Ingranaggio a vite senza fine Selezione dei materiali Si tratta di una decisione di abbinamento, non di una decisione sui componenti.

L'usura rapida in un'installazione correttamente specificata sulla carta di solito indica uno di questi tre problemi. Primo, violazione del differenziale di durezza: verificare la durezza dell'albero con un tester Rockwell portatile anziché affidarsi solo al certificato del materiale. Un albero spedito come 40Cr ma non adeguatamente trattato termicamente potrebbe avere una durezza di 35-42 HRC anziché 50-56 HRC, il che lo pone al di sotto o al livello minimo per un differenziale adeguato rispetto al bronzo allo stagno. Secondo, problema di lubrificazione: olio per ingranaggi con additivo EP che attacca la ruota in bronzo. Terzo, contaminazione: particelle abrasive nel lubrificante: anche se si identifica e si rimuove la fonte, le particelle abrasive già presenti nell'olio continuano ad abradere fino al cambio dell'olio.

Questo è l'errore di accoppiamento descritto nella regola del differenziale di durezza. Se l'albero a vite senza fine è in acciaio C45 temprato a induzione (50-55 HRC) o in acciaio 40Cr temprato a cuore (50-56 HRC), non è possibile sostituirlo semplicemente con ZCuAl10Fe3 senza verificare che la durezza dell'albero sia adeguata. Con 40Cr rispetto a ZCuAl10Fe3, il differenziale di durezza è sufficiente. Con C45 rispetto a ZCuAl10Fe3, il margine è più ristretto e dovrebbe essere verificato con un calcolo del rischio di grippaggio alla velocità di scorrimento operativa. Se l'albero è in C45 e si desidera una ruota in bronzo alluminio-ferro, è necessario passare contemporaneamente all'albero cementato SCM415: l'albero necessita di una maggiore durezza per funzionare correttamente con la lega della ruota più dura.

La lega ZCuSn12 ha un contenuto di stagno superiore di circa 20% rispetto alla ZCuSn10Pb1, il che si traduce in una resistenza alla trazione leggermente superiore (~250 MPa contro ~220 MPa) e una durezza maggiore (~90–110 HB contro ~65–90 HB). Le prestazioni antiabrasione della fase di piombo sono simili tra le due leghe. La ZCuSn12 è da preferire quando è necessaria una capacità maggiore rispetto a quella offerta dalla ZCuSn10Pb1 a parità di modulo, ma l'applicazione non presenta i carichi d'urto che giustificherebbero il passaggio alla ZCuAl10Fe3.

Per l'albero a vite senza fine, sì: se l'alloggiamento non è completamente sigillato e l'albero è esposto all'atmosfera costiera, l'acciaio inossidabile SS316 è la specifica corretta. Un albero in acciaio al carbonio zincato inizierà a corrodersi per vaiolatura entro 12-18 mesi in atmosfera marina, e un albero in SS304 entro 6-24 mesi a causa della vaiolatura indotta dai cloruri. Per la ruota elicoidale, se la ruota è all'interno di un alloggiamento sigillato, il bronzo allo stagno ZCuSn10Pb1 rimane accettabile: il bronzo resiste bene alla corrosione atmosferica marina. Se esposto direttamente alla nebbia salina, il bronzo all'alluminio-ferro ZCuAl10Fe3 è più resistente al biofouling marino e alla corrosione intergranulare che si sviluppa nel bronzo allo stagno in seguito a ripetuti cicli di bagnatura e asciugatura.

La sostituzione dei materiali nella catena di fornitura è più comune di quanto gli ingegneri si aspettino, soprattutto per gli alberi acquistati tramite distributori intermedi. Un albero in acciaio C45 e un albero in acciaio 40Cr appaiono identici prima del trattamento termico. Una prova di durezza conferma la durezza raggiunta, ma non la lega: è possibile trattare termicamente l'acciaio C45 fino a 50 HRC mediante tempra a induzione, mentre la scheda tecnica specifica un acciaio 40Cr temprato a cuore a 52 HRC. La differenza si manifesta nella profondità di tempra e nella durata a fatica. Un certificato del materiale, comprensivo del numero di colata di laminazione, attesta la composizione della lega, non solo il risultato della prova di durezza.

Sì, ed è un fattore significativo per i moduli di dimensioni maggiori. Il bronzo allo stagno ZCuSn10Pb1 è una lega di rame relativamente costosa: a partire dal modulo M6, la ruota può rappresentare una componente di costo importante del set di ingranaggi. Dal costo più basso a quello più alto: POM/PA66 < ottone al manganese < ZCuAl10Fe3 < ZCuSn10Pb1 < SS316. Si noti che il costo del materiale è solo una frazione del costo totale di installazione: specificare il materiale sbagliato e sostituire l'ingranaggio ogni 6 mesi costa molto di più che specificarlo correttamente una volta sola.

La differenza di durata utile è in genere pari o superiore a 10:1. Un set specificato correttamente presenta un'usura graduale e controllata dei fianchi dei denti della ruota nell'arco di migliaia di ore, misurabile tramite l'analisi dell'olio e la conta delle particelle, con un preavviso sufficiente prima del superamento dei limiti dimensionali. Un set specificato in modo errato (differenza di durezza errata, lubrificante errato, contaminazione) in genere si guasta per abrasione o usura abrasiva rapida entro 200-500 ore.

Un funzionamento poco frequente aumenta la probabilità di guasto per lubrificazione limite, non la diminuisce. Ogni volta che l'azionamento si riavvia da fermo, l'ingranaggio funziona in condizioni di lubrificazione limite – senza film idrodinamico – per i primi secondi o minuti, finché la temperatura di esercizio e la velocità di scorrimento non creano il film. Un azionamento che si avvia e si arresta frequentemente subisce una lubrificazione limite proporzionalmente maggiore rispetto al suo tempo di funzionamento totale. La proprietà di lubrificazione limite della fase di piombo della ruota in bronzo allo stagno è particolarmente preziosa nelle applicazioni intermittenti. Non bisogna mai concludere che un'applicazione utilizzata poco frequentemente possa tollerare specifiche dei materiali inferiori.