dover pensare fin dalle fasi progettuali di dover eseguire manutenzioni periodiche in sito, servono quindi maggiori accortezze atte a poter agevolare i lavori di manutenzione, pertanto si potrà prevedere ad esempio l’utilizzo di cuscinetti con sedi cilindriche anziché coniche.
- Organo di trasmissione che verrà utilizzato in ingresso ed uscita dal riduttore/moltiplicatore, ovvero cinghie, pulegge,giunti a denti, allunghe giunti cardanici,ecc...
Grazie alla conoscenza dei parametri sopra brevemente descritti è possibile selezionare correttamente la tipologia di cuscinetti da utilizzare di volta in volta. A titolo di esempio, i costruttori di riduttori/moltiplicatori nel 90% dei casi, impiegano cuscinetti a rulli conici, questo grazie alla loro forma costruttiva che permette di lavorare in presenza di carichi combinati.
Tipologie di organi di tenuta:
Anello di tenuta, doppio labbro |
Tappo RCA |
Corda OR |
Coperchio tenuta a labirinto |
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Attualmente il mercato offre svariate tipologie di organi di tenuta, le differenze principali sono:
- Range di temperatura alla quale essi possono lavorare senza avere difficoltà,
- Tipologia di fluido da ritenere,
- Pressioni di esercizio ammesse durante il funzionamento,
- Tipologia di materiale con il quale vengono prodotti,
- Resistenza agli agenti chimici,
- Dimensioni e forme.
Il ruolo che tali particolari svolgono all’interno del mondo delle trasmissioni meccaniche è fondamentale in quanto fanno si che non vi siano perdite o contaminazione da parte di agenti esterni del lubrificante posto al loro interno il quale se fosse compromesso potrebbe danneggiare irrimediabilmente cuscinetti e ingranamenti.
E’ pertanto importantissima la selezione, la movimentazione e la cura durante il montaggio di tali componenti al fine di evitare un grande quantitativo di problematiche legate a questo componente.
Di seguito è stata realizzata un’immagine in 3d di come si presenta un paraolio al suo interno per rendere più chiaro il funzionamento di un anello di tenuta con doppio labbro (labbro paraolio + labbro parapolvere); nel grafico a torta rappresentato affianco, sono elencate le principali cause di perdita degli anelli di tenuta.
Tipologie di raffreddamento/circolazione del lubrificante:
Circolazione lubrificante:
Solitamente in fase di progettazione, per quanto riguarda la lubrificazione di un riduttore/moltiplicatore, si ricorre o alla lubrificazione per sbattimento o a circuiti di lubrificazione forzata. La lubrificazione per sbattimento avviene grazie alla forma costruttiva degli ingranaggi e dei componenti interni che durante il funzionamento fungono da vere e proprie pompe ad ingranaggi spingendo quindi il lubrificante in una direzione piuttosto che in un’altra, questo dipende dal senso di rotazione degli ingranaggi. La lubrificazione forzata si rende necessaria solitamente quanto il componente da lubrificare si trova in una posizione non raggiungibile o scarsamente raggiunta dal lubrificante posto all’interno del riduttore/moltiplicatore.
Di seguito sono riportati alcuni esempi delle 2 tipologie sopra descritte.
Raffreddamento:
Durante la selezione di un riduttore/moltiplicatore, può capitare che le condizioni di potenza termica non siano soddisfatte, questo perché solitamente la potenza del motore elettrico ed il rapporto di riduzione non sono compatibili con i dati riportati nei cataloghi dei costruttori. Per ovviare a questo problema, quando non è possibile intervenire su uno dei 2 parametri sopra riportati, si deve ricorrere a sistemi in grado di asportare una quantità di calore maggiore di quello normalmente scambiato tra la carcassa del riduttore e l’ambiente esterno, attualmente le possibilità che vengono solitamente presentate sono:
- Ventole, di materiale plastico, alluminio o ghisa, vengono poste in corrispondenza dell’asse di rotazione con il maggior numero di giri.
- Scambiatori di calore, sono unità a parte in grado di raffreddare mediante l’utilizzo di aria o acqua il lubrificante interno al riduttore.
Come è possibile intuire, i sistemi con ventole vengono impiegati dove non vi sono grandi quantità di calore da asportare; al contrario, quanto vi sono grosse potenze termiche da asportare è necessario ricorrere ad impianti con scambiatori di calore che possono raggiungere anche potenze considerevoli.
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