Come funziona una trasmissione a vite senza fine

Per

il termine informatico "WORM drive", vedere write once read many. Per la vite lineare, vedere la vite di comando.

Una trasmissione a vite senza fine è una disposizione degli ingranaggi in cui una vite senza fine (che è un ingranaggio a forma di vite) ingrana con una ruota elicoidale (che è simile nell'aspetto a un ingranaggio cilindrico). Il suo scopo principale è quello di traslare il movimento di due assi perpendicolari o di traslare il movimento circolare in movimento lineare (esempio: fascetta stringitubo a nastro). I due elementi sono anche chiamati vite senza fine e ingranaggio a vite senza fine . La terminologia è spesso confusa dall'uso impreciso del termine ingranaggio a vite senza fine per riferirsi alla vite senza fine, alla ruota elicoidale o alla trasmissione a vite senza fine come unità.

La vite senza fine o "vite senza fine" fu inventata da Archita di Taranto, Apollonio di Perga o Archimede, quest'ultimo è il più probabile autore. ^[1] Il worm drive apparve in seguito nel subcontinente indiano, per l'uso nelle sgranatrici di cotone a rullo, durante il Sultanato di Delhi nel XIII o XIV secolo. ^[2]

Spiegazione

Un riduttore progettato utilizzando una vite senza fine e una ruota elicoidale è considerevolmente più piccolo di uno costituito da ingranaggi cilindrici lisci e ha gli assi di trasmissione a 90° l'uno rispetto all'altro. Con una vite senza fine a un solo inizio, per ogni giro di 360° della vite senza fine, la ruota elicoidale avanza di un solo dente. Pertanto, indipendentemente dalle dimensioni della vite senza fine (nonostante i limiti tecnici ragionevoli), il rapporto di trasmissione è la "dimensione della ruota elicoidale - a - 1". Dato un vite senza fine a partenza singola, una ruota elicoidale a 20 denti riduce la velocità del rapporto di 20:1. Con gli ingranaggi cilindrici, un ingranaggio di 12 denti deve corrispondere a un ingranaggio di 240 denti per ottenere lo stesso rapporto di 20:1. Pertanto, se il passo diametrale (DP) di Ogni ingranaggio è lo stesso, quindi, in termini di dimensioni fisiche dell'ingranaggio da 240 denti a quelle dell'ingranaggio da 20 denti, la disposizione delle viti senza fine è notevolmente più piccola in volume.

Tipi

Tipi di riduttori a vite senza fine

L'intero azionamento (sia a vite senza fine che a ruota) può essere classificato come segue:

Riduttori a vite senza gola: Questi non hanno una gola , o scanalatura, lavorata attorno alla circonferenza della vite senza fine o della ruota elicoidale.
Riduttori a vite senza fine: La ruota elicoidale è a gola.
Riduttori a vite senza fine a doppia gola: Entrambi gli ingranaggi sono a gola. Questo tipo di ingranaggio può supportare il carico più elevato. ^[3]

Tipi di vermi Queste

classificazioni si riferiscono al verme stesso:

Verme avvolgente (verme a clessidra): Il verme ha uno o più denti e aumenta in diametro dalla sua porzione centrale verso entrambe le estremità. ^[4] ^{: 3}
Vite senza fine a doppio avvolgimento: L'ingranaggio della vite senza fine è costituito da viti senza fine avvolgenti accoppiate con ruote elicoidali completamente avvolgenti. È anche noto come ingranaggio a vite senza fine globoidale. ^[4] ^{: 4}

Senso di trasmissione

A differenza dei normali treni di ingranaggi, il senso di trasmissione (albero di ingresso vs albero di uscita) non è reversibile quando si utilizzano rapporti di riduzione elevati. Ciò è dovuto al maggiore attrito tra la vite senza fine e la ruota elicoidale ed è particolarmente diffuso quando si utilizza una vite senza fine a un inizio singolo (una spirale). Questo può essere un vantaggio quando si desidera eliminare ogni possibilità che l'uscita guidi l'ingresso. Se si utilizza una vite senza fine a più partenze (spirali multiple), il rapporto si riduce di conseguenza e la frenata L'effetto di una vite senza fine e di una ruota elicoidale potrebbe dover essere scartato, poiché la ruota potrebbe essere in grado di guidare la vite senza fine.

Le configurazioni di trasmissione a vite senza fine in cui la ruota non può azionare la vite senza fine sono chiamate autobloccanti . Il fatto che un azionamento a vite senza fine sia autobloccante dipende dall'angolo di attacco, dall'angolo di pressione e dal coefficiente di attrito.

L'invenzione della trasmissione a vite senza fine è attribuita da alcuni ad Archimede durante la prima guerra punica,^[1] in cui le dimensioni delle navi in costruzione richiedevano una gru molto più grande di quella disponibile all'epoca.^[5] ^{: 7} La gru sviluppata per questo scopo utilizzava una trasmissione a vite senza fine e diversi ingranaggi di ingrandimento e fu chiamata barulkon . La descrizione di questa gru fu registrata nella Biblioteca di Alessandria e gli ingegneri successivi avrebbero attinto alle idee di Archimede fino ai primi disegni tecnici di un worm drive sono stati sviluppati da Leonardo da Vinci; ^[6] Il design era limitato dal fatto che gli ingranaggi metallici non erano stati inventati con l'avvento del XV secolo e l'azionamento non fu mai costruito durante la sua vita. ^[7]

Fin dall'invenzione della trasmissione a vite senza fine è stato riconosciuto che era più efficace quando si doveva utilizzare un rapporto di trasmissione elevato; fino al 1900, ha continuato ad essere utilizzato per questo scopo, anche se ha trovato applicazioni limitate nel primo sviluppo dei motori elettrici poiché gli azionamenti si surriscaldavano ad alte velocità dell'albero. ^[5] ^{: 10} Le moderne applicazioni della trasmissione a vite senza fine iniziarono poco dopo l'introduzione di metodi di lubrificazione più efficaci attraverso scatole ingranaggi chiuse. ^[5] ^{: 11}

Applicazioni

nelle automobili dell'inizio del 20° secolo Prima dell'introduzione del servosterzo, l'effetto di una foratura o di uno scoppio su una delle ruote anteriori tendeva a tirare il meccanismo di sterzo verso il lato con la gomma a terra. L'uso di una trasmissione a vite senza fine ha ridotto questo effetto. L'ulteriore sviluppo della trasmissione a vite senza fine ha portato a cuscinetti a ricircolo di sfere per ridurre le forze di attrito, che trasmettevano parte della forza sterzante alla ruota. Questo aiuta il controllo del veicolo e riduce l'usura che potrebbe causare difficoltà di sterzata precisa.

Gli azionamenti a vite senza fine sono un mezzo compatto per diminuire sostanzialmente la velocità e aumentare la coppia. I piccoli motori elettrici sono generalmente ad alta velocità e bassa coppia; L'aggiunta di un riduttore a vite senza fine aumenta la gamma di applicazioni per cui può essere adatto, soprattutto se si considera la compattezza del riduttore a vite senza fine.

Le viti senza fine sono utilizzate in presse, laminatoi, ingegneria di trasporto, macchine per l'industria mineraria, su timoni e seghe circolari. Inoltre, le teste di fresatura e Le tavole rotanti sono posizionate utilizzando azionamenti a vite senza fine duplex ad alta precisione con gioco regolabile. Gli azionamenti a vite senza fine sono utilizzati in molte applicazioni di azionamento di ascensori e scale mobili, grazie alle loro dimensioni compatte e alla loro irreversibilità.

Nell'era dei velieri, l'introduzione di un azionamento a vite senza fine per controllare il timone è stato un progresso significativo. Prima della sua introduzione, un azionamento a tamburo a fune controllava il timone. Il mare mosso poteva applicare una forza sostanziale al timone, spesso richiedendo diversi uomini per guidare la nave: alcuni azionamenti avevano due ruote di grande diametro in modo che fino a quattro membri dell'equipaggio potessero azionare il timone.

Le trasmissioni a vite senza fine sono state utilizzate in alcune trasmissioni finali dell'asse posteriore automobilistico (anche se non nel differenziale stesso). Hanno sfruttato la posizione della vite senza fine nella parte superiore o inferiore della corona differenziale. Negli anni '1910 erano comuni sui camion; per ottenere il massimo spazio su strade fangose, il verme è stato posizionato sopra. Negli anni '1920, l'azienda Stutz li utilizzò sulle sue auto; Per avere un piano più basso rispetto ai suoi concorrenti, il verme si trovava sul fondo. Un esempio intorno al 1960 fu la Peugeot 404. La trasmissione a vite senza fine protegge il veicolo dal ribaltamento. Questa capacità è in gran parte caduta in disgrazia, a causa dei rapporti di riduzione più alti del necessario. ^[8]

Un'eccezione più recente a questo è il differenziale Torsen, che utilizza ruote elicoidali e viti senza fine planetarie, al posto degli ingranaggi conici dei differenziali aperti convenzionali. I differenziali Torsen sono presenti in modo più prominente nell'Humvee e in alcuni veicoli commerciali Hummer, e come differenziale centrale in alcuni sistemi di trazione integrale, come il quattro di Audi. I camion molto pesanti, come quelli utilizzati per il trasporto di aggregati, utilizzano spesso un differenziale a vite senza fine per la resistenza. L'azionamento a vite senza fine non è efficiente come un ingranaggio ipoide e tali camion hanno invariabilmente Un alloggiamento del differenziale molto grande, con un volume corrispondentemente grande di olio per ingranaggi, per assorbire e dissipare il calore creato.

I worm drive sono utilizzati come meccanismo di accordatura per molti strumenti musicali, tra cui chitarre, contrabbassi, mandolini, bouzouki e molti banjo (sebbene la maggior parte dei banjo di fascia alta utilizzi ingranaggi planetari o pioli di attrito). Un dispositivo di messa a punto dell'azionamento a vite senza fine è chiamato testa della macchina.

Gli azionamenti a vite senza fine in plastica sono spesso utilizzati su piccoli motori elettrici a batteria, per fornire un'uscita con una velocità angolare inferiore (meno giri al minuto) rispetto a quella del motore, che funziona meglio a una velocità abbastanza elevata, oltre ad essere più silenzioso di un azionamento con ingranaggi in metallo.^[8] Questo sistema motore-vite senza fine è spesso utilizzato nei giocattoli e in altri piccoli dispositivi elettrici.

Un azionamento a vite senza fine viene utilizzato sulle fascette stringitubo di tipo Jubilee o sulle fascette Jubilee. La filettatura a vite senza fine della vite di serraggio si innesta con le fessure la fascetta di fissaggio.

Occasionalmente un azionamento a vite senza fine è progettato per funzionare in retromarcia, con il risultato che l'albero della vite senza fine gira molto più velocemente dell'input. Esempi di questo possono essere visti in alcune centrifughe a manovella, nel soffiatore della fucina del fabbro o nel regolatore del vento in un carillon.

Vite senza fine

sinistra e destra

Un ingranaggio elicoidale destro o vite senza fine destra è quello in cui i denti ruotano in senso orario mentre si allontanano da un osservatore che guarda lungo l'asse. Le denominazioni, destrorsa e sinistra, sono le stesse della pratica consolidata per le filettature delle viti, sia esterne che interne. Due ingranaggi elicoidali esterni che operano su assi paralleli devono essere di mano opposta. Un ingranaggio elicoidale interno e il relativo pignone devono essere della stessa mano.

Un ingranaggio elicoidale sinistro o vite senza fine sinistra è quello in cui i denti ruotano in senso antiorario mentre si allontanano da un osservatore che guarda lungo il asse. ^[4] ^{: 72}

Produzione

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Le ruote elicoidali vengono prima tagliate per sgrossare i denti, quindi ulteriormente rifinite più vicino alla forma finale dell'ingranaggio, spesso entro 0,5 millimetri (0,020 pollici). Se la dentatura viene eseguita in modo sufficientemente accurato, non saranno necessari strumenti speciali per il processo di dentatura. Dopo alcuni passaggi di taglio, vengono dentati fino alla loro forma finale^[9]

Vedi anche

Riferimenti

^ ^a ^b Witold Rybczynski, Un buon giro : una storia naturale del cacciavite e della vite . Londra, 2000. Pagina 139.
^ Irfan Habib, Economia Storia dell'India medievale, 1200-1500 , pagina 53, Pearson Education
^ J. Hayavadana (7 marzo 2019). Meccanica Tessile e Calcoli . Woodhead Publishing India PVT. Limitato. pp. 80–. CODICE ISBN.
^ ^a ^b ^c Nomenclatura degli ingranaggi, definizione dei termini con simboli . Associazione americana dei produttori di ingranaggi. 2005. ISBN . OCLC 65562739. ANSI/AGMA 1012-G05.
^ ^a ^b ^c Dudás, Ilés (4 novembre 2005). La teoria e la pratica degli ingranaggi a vite senza fine . Butterworth-Heinemann. pagine 7-12. CODICE ISBN.
^ Chakroun, Ala Eddin; Hammami, Ahmed; Hammami, Chaima; de-Juan, Ana; Chaari, Fakher; Fernandez, Alfonso; Viadero, Fernando; Haddar, Mohamed (15 giugno 2023). "Studio numerico e sperimentale del comportamento dinamico di un riduttore a vite senza fine polimero-metallo". Sistemi meccanici ed elaborazione dei segnali . 193 : 110263. Codice biblico:2023MSSP.. 19310263C. doi:10.1016/j.ymssp.2023.110263.
^ Sarka, Ferenc (2014). PROGETTAZIONE ECOLOGICA DI RIDUTTORI (PDF) (TESI DI DOTTORATO). Università di Miskolc. URL consultato il 28 dicembre 2023.
^ ^a ^b Liou, Joe J.; Rakuff, Stefan (febbraio 2018). "Lo sviluppo delle unità a vite senza fine" (PDF). Ingegneria della trasmissione di potenza . pagine 38-43. URL consultato il 28 dicembre 2023.
^ Oberg, Erik (1920). "Ingranaggi a spirale e a vite senza fine". La stampa industriale. pp. 213-214.