Riduttore di velocità ad assi paralleli

Kekko999

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Buonasera a tutti,
mi chiamo Francesco e sono uno studente del corso di laurea magistrale in ingegneria aerospaziale.
Mi è stato assegnato come progetto per il corso di Costruzioni di Macchine un riduttore ad assi paralleli, sostanzialmente mi è stata lasciata libertà per l'applicazione e quindi nessun dato come inizio.
Volevo chiedervi come posso approcciare il progetto , impostazione e consigli di realizzazione, non avendo purtroppo una sezione approfondita per quanto riguarda i riduttori nel libro di testo del corso.
vi allego una possibile soluzione proposta dal professore e vi ringrazio in anticipo dell'attenzione :D
 

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volaff

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Se fai una ricerca col tasto apposito molti esempi già affrontati in questi anni sui riduttori con spiegazioni e formule.
 

MassiVonWeizen

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il forum è pieno di riduttori ad assi paralleli richiesta da voi studenti, discussi e sviscerati.
cosa rappresentano quegli scarabocchi?
 

Kekko999

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il forum è pieno di riduttori ad assi paralleli richiesta da voi studenti, discussi e sviscerati.
cosa rappresentano quegli scarabocchi?
dagli "scarabocchi" si vede che sono state proposte due soluzioni a due stadi ad assi paralleli, diverse per l'uscita, il resto è un esempio di un profilo di ruota...
 

meccanicamg

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Sul forum abbiamo una marea di riduttori ad assi paralleli ed ortogonali dimensionati, verificati, calcolati.
Inoltre troverai pure i riferimenti a libri molto utili da avere per affrontare la tematica di fare ingranaggi e riduttori.

Se hai a progetto un riduttore ad assi paralleli direi che il disegno delle due ruote coniche non serve a nulla perché quello serve per un riduttore ad assi ortogonali.

Nell'immagine che hai postato, sulla destra abbiamo un tradizionale assi paralleli

e sotto un coassiale

....le immagini sono prese da due post di riduttori sul forum.

Secondo me hai a disposizione molto materiale sul quale lavorare....poi se hai bisogno chiedi che qui ti diamo altre informazioni.

Puoi prendere una applicazione e progettare il riduttore oppure inventare e progettare un riduttore che segue i dati.
 

meccanicamg

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Un oggetto nuovo per gli studenti potrebbe essere il riduttore sdoppiatore, che è un riduttore ad ingranaggi ad assi paralleli od ortogonali, con cambio o mono rapporto, dove gli alberi di uscita sono due, controrotanti.
Sono riduttori usati per collegare macchine di varia natura dove è necessario che le due uscite ruotino una opposta all'altra, per tagliare, mescolare, trainare nastri ecc.
Screenshot_20191124_184434.jpg
Questa foto è una degli esempi che si possono trovare in rete.
 

meccanicamg

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Siccome Francesco mi ha scritto un MP dove mi chiedeva spiegazioni generali di tutto e che ha letto i vari post ma ha trovato confusione, proverò a spiegare un po' tutto...in più puntate.
Certamente che se Francesco ci chiederà nello specifico sarebbe meglio così evito pipponi inutili.

Premessa: solo riduttori ad assi paralleli, cioè dove gli assi di rotazione di ogni stadio di riduzione sono paralleli tra loro. Non parleremo di assi ortogonali, sghembi, vite senza fine ed epicicloidali (anche se sono della famiglia paralleli ma son speciali).


Libri di testo:
- vedere altri post
- Niemann - Elementi di macchine volume 1-2-3
- norme AGMA e UNI 8953 sperimentale e soprattutto ISO 6336

Generalità:
- un riduttore è un oggetto composto da ingranaggi e serve per ridurre la velocità uscente aumentandone la coppia
- un riduttore in ingresso vede un motore, una pala eolica, un mulo che gira.... insomma una fonte di energia che deve essere trasformata affinché l'utilizzatore, posto a valle del riduttore faccia il suo lavoro. Questo è necessario perché quasi sempre non esiste un motore che gira a pochi giri che abbia una coppia elevatissima
- come utilizzatore abbiamo un frantoio, una coppia di rulli di traino, un mescolatore, un tappeto di trasporto, un tamburo di un vercello, un...qualcosa che fa qualcosa
- se la potenza entrante è il 100% otterremo in uscita solo una parte di essa. Il rapporto tra potenza uscente ed entrante è detto rendimento. I cuscinetti, il contatto tra i denti, le guarnizioni sugli alberi, la viscosità dell'olio ....tutto perde potenza e lo trasforma in calore

Credenze popolari, accademiche and so on:
- numero denti primi: se dimeionare correttamente si possono usare anche ingranaggi che non abbiano un numero di denti primi
- numero denti ruote elicoidali z17: con lo spostamento di profilo si può arrivare a fare 11 denti senza grossi problemi
- rapporti di riduzione con ruote elicoidali fino a 5: normalmente i riduttori commerciali non si spingono molto per questioni di non stressare gli assi e usare in modo scalare le ruote, però su riduttori su misura è possibile tranquillamente fare rapporti di riduzione i=7....12 in un solo stadio
- con Lewiss e Hertz si dimensionano gli ingranaggi: la teoria di base è così ma occorre usare le normative altrimenti escono di quelle cose abominevoli...o troppo deboli o troppo abbondanti. Gli anni di esperienza AGMA e poi di ISO/DIN ha portato a migliorare notevolmente la pura teoria di base
- altre cose sono state indicate sul forum in altri post
- dimensionamento è verifica: no, dimensionare vuol dire usare un metodo, anche a caso che porti a definire una prima ipotesi. La verifica serve per validare l'ipotesi di dimensionamento con i parametri limite o ammissibile dei materiali
 

meccanicamg

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Errata corrige post precedente:
Screenshot_20191126_221824.jpg
Diventa:

- norme AGMA e UNI 8862 sperimentale....

Prendiamo ora un utilizzatore che vogliamo studiare e con le sue leggi fisiche determiniamo che ci servono X kW a Y giri/min che scriveremo all'americana RPM.
Qui puoi scegliere tu cosa vuoi studiare.

Premessa: se usi excel evitiamo di buttare ore ed ora a rifare inutilmente calcoli iterativi.

Quindi cerchiamo un motore che soddisfi le esigenze di potenza e giri richiesti, interponendo un riduttore che abbia un numero di giri consono.

In funzione dell'applicazione ci sono le tabelle AGMA che definiscono un fattore di servizio che moltiplica le condizioni nominali. Vedi post specifici.

A questo punto abbiamo:
- potenza ingresso
- regime di rotazione ingresso
- rapporto di riduzione totale
- fattore di servizio

Ora occorre fare un dimensionamento di massima per centrare un po' il riduttore.

Determinare il numero di stadi: prendiamo il rapporto di riduzione totale e lo confrontiamo con il valore di rapporto massimo ottenibile. Ipotizziamo che ogni stadio, possa senza esagerare fare i=5.

1 stadio = 5
2 stadi = 5•5 = 25
3 stadi = 5•5•5 = 125
.....
N stadi = 5 elevato alla N

Ora sappiamo quanti stadi di riduzione fare (ogni stadio sono una coppia di ingranaggi…quindi due assi) e sappiamo quali sono i rapporti che desideriamo avere. Preferibilmente il primo stadio avrà il rapporto di riduzione più alto per compattare il riduttore.

Scriviamo i vari numeri di denti con il loro rapporto di riduzione e il rapporto totale e modifichiamo i numeri affinché il rapporto totale soddisfi il teorico con la sua tolleranza.

Teniamo presente che la formula dellabaco, piuttosto che Lewiss modificato, usata come formula inversa può essere usata per avere interasse che vogliamo noi in funzione di modulo e numero di denti e quindi si può già avere quello che si vuole....basta usare excel e fare una tabella dalla quale scegliere.

Ora possiamo usare le norme, gli abachi (come le mie curve coppia specifica vs modulo in funzione di materiale e numero denti ruota).
Screenshot_20191126_215857.jpg

Breve spiegazione dell'abaco:
Coppia da trasmettere in ingresso 600Nm. Modulo 6 e pignone con z15 ottengo coppia specifica di 11Nm/mm. Avendo 600/11=55mm circa di larghezza di fascia.
La costruzione degli abachi viene fatta usando Lewiss statica e dei coefficienti generali secondo una delle norme che più di preferiscono e servono per avere in modo rapido un'idea degli ingranaggi.

Materiali:
I materiali per me, visto che di ingranaggi ne ho fatti un po' sono:
- acciaio da bonifica 42CrMo4 bonificato con tempra superficie ad induzione per ingranaggi normali e rettifica denti uguale a 39NiCrMo3 da usarsi normalmente
- acciaio da cementazione 17NiCrMo6 cementato e temprato e rettificato da usarsi per applicazioni più spinte
- acciaio da bonifica allo stato bonificato senza altri trattamenti termici C45 da usarsi per applicazioni molto scarse

Consiglio vivamente di usare ISO 6336 per tutti i riferimenti a norma di materiali, formule e considerazioni.

Le proporzioni tra modulo e larghezza di fascia degli ingranaggi viene spesso usato come parametro per la scelta degli ingranaggi.

Il rapporto b/m di consueto è tra 10 e 15 per la meccanica generale ma assume i seguenti valori:
- compreso tra 6 e 10 se denti fusi e supporti non rigidi
- tra 5 e 15 se denti temprati ma non rettificati
- tra 10 e 20 se denti rettificati e cuscinetti allineati e rigidi
- tra 20 e 40 dentatura di precisione con rotazione minore di 3000 rpm
- tra 40 e 80 dentatura campione, elevata precisione e tolleranze strette, supporti rigidi e rotazione inferiore a 3000 rpm
 

meccanicamg

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Usando le normative calcolo la verifica a rottura del dente per flessione (Lewiss modificato)
Screenshot_20191126_224221.jpg
Dove SF è la tensione sulla base del dente che deve essere minore di DFP che è la tensione ammissibile, e la verifica a pressione di contatto (Hertz modificata)
Screenshot_20191126_224205.jpg
Dove SH è la pressione di contatto sul fianco del dente che deve essere minore di SHP che è la pressione ammissibile.

Il fattore di sovradimensionato per la flessione, in assenza di prove reali e campionature specifiche lo si assume pari a 1,4 e per la pressione lo si assume pari a 1.

Fatto questo si ottiene la verifica della coppia di ingranaggi.

Da qui si calcolano le forze scambiate in modo da determinare le reazioni ai cuscinetti e quindi successivamente fare la verifica di durata si cuscinetti stessi e mettere le forze sugli alberi per un successivo dimensionamento e verifica degli alberi. Per fare questo è consigliabile usare i tool di SKF e il manuale Elementi di meccanica delle trasmissioni (che è gratuito) per le formule rapide.
Screenshot_20191126_230003.jpg

Per ultimo c'è la carcassa da studiare, livello dell'olio, dissipazione termica convettiva e resistenza strutturale, conoscendo il rendimento dell'oggetto e la temperatura ambiente, nonché il servizio di intermittenza.
Screenshot_20191126_230120.jpg
 

meccanicamg

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Per quanto riguarda la disposizione degli alberi direi che dipende dagli ingombri che hai e da cosa vuoi ottenere. Sicuramente il coassiale è sacrificato come spazio a differenza del classico riduttore multistadio ad assi paralleli che risulta essere anche particolarmente adatto a prestazioni molto elevate di coppia trasmissibile.
Un multistadio io orizzontale dissipa meglio il calore piuttosto che la stessa forma ma posta in verticale perché l'olio riesce a muoversi tutto.
In alcuni casi dove la lubrificazione a sbattimento non è sufficiente si ricorre all'utilizzo di motopompe che portano l'olio a ingranaggi e cuscinetti altri.
Screenshot_20191126_231114.jpg
 

meccanicamg

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Francesco, quali altri dubbi o argomenti vuoi che trattiamo? Sei sparito....o non ti servono più le informazioni?
 

Kekko999

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Francesco, quali altri dubbi o argomenti vuoi che trattiamo? Sei sparito....o non ti servono più le informazioni?
No assolutamente, non sono sparito... Credo che dopo la tua risposta ho abbastanza argomenti su cui lavorare quindi ci aggiorniamo non appena sono po' in avanti con il progetto o se riscontro alcuni problemi nella progettazione e nella verifica! Grazie comunque del supporto, davvero lo apprezzo moltissimo.
 

meccanicamg

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Hai già pensato quale applicazione di riduttore vuoi studiare e progettare? Se vuoi possiamo confrontarci anche in fase iniziale....sai se il tempo non è molto e vuoi fare tante cose, studiarlo in tutto e dappertutto e magari devi organizzare pure il team di studio se non è un lavoro individuale....è bene parlarne.
 

Kekko999

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Hai già pensato quale applicazione di riduttore vuoi studiare e progettare? Se vuoi possiamo confrontarci anche in fase iniziale....sai se il tempo non è molto e vuoi fare tante cose, studiarlo in tutto e dappertutto e magari devi organizzare pure il team di studio se non è un lavoro individuale....è bene parlarne.
Ciao, ti tengo informato: non ho ancora scelto l'applicazione perché sono indaffarato con altra roba, comunque mi sono fatto una mezza idea e dovrei scegliere una applicazione di media/bassa potenza con due stadi riduzione, magari con l'uso di una coppia di ruote a denti elicoidali per il primo albero e a denti dritti per il secondo (o una seconda coppia a denti elicoidali contrapposta per la simmetria degli sforzi assiali); sto avendo un po' di indecisione sulla tipologia di macchina a valle del riduttore e sulla disposizione coassiale o meno... Comunque il progetto lo svolgo da me quindi i tempi sono dettati dame stesso insomma. Grazie dell'interessamento e ti tengo aggiornato
 

meccanicamg

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Ok. Tieni presente che i denti dritti sono rumorosi, e peccano di poco ricoprimento per la trasmissione del moto e quindi in realtà non si usano quasi mai, tendenzialmente nemmeno con pignone e cremagliera se hai assi robotizzati.
Per i coassiale devi vedere gli ingombri che hai a disposizione.
 

meccanicamg

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Kekko ci sono novità? Hai scelto e sviluppato? Hai dubbi?
 

Kekko999

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Kekko ci sono novità? Hai scelto e sviluppato? Hai dubbi?
Ciao, riprenderò a sviluppare il progetto dopo gli appelli invernali di Gennaio/Febbraio, al momento nessuna novità... Appena torno in corsa vi aggiorno, grazie dell'interesse! Approfitto per augurarvi buone feste e buon natale a tutti :)
 

meccanicamg

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Ciao, riprenderò a sviluppare il progetto dopo gli appelli invernali di Gennaio/Febbraio, al momento nessuna novità... Appena torno in corsa vi aggiorno, grazie dell'interesse! Approfitto per augurarvi buone feste e buon natale a tutti :)
Ok. Allora ci aggiorniamo tra qualche mese. Buone feste anche a te.
 

meccanicamg

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Ciao, riprenderò a sviluppare il progetto dopo gli appelli invernali di Gennaio/Febbraio, al momento nessuna novità... Appena torno in corsa vi aggiorno, grazie dell'interesse! Approfitto per augurarvi buone feste e buon natale a tutti :)
Ciao Kekko....ci sono novità?
 

Kekko999

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eccomi qui sono tornato :D
Allora spiego brevemente le scelte del progetto: ho deciso di realizzare un riduttore doppio stadio ad assi paralleli con ruote cilindriche a denti elicoidali che deve connettere un agitatore industriale (con potenza =10KW e vel.angolare =145rpm ) con un motore elettrico (con potenza= 11KW e vel.angolare= 960rpm).
Per gli alberi e ruote di pezzo ho scelto come materiale un acciaio 20CrNiMo2 cementato e per le ruote calettate un acciaio 40CrNiMo2 bonificato (se le scelte non vanno bene sono ancora in tempo per cambiare materiale...).
sparo un po di calcoli così ci rendiamo conto se in linea di massima ci siamo o no:
- rapporto di trasmissione totale= 0,151 (primo stadio a 0,266 e secondo stadio a 0,569)
- angolo d'elica e di pressione scelti uguali a 20°
- numero di denti minimo teorico intagliabile senza interferenza approssimato per eccesso a 18
- numero di denti minimo per il funzionamento approssimato per eccesso a 16
- passaggio denti dritti a denti elicoidali mi riporta ad un numero di denti z1= 15 quindi z2=57
- modifica del rapporto di trasmissione totale al primo stadio= 0,2632 e al secondo stadio =0,5737
- numero di denti reali di ruota e pignone rispettivamente 57 e 15; numero di denti fittizi di ruota e pignone rispettivamente 68 e 18.
- risultati primo stadio di riduzione: albero in ingresso con vel.ang= 100,5309 rad/s e momento torcente= 109,4191 N*m; albero in uscita con vel.ang= 26,4597rad/s e momento torcente=415,7265N*m
- adesso devo passare al calcolo del modulo frontale secondo la teoria di lewis E QUI HO PROBLEMI PERCHE NON RIESCO A TROVARE LE TABELLE DEL MIO MATERIALE PER IL CALCOLO DEL FATTORE DI LEWIS (e quindi del modulo frontale e tutti i dati caratteristici delle ruote dentate.@meccanicamg che ne pensi? sto procedendo in maniera corretta? scusa l'assenza ma ho dovuto dare due esami e adesso mi manca solamente il progetto in questione per la laurea :D
 
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