Gli ingranaggi elicoidali e gli ingranaggi cilindrici sono due dei tipi di ingranaggi più comuni e possono essere utilizzati in molte delle stesse applicazioni. Gli ingranaggi cilindrici sono semplici ed economici da produrre, ma gli ingranaggi elicoidali offrono alcuni importanti vantaggi rispetto agli ingranaggi cilindrici.
I denti di un ingranaggio elicoidale sono impostati ad un angolo (rispetto all’asse dell’ingranaggio) e assumono la forma di un’elica. Ciò consente ai denti di ingranare gradualmente, iniziando come punto di contatto e sviluppandosi in contatto di linea man mano che l’impegno progredisce. Uno dei vantaggi più evidenti degli ingranaggi elicoidali rispetto agli ingranaggi cilindrici è la minore rumorosità, specialmente a velocità medio-alte. Inoltre, con gli ingranaggi elicoidali, più denti sono sempre in rete, il che significa meno carico su ogni singolo dente. Ciò si traduce in una transizione più fluida delle forze da un dente all’altro, in modo da ridurre le vibrazioni, i carichi d’urto e l’usura.
Ma l’angolo inclinato dei denti provoca anche un contatto scorrevole tra i denti, che produce forze assiali e calore, diminuendo l’efficienza. Queste forze assiali svolgono un ruolo significativo nella selezione dei cuscinetti per ingranaggi elicoidali. Poiché i cuscinetti devono resistere a forze sia radiali che assiali, gli ingranaggi elicoidali richiedono cuscinetti assiali oa rulli, che sono in genere più grandi (e più costosi) dei cuscinetti semplici utilizzati con ingranaggi cilindrici. Le forze assiali variano in proporzione all’ampiezza della tangente dell’angolo dell’elica. Sebbene gli angoli dell’elica più grandi forniscano una maggiore velocità e un movimento più fluido, l’angolo dell’elica è tipicamente limitato a 45 gradi a causa della produzione di forze assiali.
I carichi assiali prodotti dagli ingranaggi elicoidali possono essere contrastati utilizzando ingranaggi a doppia elica oa spina di pesce. Queste disposizioni hanno l’aspetto di due ingranaggi elicoidali con mani opposte montate schiena contro schiena, sebbene in realtà siano lavorate dalla stessa marcia. (La differenza tra i due design è che gli ingranaggi a doppia elica hanno una scanalatura nel mezzo, tra i denti, mentre gli ingranaggi a spina di pesce no.) Questa disposizione annulla le forze assiali su ciascuna serie di denti, quindi è possibile utilizzare angoli di elica più grandi . Elimina anche la necessità di cuscinetti reggispinta.
Oltre a un movimento più fluido, capacità di velocità più elevate e meno rumore, un altro vantaggio offerto dagli ingranaggi elicoidali rispetto agli ingranaggi cilindrici è la possibilità di essere utilizzati con alberi paralleli o non paralleli (incrociati). Gli ingranaggi elicoidali con alberi paralleli richiedono lo stesso angolo dell’elica, ma mani opposte (ad es. Denti destri rispetto a denti sinistri).
Gli ingranaggi con alberi paralleli hanno le mani opposte, mentre gli ingranaggi con alberi perpendicolari hanno la stessa mano.
Credito immagine: JC Leonard
Quando vengono utilizzati ingranaggi elicoidali incrociati, possono essere della stessa mano o di mani opposte. Se gli ingranaggi hanno le stesse lancette, la somma degli angoli dell’elica dovrebbe essere uguale all’angolo tra gli alberi. L’esempio più comune di questo sono gli ingranaggi elicoidali incrociati con alberi perpendicolari (cioè a 90 gradi). Entrambi gli ingranaggi hanno la stessa mano e la somma dei loro angoli dell’elica è uguale a 90 gradi. Per le configurazioni con mani opposte, la differenza tra gli angoli dell’elica dovrebbe essere uguale all’angolo tra gli alberi. Gli ingranaggi elicoidali incrociati offrono flessibilità nel design, ma il contatto tra i denti è più vicino al contatto puntuale rispetto al contatto lineare, quindi hanno capacità di forza inferiori rispetto ai modelli con albero parallelo.
Gli ingranaggi elicoidali sono spesso la scelta predefinita nelle applicazioni adatte per ingranaggi cilindrici ma con alberi non paralleli. Sono inoltre utilizzati in applicazioni che richiedono velocità o carichi elevati. E indipendentemente dal carico o dalla velocità, generalmente forniscono un funzionamento più fluido e silenzioso rispetto agli ingranaggi cilindrici.