Un ingranaggio è un meccanismo utilizzato per trasmettere un momento meccanico da un oggetto ad un altro. In questo articolo, analizzerò com’è fatto, come realizzarlo in SolidWorks e dove reperire online dei modelli già pronti. Nel caso avessi bisogno di progettare meccanismi più complessi, ti suggerirò anche un software verticale per creare le tue parti in pochi secondi.
Com’è fatto un ingranaggio
Generalmente un ingranaggio è costituito da due o più ruote dentate, che possono essere di uguale o diversa dimensione. Quella più piccola è comunemente chiamata pignone, mentre la più grande è chiamata corona.
Ruote di diversa dimensione sono spesso usate in coppia per aumentare il momento meccanico riducendo di conseguenza la velocità angolare, o viceversa per aumentare la velocità diminuendo il momento. È il principio alla base del cambio della tua autovettura.
La circonferenza ideale di una ruota dentata si chiama circonferenza primitiva ed è il punto di partenza del progetto. Il diametro della circonferenza primitiva è detto semplicemente diametro primitivo.
Come secondo parametro nella sequenza logica, solitamente si definisce il numero dei denti, o meglio il modulo. Si passa in seguito a definire le circonferenze di base e di testa: il punto di contatto tra i denti delle due ruote giacerà sempre vicino alla primitiva. Infine, si individua il profilo dei denti.
Esistono diversi standard di ruote dentate: le distanze di progetto tra base e testa variano leggermente da uno standard all’altro.
Come realizzarlo in SolidWorks
Un ingranaggio, dal punto di vista CAD, di fatto è uno schizzo estruso. Detta così sembra molto semplice, ma considerando le regole citate nel paragrafo precedente, è chiaro che la fatica maggiore sia nel disegnare lo schizzo da estrudere.
Dato che i criteri meccanici alla base del disegno di una ruota dentata sono molto complessi, spesso i progettisti si affidano a software specifici per la creazione della sezione corretta. Solitamente sono degli add-in dei CAD 2D. Una volta ottenuta la sezione, puoi copiarla/incollarla in uno schizzo in SolidWorks e poi estruderlo in caso ti serva una ruota dentata classica, o utilizzarlo come profilo in una sweep creata su una curva ad elica, nel caso ti servisse un ingranaggio elicoidale.
Nella maggior parte dei casi però, i progettisti cercano sempre di ricondursi ad ingranaggi standard, sia per ottimizzare i tempi di progettazione, sia per ridurre i costi di approvvigionamento e produzione. Per questo motivo esistono sul mercato librerie di ingranaggi già pronte, che comprendono tutte le famiglie e misure, suddivise per i vari standard normati.
Librerie di ingranaggi per SolidWorks
Abbiamo già parlato di alcuni portali che mettono a disposizione librerie di qualsivoglia tipo, tra cui anche ingranaggi di vario genere. Ma se ti occupi spesso di problemi di progettazione legati alla trasmissione di potenza, il modo più sicuro e rapido è quello di utilizzare librerie preconfezionate che ti possano restituire il modello corretto in funzione dei dati di progetto.
Se possiedi una licenza di SolidWorks Professional o Premium, uno degli add-in compresi è la libreria Toolbox.
In SolidWorks Toolbox, nella sezione relativa alla trasmissione di potenza, in funzione dello Standard desiderato, puoi trovare ingranaggi a denti dritti interni ed esterni, elicoidali, ruote dentate coniche, etc…
La creazione avviene inserendo i dati di progetto nel Property Manager per ottenere il componente desiderato.
Se possiedi una licenza di SolidWorks Standard, per accedere alla Toolbox devi effettuare un upgrade di licenza. Altrimenti, esistono librerie di terze parti acquistabili separatamente e completamente integrate in SolidWorks.
Una di queste è UniWorks che permette il dimensionamento e la creazione di normalizzati standard, basandosi sui manuali più utilizzati negli uffici tecnici.
Inoltre, ti aiuterà nella modellazione delle sedi più importanti come guarnizioni, seeger e linguette e nel calcolo della durata teorica di un cuscinetto seguendo le direttive SKF.
Consente la gestione dei diversi materiali possibili per ogni componente, aspetto fondamentale per la scelta e l’utilizzo del giusto normalizzato. I filtri automatici permettono la selezione del componente più adatto e il suo montaggio è eseguito tramite un semplice Drag&Drop.
Tra i numerosi componenti a disposizione, ci sono anche quelli per la trasmissione della potenza, come ad esempio pulegge, corone e pignoni.
Geartrax per SolidWorks
Se le librerie di ingranaggi standard non ti soddisfano completamente perché hai la necessità di creare ruote dentate ad hoc in funzione delle tue particolari condizioni al contorno, allora ciò che ti serve è il software verticale Geartrax.
Si tratta di molto più di una semplice libreria. Ogni modello di parte viene creato con i suoi requisiti specifici proprio come farebbe un progettista, ma invece di impiegare ore di modellazione, la parte viene creata in pochi secondi.
GearTrax è intuitivo e facile da usare sia per il progettista con esperienza limitata in materia di trasmissione di potenza, sia per il progettista esperto che cerca una soluzione potente e completa. Potrai creare modelli solidi di ingranaggi cilindrici ed elicoidali, ingranaggi conici, viti senza fine, pulegge per cinghie dentate, corone e pignoni per catene, pulegge per cinghie trapezoidali, ingranaggi di trasmissione cicloidali, ingranaggi ellittici e tanto altro.
La finestra di dialogo mostra l’anteprima dell’ingranaggio che si aggiorna quando i dati vengono modificati. È estremamente utile per capire come le modifiche ai parametri della ruota dentata si riflettano sull’ingranaggio.
Conclusioni
Se sei un progettista che saltuariamente necessita di ingranaggi, ormai avrai capito che puoi trovarli su Internet e non dovrai più disegnarli da zero.
Se possiedi una libreria di componenti standard meccanici, avrai a disposizione la maggior parte degli ingranaggi standard, già pronti per l’uso. Se invece ti occupi di trasmissione di potenza e ti trovi spesso nella condizione di dover progettare meccanismi complessi, allora un software verticale forse è la soluzione che meglio risponde alle tue esigenze.
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