Distanza cuscinetti ruote dentate riduttore

AntonioMlv

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Buongiorno a tutti,

sono alle prese con la progettazione di un riduttore coassiale con ingranaggi elicoidali a due stadi di velocità. La domanda che vorrei porre è: esistono delle norme specifiche o comunque delle regole che permettano di determinare la distanza tra la ruote dentate e i supporti sull'albero, conosciute le forze assiale, radiale e tangenziale agenti sulle ruote? Ho provato a cercare del materiale, ma non sono ancora venuto a conoscenza di criteri ben determinati per dimensionare la lunghezza di un albero e le relative distanze tra ruote e supporti. Sarei molto grato se qualcuno potesse darmi indicazioni.

Vorrei inoltre chiedere se per riduttori coassiali prevedere ruote a sbalzo sia ideale, oppure se sia preferibile optare per altre soluzioni.
 

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Ciao @AntonioMlv, che io sappia non ci sono norme che ti indichino come dimensionare un riduttore dal punto di vista dell'architettura strutturale.
Generalmente i concetti base sono quelli di avere dei prodotti compatti, strutturalmente adatti a sopportare le sollecitazioni per cui sono progettati, con superfici esterne il più possibile lineari per evitare la formazione di ricettacoli per polvere, liquidi od altro poi, a seconda dell'applicazione se possibile, gradevoli esteticamente.
Generalmente si parte disegnando gli ingramaggi e relativi alberi opportunamente dimensionati in base alle prestazioni richieste, questo, ovviamente determinerà distanze obbligate dovute a posizione ingranaggi, interassi, battute, distanziali, anelli seeger, ecc., dopodichè si potrà passare ai cuscinetti cercando di mantenerli il più vicino possibile agli ingranaggi e questo determinerà la posizione dei cuscinetti e le lunghezze degli alberi. Le sporgenze degli alberi esterni verranno dimensionate in funzione del tipo di collegamento: per queste puoi prendere spunto dai cataloghi dei vari costruttori in quanto si è creata una specie di unificazione indotta dalla concorrenza. Altre considerazioni da effettuare sono quelle relative alla lubrificazione, alla versatilità, alla semplicità di montaggio e ad una facile manutenibilità.
Nei riduttori coassiali avrai sempre il pignone entrata (1a riduzione) a sbalzo, mentre per quanto concerne la corona accoppiante di prima riduzione, nei riduttori industriali standard con coppie indicativamente fino a 1000-1500 Nm, molti costruttori preferiscono averla a sbalzo perchè questo li facilita nel montaggio di un tre stadi nella stessa struttura del due stadi, Nei riduttori di taglia maggiore la corona 1a riduzione rientra all'interno dei due cuscinetti, a ridosso del pignone 2a riduzione. Nei riduttori con maggiori sollecitazioni viene adottata, in alternativa, la soluzione che supporta il pignone 2a riduzione e la relativa corona 1a riduzione, con tre cuscinetti; il tutto dipende, se è un riduttore speciale e ovviamente, anche dal tipo di applicazione.
A questo link trovi gli esplosi delle varie grandezze di riduttori coassiali di un noto produttore con le varie soluzioni costruttive a seconda della grandezza.
Se cerchi nel forum, ci sono altre discussioni sui riduttori dove sono stati allegati dei disegni in sezione nei quali puoi vedere la collocazione dei vari componenti.
 
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meccanicamg

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Per quanto riguarda le distanze tra cuscinetti e ingranaggi non c'è normativa. In funzione degli ingombri ottieni fisiologiche distanze.
Chiaramente devi essere in grado di calcolare le reazioni ai cuscinetti e capire che distanze diminuire o aumentare per migliorare durata dei cuscinetti.
Per questo ti consiglio i quaderni tecnici SKF.

Ma son solo io che fa i riduttori coassiali con i cuscinetti non a sbalzo? Io li faccio tutti con in mezzo l'ingranaggio ed esternamente i cuscinetti, come un assi paralleli standard.
Faccio anche i cambi a due velocità, con precoppia coassiale ma niente a sbalzo, proprio per migliorare le reazioni e la rigidezza dell'albero, evitando così di far lavorare peggio l'ingranaggio.

Ricordiamo che anche per la durata degli ingranaggi abbiamo dei coefficienti diversi in funzione del posizionamento.
Presa al volo da UNI 8862 usata in un altro post.
1717620343514.png
1717620208601.png
Puoi approfondire usando la norma ISO 6336-1 che è più aggiornata e più aderente all'utilizzo di questi tempi.
 

meccanicamg

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Giusto per onor di cronaca questo qui sotto è lo schema di un cambio industriale a due velocità con precoppia. Tutto coassiale e con cuscinetti agli estremi degli alberi e non a sbalzo.
Screenshot_20240605_230608_Sketchbook.jpg
Che sia a due stadi con o senza cambio non esiste per me albero a sbalzo. Addirittura il contralbero potrebbe essere supportato anche da un terzo cuscinetto centrale.
Questo mi permette di replicare lo schema di calcolo solito che uso per gli assi paralleli e di dare un prodotto più performante.
 
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AntonioMlv

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Giusto per onor di cronaca questo qui sotto è lo schema di un cambio industriale a due velocità con precoppia. Tutto coassiale e con cuscinetti agli estremi degli alberi e non a sbalzo.
Visualizza allegato 71421
Che sia a due stadi con o senza cambio non esiste per me albero a sbalzo. Addirittura il contralbero potrebbe essere supportato anche da un terzo cuscinetto centrale.
Questo mi permette di replicare lo schema di calcolo solito che uso per gli assi paralleli e di dare un prodotto più performante.
Effettivamente anche a me sembra una soluzione più valida il posizionamento delle ruote comprese tra i supporti anziché a sbalzo. Quella delle distanze era la mia unica richiesta, ovviamente è già predisposto tutto, dalle coppie e forze agenti sulle ruote, al dimensionamento a flessotorsione nei punti più critici, fino alla verifica a flessione e pitting delle ruote secondo ISO 6336-1
 

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Ma son solo io che fa i riduttori coassiali con i cuscinetti non a sbalzo?
:)
Se progetti e costruisci riduttori specifici per determinate applicazioni lo puoi fare, anzi, questo ti consente di concentrarti prevalentemente sull'aspetto prestazionale per garantire un'estrema affidabilità in quanto sei a conoscenza di tutte le condizioni operative ed applicative finali.
Per quanto concerne i riduttori coassiali di serie, invece, già cinquant'anni fa alcuni costruttori iniziarono a prevedere pignone e corona 1a riduzione a sbalzo ed allora era abbastanza frequente riscontrare problemi di rumorosità dovuti al non perfetto allineamento della cassa e del coperchio in quanto erano lavorati assieme spinati, con barenatrici. Poi ci fu Rossi che iniziò a proporre sul mercato il concetto di modularità dei componenti che venne gradualmente adottato anche da altri per ottimizzare le lavorazioni e ridurre i componenti da gestire.
A questo punto (anni 1990-2000) ci fu una revisione drastica dei progetti cercando di ottimizzare sia le architetture che le lavorazioni, in quanto erano disponibili dei centri di lavoro che garantivano delle tolleranze ristrettissime negli allineamenti ed infine il montaggio; questo per offrire ai clienti tempi di consegna ridotti ed avere prezzi più competitivi.
C'è da considerare che una serie di riduttori coassiali può essere costituita da migliaia di varianti (anche oltre 10000) che incidono sulla flessibilità e sui costi, per cui molti costruttori hanno scelto di definire dei kit modulari semplici da montare (anche con montaggio automatizzato) per ridurre i componenti a magazzino ma. soprattutto, per favorire i rivenditori i quali, con un numero limitato di kit a magazzino, possono eseguire il montaggio finale e consegnare in poche ore molte configurazioni.
Come si può vedere dalle liste di ricambio che ho citato nel mio post precedente, i tre kit principali: uscita, entrata (per 2 e 3 stadi) ed intermedio (3 stadi) richiedono la corona 1a riduzione a sbalzo per poter effettuare un facile montaggio/smontaggio con un minimo di attrezzatura.
Per il pignone entrata a sbalzo l'esigenza deriva anche dal fatto che abbiamo lo stesso pignone (piantato o calettato) sia nella versione riduttore (albero entrata sporgente, che motoriduttore (albero entrata cavo con fori di 4-5 diametri diversi) ed anche in questo caso, se fosse tutto integrale e supportato alle estremità dovremmo gestire un elevato numero di componenti e rinunciare ai vantaggi della modularità.
I produttori sono consapevoli che queste soluzioni possono ridurre le prestazioni ma è anche necessario evidenziare che non sono state solo progettate sulla carta (ai tempi) o a CAD, ma sono state ampiamente testate in sala prove prima di passare alla produzione di serie che prevede centinaia di migliaia di pezzi ogni anno, utilizzati in molteplici applicazioni.
E' ovvio che se si dovesse progettare un riduttore per laminatoio od un'altra specifica applicazione, in quantità limitata dove conosci già il tipo di montaggio e le reali condizioni operative, le considerazioni sarebbero più simili alle tue.
 

meccanicamg

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Effettivamente anche a me sembra una soluzione più valida il posizionamento delle ruote comprese tra i supporti anziché a sbalzo. Quella delle distanze era la mia unica richiesta, ovviamente è già predisposto tutto, dalle coppie e forze agenti sulle ruote, al dimensionamento a flessotorsione nei punti più critici, fino alla verifica a flessione e pitting delle ruote secondo ISO 6336-1
Le distanze fanno variare il carico ai cuscinetti.
Se pensiamo di avere l'ingranaggio nella zona interna ai supporti cuscinetto avremo questo schema:
1717925599925.png
Dopo questa schematizzare devi decidere se usare un sistema di cuscinetti flottanti
1717925677749.png
Oppure usare una cerniera e un carrello
1717925728006.png
Nel caso dei flottanti e movimento reversibile hai che si scambiano funzione i due cuscinetti, quindi se l'ingranaggio non è al centro potresti trovarti sovraccarichi accentuati.
Se usi il sistema isostatico invece scegli quale sia il cuscinetto sovraccaricato e anche se reversibile otterrai dei cuscinetti mediamente più piccoli.
Variando il rapporto tra a e b otterrai forze maggiori su uno o sull'altro cuscinetto e quindi potrai fare alberi più o meno snelli rispetto alle versioni con cuscinetto flottante che ha bisogno di alberi più rigidi flessionalmente.
 

meccanicamg

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Scusate, la prima immagine del mio post precedentemente è ancora isostatico.....
Invece un montaggio flottante è questo:
1717928950699.png
 

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