Specificare correttamente un riduttore a vite senza fine fin da subito consente di risparmiare denaro per tre motivi: evitare guasti sul campo dovuti a dimensioni insufficienti, evitare spese eccessive per dimensioni eccessive ed evitare i tempi di consegna di un secondo ordine quando il primo riduttore a vite senza fine si surriscalda. Il flusso di lavoro in sei fasi riportato di seguito è quello che gli ingegneri applicativi coreani e asiatici eseguono quotidianamente: analisi della coppia, fattore di servizio, calcolo del rapporto, verifica del catalogo, margine termico e compatibilità del telaio. Ogni fase ha un input chiaro, un calcolo definito e un output documentato. Per la spiegazione meccanica del perché questi calcoli siano importanti, consultare il nostro articolo correlato su Come funziona un riduttore a vite senza fine.

Fase 1 — Definire la coppia motrice, la velocità e il ciclo di lavoro del carico azionato.

Prima di consultare il catalogo dei riduttori a vite senza fine, è necessario stabilire tre informazioni fondamentali sull'applicazione da azionare, indispensabili per il dimensionamento del riduttore. Queste informazioni costituiscono la base di ogni fase successiva e un errore nella loro definizione comporterà la realizzazione di un riduttore di dimensioni non adatte al carico reale.

• ◆Coppia di uscita T_load (Nm) — la coppia richiesta dall'applicazione sull'albero di uscita del riduttore. Per i nastri trasportatori, calcolata in base alla tensione della cinghia × raggio della puleggia. Per i miscelatori, in base alla resistenza della girante × momento dell'albero. Per gli azionamenti di sollevamento, in base al peso del carico × passo della vite.
• ◆Velocità di uscita n_out (giri/min) — la velocità di rotazione del carico. I nastri trasportatori hanno tipicamente una velocità compresa tra 30 e 80 giri/minuto; i miscelatori tra 10 e 50 giri/minuto; gli agitatori tra 3 e 15 giri/minuto.
• ◆Ciclo di lavoro (ore/giorno, avviamenti/ora, fattore di shock) — Profilo operativo. Un nastro trasportatore a carico uniforme in funzione otto ore al giorno è molto diverso dall'alimentazione continua e soggetta a forti urti di un frantoio, 24 ore su 24.

Per le applicazioni con riduttori a vite senza fine in cui il carico azionato varia (picchi intermittenti, urti ciclici), registrare sia la coppia media che la coppia di picco. La coppia media determina il dimensionamento; il valore di picco viene verificato rispetto ai limiti di sovraccarico del catalogo nella Fase 4. Il ciclo di lavoro determina il fattore di servizio nella Fase 2, ovvero la successiva decisione di dimensionamento nel flusso di lavoro.

Fase 2 — Applicare il fattore di servizio in base alla classe di servizio

Il fattore di servizio (SF) converte la coppia nominale del riduttore a vite senza fine, misurata in condizioni ideali di carico uniforme e continuo, nel profilo di carico reale della vostra applicazione. Un riduttore a vite senza fine con una coppia nominale di 200 Nm a SF=1,0 erogherà in sicurezza 200 / 1,4 = 143 Nm in condizioni di carico con urti moderati e SF=1,4. La tabella di riferimento SF riportata di seguito copre le classi di servizio più comuni specificate nelle applicazioni industriali coreane e asiatiche.

Aggiungere 0,2 a SF per un funzionamento di 16 ore, 0,4 per un funzionamento continuo di 24 ore. Aggiungere 0,2 per temperature ambiente superiori a 40 °C. Per le trasmissioni agricole in cui l'ingresso dell'albero PTO aggiunge un carico impulsivo di coppia intrinseco, SF parte da 1,8 e aumenta ulteriormente con il tipo di attrezzo — vedere il relativo Note sul dimensionamento dei riduttori agricoli per i moltiplicatori di lavoro specifici dell'attrezzo.

Fase 3 — Calcolare il rapporto di riduzione richiesto

Il rapporto di riduzione collega la velocità del motore in ingresso alla velocità del carico in uscita. I motori CA standard a 4 poli funzionano a 1.440 giri/min a 50 Hz; i motori a 6 poli funzionano a 960 giri/min. Scegliere prima il numero di poli del motore in base ai requisiti di potenza e coppia, quindi calcolare il rapporto di riduzione.

I rapporti di riduzione a vite senza fine presenti nel catalogo sono disponibili in incrementi standard: 5, 7,5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 80, 100. Arrotondare il valore calcolato al valore di catalogo più vicino e utilizzare il rapporto effettivo per il resto del flusso di lavoro. Se il rapporto richiesto è 47, scegliere i=50 e accettare la leggera riduzione della velocità di uscita (meglio della leggera riduzione ottenuta scegliendo i=40).

Per rapporti superiori a 100, un riduttore a vite senza fine a singolo stadio raggiunge il limite di efficienza; in tal caso, è consigliabile passare a una geometria a vite senza fine elicoidale a due stadi, che estende il campo di applicazione fino a 3.631:1. Per rapporti inferiori a 5, il riduttore a vite senza fine non è la scelta ideale: è preferibile optare per un riduttore elicoidale o epicicloidale, poiché la geometria a vite senza fine perde l'autobloccaggio e la maggior parte dei suoi vantaggi intrinseci al di sotto di i=5.

Fase 4 — Verificare la coppia di uscita rispetto ai valori nominali del catalogo

Avendo a disposizione T_design e i, consultare il catalogo dei riduttori a vite senza fine per trovare le dimensioni del telaio candidate. Ogni telaio, per ogni rapporto di trasmissione, riporta la coppia di uscita massima consentita in condizioni di SF=1.0. Il telaio candidato deve soddisfare la condizione T_catalogue (al valore di i scelto) ≥ T_design.

L'efficienza di ingranamento η del riduttore a vite senza fine diminuisce all'aumentare del rapporto: circa 0,85 per i=10, 0,78 per i=30, 0,70 per i=60, 0,60 per i=100. Utilizzare il valore di efficienza pubblicato nel catalogo per il rapporto scelto quando si calcola la potenza richiesta dal motore. Arrotondare per eccesso alla potenza standard del motore successiva: 0,55, 0,75, 1,1, 1,5, 2,2, 3,0, 4,0, 5,5, 7,5, 11, 15, 18,5, 22, 30, 37, 45 kW.

Verificare inoltre che la coppia di picco del passaggio 1 rimanga al di sotto del valore di sovraccarico nominale indicato nel catalogo (in genere 1,5 volte il valore nominale continuo). Se il picco supera il sovraccarico, aumentare di una taglia il telaio del riduttore a vite senza fine: il valore nominale più elevato del catalogo assorbe il picco senza affaticamento dei componenti.

Fase 5 — Verifica della capacità termica per funzionamento continuo

Per un funzionamento intermittente di 8 ore, il controllo termico non è solitamente necessario: il valore di coppia nominale indicato nel catalogo rappresenta il vincolo principale. Per un funzionamento continuo di 16 o 24 ore, la capacità termica diventa il vincolo principale e deve essere verificata indipendentemente dalla coppia.

Un riduttore a vite senza fine con una potenza in ingresso di 1,5 kW e un coefficiente di scambio termico η=0,75 genera 0,375 kW di calore continuo. L'alloggiamento deve dissipare tale calore attraverso alette di raffreddamento in ghisa verso l'aria ambiente; un tipico alloggiamento in ghisa dissipa 4-6 W per ogni °C di differenza di temperatura tra olio e ambiente per ogni kg di peso dell'alloggiamento. Confrontare Q_heat con il valore termico nominale Q_thermal pubblicato nel catalogo alla temperatura ambiente prescelta. Se Q_heat > Q_thermal, aumentare la taglia del telaio di una unità o specificare il raffreddamento ad aria forzata: far funzionare il riduttore al di sopra del suo valore termico nominale riduce la durata del lubrificante secondo la legge di Arrhenius (ogni 10 °C dimezza l'intervallo di manutenzione dell'olio).

Per le installazioni di riduttori a vite senza fine a temperature ambiente superiori a 40 °C, condizioni comuni negli stabilimenti industriali coreani non climatizzati durante l'estate, la capacità termica nominale indicata nel catalogo viene ridotta di 2% per ogni °C oltre i 40 °C. Un riduttore a vite senza fine con una potenza termica nominale di 800 W a 40 °C eroga solo 720 W a 45 °C e 640 W a 50 °C. Si raccomanda di specificare un margine termico di almeno 1,2× per compensare le variazioni stagionali.

Passaggio 6 — Confermare il montaggio del telaio e la compatibilità dell'albero di uscita

Il passaggio finale verifica che il telaio scelto sia fisicamente compatibile con l'applicazione: schema dei bulloni, geometria dell'albero di uscita, compatibilità della flangia del motore. È in questa fase che i progetti di retrofit spesso necessitano di modifiche, poiché l'ingombro esistente potrebbe non essere compatibile con i fori di montaggio di un telaio di ultima generazione.

• ▸schema di foratura del supporto a piedino — misurare il PCD del bullone esistente in caso di adattamento, oppure specificare le dimensioni da centro a centro in caso di nuova costruzione.
• ▸Diametro dell'albero di uscita e chiavetta — corrispondere al foro dell'elemento condotto. Albero pieno per connessioni con chiavetta, albero cavo per applicazioni con albero passante, albero cavo con disco di serraggio per azionamenti sensibili al gioco.
• ▸Flangia motore (B5 / B14 IEC) — Verificare la compatibilità con le dimensioni del telaio IEC del motore. I telai dei riduttori a vite senza fine Ever-Power coreani accettano motori IE2/IE3/IE4 tramite un adattatore IEC standard: confermare le dimensioni del telaio e il codice della flangia al momento dell'ordine.
• ▸Orientamento di montaggio (B3 / B6 / B7 / B8 / V5 / V6) — influisce sulla quantità di olio da riempire e sulla posizione del tappo di sfiato. Specificare al momento dell'ordine.
• ▸Opzioni speciali — Paracolpi, motore del freno, certificazione ATEX, verniciatura in acciaio inossidabile, lubrificante per uso alimentare — tutti realizzati su ordinazione, tempi di consegna 2-4 settimane.

Se l'ingombro del telaio del riduttore a vite senza fine o la geometria dell'albero non corrispondono all'installazione esistente, esistono tre opzioni: realizzare una piastra adattatrice (la più economica e veloce), specificare un albero di uscita con foro personalizzato (costo intermedio) oppure passare alla dimensione del telaio superiore dove potrebbe essere presente un diverso schema di foratura (l'opzione più costosa, a volte con sovradimensionamento dell'unità).

Esempio pratico: dimensionamento di un sistema di azionamento puleggia-testa di un trasportatore.

Una linea di lavorazione alimentare coreana necessita di un riduttore a vite senza fine per la trasmissione della puleggia di testa del nastro trasportatore: puleggia da 350 mm, tensione della cinghia 1.800 N, velocità target della cinghia 0,4 m/s, funzionamento su due turni di 16 ore, temperatura ambiente 35 °C. Descrivi il flusso di lavoro.

Errori comuni nella scelta della taglia e come evitarli

Cinque errori rappresentano la maggior parte di riduttore a vite senza fine I guasti sul campo che riscontriamo nelle installazioni coreane e asiatiche, oggetto di interventi in garanzia, sono un problema comune. Riuscire a individuarli già in fase di dimensionamento previene del tutto il guasto sul campo.

Per le applicazioni in cui si applica uno qualsiasi dei sei schemi di errore — e per qualsiasi esercizio di dimensionamento in cui l'ingegnere desidera un secondo parere prima di procedere — offriamo revisioni gratuite del dimensionamento pre-ordine tramite il team di ingegneri dei riduttori a vite senza fine.

Domande frequenti sul flusso di lavoro di dimensionamento

Redattore: Cxm