Come scegliere la vite senza fine giusta: guida alle specifiche in 7 parametri

Perché la selezione a due parametri si conclude sempre con un retrofit

Un tecnico addetto alla manutenzione di un impianto coreano di confezionamento alimentare doveva sostituire una ruota elicoidale guasta su un azionamento di indicizzazione di un nastro trasportatore. Misurò il diametro esterno (OD) e il diametro del foro della ruota, ordinò un pezzo di ricambio compatibile dal catalogo di un fornitore e lo installò. Il ricambio funzionò per tre giorni prima di bloccarsi. Il problema: aveva confrontato due dimensioni visibili, ma aveva trascurato il modulo: la ruota di ricambio aveva un passo diverso rispetto all'albero a vite senza fine originale ancora installato nella macchina. I denti si ingranavano approssimativamente alla giusta distanza tra i centri, ma con un profilo errato, generando un forte grippaggio fin dalla prima rotazione.

L'incompatibilità del modulo ha causato tre giorni di fermo produzione, oltre al costo di una seconda sostituzione. La selezione iniziale, con una misurazione completa, avrebbe richiesto dieci minuti. Questa guida fornisce il quadro completo di misurazione e specifiche, in modo da evitare che si verifichi una seconda sostituzione di questo tipo. Set di ingranaggi a vite senza fine Ever-Power coreani sono disponibili per l'intera gamma di parametri descritta di seguito, con conferma dimensionale tramite disegni o campioni fisici prima dell'inizio della produzione.

I sette parametri che definiscono completamente le specifiche di un ingranaggio a vite senza fine

Ogni decisione relativa alla scelta di un ingranaggio a vite senza fine si riduce a sette parametri. I primi quattro sono requisiti meccanici derivanti dall'applicazione. Gli ultimi tre sono specifiche di materiale e di produzione che determinano la durata e la compatibilità con l'ambiente operativo. Tutti e sette devono essere confermati prima dell'ordine, non dopo che l'installazione rivela le ipotesi fatte.

P1 — Modulo: L'unico parametro che non puoi indovinare

Il modulo è il rapporto tra il diametro primitivo e il numero di denti. Definisce le dimensioni fisiche dei denti: altezza, larghezza e spaziatura. Un dente con modulo 2 è esattamente il doppio delle dimensioni fisiche di un dente con modulo 1 in tutte le dimensioni lineari. Due ingranaggi a vite senza fine si ingraneranno correttamente solo se condividono lo stesso modulo: non esiste alcuna regolazione, spessoramento o rettifica che possa correggere un'eventuale discrepanza di modulo a posteriori.

Per un componente noto, è possibile misurare il modulo. Il metodo più affidabile per la ruota elicoidale è: misurare il diametro esterno (OD) e il numero di denti (z2), quindi calcolare utilizzando la formula per la relazione approssimativa: OD ≈ m × (z2 + 2). Riordinando: m ≈ OD ÷ (z2 + 2). Per l'albero a vite senza fine, misurare il passo assiale (la distanza da un fianco della filettatura all'altro, parallela all'asse dell'albero) e dividere per π: m = passo assiale ÷ π.

I moduli metrici standard seguono la serie normalizzata: 1.0, 1.25, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 8.0, 10.0, 12.0. Se il calcolo fornisce un valore come 2.03 o 1.97, arrotondare al valore standard più vicino (2.0): la piccola deviazione è dovuta all'incertezza di misura, non a un design non standard. Se il risultato è a metà strada tra due valori standard (ad esempio, 1.75), il componente potrebbe essere un modulo non standard o conforme allo standard AGMA: contattare il fornitore dell'apparecchiatura originale o inviarci un campione per la misurazione con CMM per conferma.

P2 — Rapporto di trasmissione: a partire dai requisiti di velocità dell'applicazione

Rapporto di trasmissione = giri/minuto in ingresso ÷ giri/minuto in uscita = numero di denti della ruota elicoidale ÷ numero di spire della vite senza fine. Quando si seleziona un rapporto per una nuova applicazione, procedere a ritroso dalla velocità di uscita richiesta. Rapporto richiesto = giri/minuto nominali del motore ÷ giri/minuto di uscita richiesti. Arrotondare il risultato a un rapporto standard ottenibile con un numero di denti intero; ad esempio, se il calcolo dà 43,6:1, specificare 44:1 (z1=1, z2=44) anziché cercare di ottenere esattamente 43,6:1 con un numero di denti non intero.

Per la sostituzione di un componente guasto in assenza del disegno originale: contare direttamente i denti della ruota (z2), determinare il numero di spire della vite senza fine ispezionando la superficie terminale (contando i singoli punti di inizio filettatura) e calcolare i = z2 ÷ z1. Verificare che questo valore corrisponda alla relazione di velocità osservata nella macchina prima di effettuare l'ordine: se possibile, misurare i giri al minuto del motore e i giri al minuto effettivi in ​​uscita, come verifica di coerenza con il calcolo del numero di denti.

P3 — Coppia e velocità: verifica della capacità del modulo di sopportare il carico

La selezione del modulo per una nuova applicazione inizia con il requisito di coppia in uscita. Un modulo più grande significa denti più grandi con maggiore capacità di carico, ma anche un set di ingranaggi fisicamente più grande e più costoso. Il modulo minimo per una data coppia può essere stimato in base alla sollecitazione di contatto ammissibile del materiale della ruota.

Una regola pratica per le ruote elicoidali in bronzo sinterizzato che accoppiano viti senza fine in acciaio temprato in servizio industriale continuo è la seguente: coppia di uscita ammissibile ≈ 6,5 × m³ × z2^0,5 (in Nm, con m in mm). Questa è una stima semplificata per il dimensionamento preliminare; il calcolo effettivo deve utilizzare la formula completa della sollecitazione di contatto di Hertz con il diametro primitivo, l'angolo di elica e il ciclo di lavoro specifici. Utilizzare questa stima per verificare se il modulo sembra adeguato; verificare con un calcolo appropriato o inviarci i requisiti di coppia e velocità per una conferma del dimensionamento.

Per la sostituzione di un componente guasto: il modulo esistente nella macchina è stato presumibilmente dimensionato per il carico dell'applicazione al momento della progettazione. Se i guasti si verificano ripetutamente nel modulo originale, la causa principale è più probabilmente un problema di materiale, lubrificazione o trattamento superficiale piuttosto che un modulo sottodimensionato. Passare a un modulo più grande senza comprendere la modalità di guasto è costoso e spesso non risolve il problema.

P4 — Configurazione del foro: il parametro più spesso specificato in modo errato

La configurazione del foro ha tre specifiche indipendenti che devono essere tutte corrette: il diametro del foro, la tolleranza di accoppiamento e la configurazione della sede della chiavetta o della vite di fermo. Un errore anche in una sola di queste specifiche può causare problemi di assemblaggio.

Il diametro del foro deve corrispondere al diametro dell'albero di uscita. Misurare l'albero con un micrometro, non con un calibro a corsoio, che è sufficientemente preciso per l'identificazione visiva ma non per specificare un accoppiamento a pressione. Specificare con una precisione di 0,01 mm. Un albero che misura 24,97 mm deve essere specificato come un albero da 25 mm, non come un albero da 24,97 mm: il foro verrà lavorato con tolleranza H7 per un diametro nominale di 25 mm, ovvero da 25,000 a 25,021 mm. Ciò garantisce un gioco di 0,030-0,051 mm sull'albero da 24,97 mm, assicurando un accoppiamento scorrevole sicuro.

La tolleranza di accoppiamento determina se la ruota è a scorrimento (accoppiamento con gioco, H7/h6 o H7/g6 - per alberi che utilizzano una vite di fermo o una chiavetta per la trasmissione della coppia) o a pressione (accoppiamento con interferenza, H7/p6 o H7/r6 - per il montaggio a pressione diretto senza chiavetta). La maggior parte delle applicazioni industriali con ruote a vite senza fine utilizza un foro H7 con sede per chiavetta e chiavetta per la trasmissione della coppia. Specificare un foro H7 senza sede per chiavetta e affidarsi all'attrito di una vite di fermo è appropriato solo per applicazioni leggere in cui la coppia in uscita è inferiore a circa 20% della coppia nominale della ruota.

Le dimensioni della sede della chiavetta sono conformi allo standard DIN 6885 per applicazioni metriche. La larghezza e la profondità della sede della chiavetta sono definite dal diametro dell'albero: un albero da 25 mm utilizza una sede per chiavetta di 8 mm di larghezza × 7 mm di profondità nell'albero e una sede corrispondente di 8 mm di larghezza × 3,3 mm di profondità nel foro. Specificare "DIN 6885" al momento dell'ordine per garantire che la sede della chiavetta corrisponda alle dimensioni standard per il diametro dell'albero, oppure specificare esplicitamente la larghezza e la profondità effettive della sede della chiavetta.

P5 — Selezione dei materiali: Abbinamento del materiale all'ambiente operativo

La scelta del materiale per l'albero e la ruota elicoidale è determinata da tre fattori indipendenti che devono essere tutti soddisfatti: capacità di carico (che stabilisce un requisito minimo di durezza), ambiente operativo (che determina i requisiti di resistenza alla corrosione) e compatibilità tribologica (che determina il corretto accoppiamento tra i due componenti). L'errore più comune nella specifica dei materiali è quello di privilegiare un solo fattore ignorando gli altri.

P6 — Classe di precisione: quanta precisione ti serve realmente?

La classe di precisione è uno dei parametri più sovra- e sotto-specificati nell'approvvigionamento di ingranaggi a vite senza fine, spesso contemporaneamente. Gli ingegneri che hanno familiarità con le macchine utensili a controllo numerico a volte specificano DIN5 per un nastro trasportatore agricolo lento quando DIN9 è più che sufficiente e costa 60% in meno. Gli ingegneri che acquistano componenti per tavole rotanti di precisione a volte accettano qualsiasi cosa sia indicata nel catalogo senza chiedere informazioni sulla classe DIN, per poi chiedersi perché la precisione angolare sia inferiore alle aspettative.

La classe DIN per un ingranaggio a vite senza fine controlla tre tolleranze geometriche: errore di passo singolo (variazione della spaziatura tra i denti), errore di passo totale (deviazione di qualsiasi dente dalla posizione teorica ideale lungo l'intera circonferenza) e deviazione del profilo del dente (quanto il fianco effettivo del dente corrisponde all'evolvente teorica). DIN5 è la più restrittiva; DIN9 è la più permissiva. Ogni incremento di numero raddoppia approssimativamente l'errore consentito.

P7 — Requisito di autobloccaggio: il parametro che influenza la selezione del conteggio di avvio

L'autobloccaggio è necessario quando il carico azionato deve rimanere fermo allo spegnimento del motore, senza la necessità di un freno meccanico separato o di una corrente di mantenimento del motore. La condizione di autobloccaggio dipende dal fatto che l'angolo di avanzamento della vite senza fine sia inferiore all'angolo di attrito effettivo all'ingranamento, il quale a sua volta dipende dalla viscosità del lubrificante e dalla temperatura di esercizio.

Per applicazioni che richiedono un autobloccaggio affidabile, specificare z1 = 1 (vite senza fine a singolo avviamento) e un rapporto di almeno 20:1. Questa combinazione produce angoli di elica di 2-4 gradi per diametri cilindrici a passo standard, ben al di sotto dell'angolo di attrito effettivo di 3-6 gradi per acciaio temprato lubrificato a olio contro bronzo allo stagno. Per applicazioni critiche per la sicurezza (paranchi, posizionamento medicale, inseguitori solari in cui il carico del vento deve essere sostenuto senza l'ausilio di un motore), verificare inoltre il margine di autobloccaggio alla massima temperatura di esercizio con il lubrificante specificato, e non in condizioni ambientali di laboratorio con un coefficiente di attrito nominale.

Quando l'autobloccaggio non è richiesto, o è addirittura indesiderabile perché è necessaria la frenatura rigenerativa tramite il cambio per il recupero dell'energia di decelerazione, specificare z1 = 2 o z1 = 3 (vite senza fine a più principi). L'angolo di elica maggiore di una vite senza fine a più principi elimina l'autobloccaggio migliorando al contempo l'efficienza. Specificare esplicitamente questo requisito nelle specifiche dell'ordine in modo che l'angolo di elica venga progettato correttamente fin dall'inizio.

Il nostro stabilimento di produzione

Lista di controllo completa per la selezione: cosa verificare prima di ordinare

Questa checklist copre tutti e sette i parametri. Stampatela, compilatela e verificate che ogni riga abbia un valore confermato prima di inviare l'ordine. Lasciare una riga vuota significa andare a tentoni, e tirare a indovinare costa più del tempo necessario per compilare la checklist.

Quando aggiungere un verme duplex alla tua specifica

Un set di ingranaggi a vite senza fine standard ha uno spessore fisso dei denti su entrambi i fianchi della filettatura. L'unico modo per controllare il gioco è attraverso la distanza tra gli assi in fase di assemblaggio. Con l'usura dei denti della ruota nel corso degli anni di funzionamento, il gioco aumenta e non può essere eliminato senza sostituire sia la vite senza fine che la ruota.

UN ingranaggio a vite senza fine duplex presenta valori di passo differenti sui fianchi della filettatura sinistra e destra, il che fa sì che lo spessore del dente aumenti in modo continuo lungo l'asse della vite senza fine. Lo spostamento assiale della vite senza fine ripristina il gioco originale portando una sezione più spessa a contatto con la ruota, senza modificare la geometria di contatto o la capacità di carico. Questa caratteristica è consigliabile specificarla quando si verifica una delle seguenti condizioni:

◆ L'applicazione ha una specifica di precisione angolare (gradi o minuti d'arco) e si prevede che mantenga tale precisione per una durata di servizio superiore a 3 anni.

◆ L'applicazione esegue migliaia di inversioni di direzione giornaliere (inseguitori solari, piattaforme di posizionamento di precisione)

◆ La sostituzione del gruppo ingranaggi all'interno dell'alloggiamento della macchina è costosa, richiede molto tempo o comporta lunghi periodi di fermo produzione.

◆ È prevista una durata di progetto di 25 anni e non sono ammessi interventi di manutenzione non pianificati sull'azionamento (impianti solari su larga scala).

Per unità di azionamento chiuse, compatte riduttori a vite senza fine Sono disponibili sia ingranaggi a vite senza fine duplex integrati con alloggiamento a gioco regolabile, sia componenti per ingranaggi a vite senza fine duplex nudi.

Domande frequenti