Il meccanismo a vite senza fine e ingranaggio a vite senza fine è comunemente usato per trasmettere moto e potenza tra due alberi che si intersecano. Nel piano intermedio, la vite senza fine e l'ingranaggio a vite senza fine sono analoghi a un ingranaggio e una cremagliera, con la vite senza fine che assomiglia a una vite nella forma. Quindi, qual è il principio di funzionamento della vite senza fine e dell'ingranaggio a vite senza fine?
In un tipico meccanismo a vite senza fine, gli alberi si intersecano a un angolo di 90 gradi, con la vite senza fine che solitamente è il componente di azionamento. Esternamente, la vite senza fine assomiglia a un bullone, mentre la vite senza fine è simile a un ingranaggio cilindrico elicoidale. Durante il funzionamento, i denti dell'ingranaggio della ruota elicoidale scorrono e rotolano lungo la superficie elicoidale della vite senza fine. Per migliorare il contatto tra i denti dell'ingranaggio, la ruota elicoidale è realizzata con una forma ad arco lungo la direzione della larghezza del dente, che racchiude la vite senza fine. In questo modo, l'accoppiamento tra vite senza fine e ruota elicoidale è un contatto lineare piuttosto che un contatto puntiforme.
La trasmissione a vite senza fine è composta da una vite senza fine e da un ingranaggio a vite senza fine, con la vite senza fine che generalmente è il componente di azionamento. Proprio come le filettature, le viti senza fine possono avere spirali destrorse o sinistrorse e le trasmissioni a vite senza fine sono chiamate trasmissioni a vite senza fine destrorse o sinistrorse. Una vite senza fine con una singola filettatura elicoidale è chiamata vite senza fine a singolo principio, il che significa che un giro completo della vite senza fine fa sì che la vite senza fine giri di un dente. Se la vite senza fine ha due filettature elicoidali, è chiamata vite senza fine a doppio principio, quindi un giro completo della vite senza fine fa sì che la vite senza fine giri di due denti.
Caratteristiche delle trasmissioni a vite senza fine:
Rapporto di trasmissione elevato:Possono raggiungere un rapporto di trasmissione molto ampio e sono più compatti rispetto ai meccanismi con ingranaggi elicoidali ad alberi intersecati.
Contatto di linea:Le superfici dei denti che si ingranano presentano un contatto lineare, che garantisce una capacità di carico molto più elevata rispetto ai meccanismi con ingranaggi elicoidali ad albero intersecato.
Funzionamento regolare:Le trasmissioni a vite senza fine sono equivalenti alle trasmissioni elicoidali e prevedono l'ingranamento di più denti, garantendo una trasmissione fluida e bassa rumorosità.
Autobloccante:Quando l'angolo di attacco della vite senza fine è inferiore all'angolo di attrito equivalente dei denti dell'ingranaggio in presa, il meccanismo ha proprietà autobloccanti. Ciò consente l'autobloccaggio inverso, ovvero la vite senza fine può azionare la ruota della vite senza fine, ma la ruota della vite senza fine non può azionare la vite senza fine. Ad esempio, nei macchinari di sollevamento, i meccanismi autobloccanti della vite senza fine possono fornire protezione di sicurezza.
Bassa efficienza e alta usura:L'efficienza è relativamente bassa a causa dell'elevata velocità di scorrimento relativa tra i denti ingranati, con conseguente significativa perdita di attrito e usura. L'elevata velocità di scorrimento causa anche una grave usura della superficie dei denti e generazione di calore. Per migliorare il raffreddamento e ridurre l'usura, vengono spesso utilizzati materiali antiusura e lubrificazione di alta qualità, il che aumenta i costi.
Grande forza assiale:Il verme esercita una forza assiale significativa.
Nelle trasmissioni a vite senza fine, le modalità di guasto comuni per i denti della ruota a vite senza fine includono corrosione, usura, saldatura e fratture da piegatura dei denti. A causa della bassa efficienza, delle elevate velocità di scorrimento e della tendenza alla generazione di calore, la saldatura e l'usura sono più comuni. Per evitare la saldatura e ridurre l'usura, i materiali devono avere proprietà anti-attrito, resistenti all'usura e anti-saldatura. In genere, le viti senza fine sono realizzate in acciaio al carbonio o acciaio legato, con la superficie elicoidale trattata termicamente (ad esempio, tempra e cementazione) per ottenere un'elevata durezza (HRC 45-63), quindi rettificata o levigata per migliorare la capacità di carico. Le ruote a vite senza fine sono per lo più realizzate in bronzo e talvolta in ottone o ghisa per trasmissioni a bassa velocità e non critiche. Per prevenire la saldatura e ridurre l'usura, dovrebbero essere utilizzati buoni metodi di lubrificazione con additivi anti-saldatura. Non esistono metodi di calcolo maturi per la saldatura e l'usura nelle trasmissioni a vite senza fine. Lo stress da contatto sulla superficie del dente è un fattore chiave che causa la saldatura e l'usura della superficie, quindi i calcoli della resistenza al contatto rimangono fondamentali. In alcuni casi, potrebbe essere necessario verificare anche la resistenza alla flessione dei denti. Gli ingranaggi a vite senza fine in genere non richiedono calcoli di resistenza per i denti, ma è necessario verificare la resistenza e la rigidità dell'albero a vite senza fine. Per le trasmissioni chiuse, devono essere eseguiti calcoli di bilanciamento termico. Se i calcoli di bilanciamento termico non sono soddisfacenti, possono essere aggiunte alette di raffreddamento o dispositivi di raffreddamento forzato all'involucro esterno. Le trasmissioni a vite senza fine sono comunemente utilizzate in applicazioni con alberi intersecanti, dove sono necessari rapporti di trasmissione elevati o per trasmettere una potenza relativamente bassa o un lavoro intermittente. Quando è richiesta una trasmissione di potenza elevata, l'efficienza viene spesso migliorata selezionando Z1=2–4. Inoltre, poiché l'autobloccaggio avviene con un 1 più piccolo, gli ingranaggi a vite senza fine sono spesso utilizzati in macchinari di sollevamento come argani per la protezione di sicurezza. Sono inoltre ampiamente utilizzati in macchine utensili, automobili, strumenti, macchinari per la metallurgia e altre macchine o attrezzature a causa della riduzione del consumo di energia.
