La dentatura delle cremagliere

Le cremagliere sono usate diffusamente in ogni settore dell’industria e la loro costruzione presenta alcuni aspetti interessanti e differenti da quelli che si incontrano nella dentatura degli ingranaggi.

Specificità delle cremagliere

Le cremagliere sono in sostanza degli ingranaggi con diametro infinito. Sono usate per trasformare un moto rotatorio in un moto rettilineo o viceversa.

Il dimensionamento dei denti segue le stesse norme degli ingranaggi, quindi si parla di profili finiti (I o II) e pre-rettifica (III o IV) secondo la tabella DIN 3972.

Il ciclo di lavorazione prevede una prima fase di dentatura che viene eseguita con frese multiple, molto simili a creatori, ma senza un filetto continuo lungo il diametro esterno.

Nella Figura 2 è rappresentato un esempio di queste frese che può tagliare 2 denti alla volta.

In genere queste frese hanno un diametro notevole, che può essere di 150 mm fino a oltre 200 mm e una larghezza che dipende essenzialmente dalla capacità e della potenza della fresatrice e dal modulo della dentatura.

Poiché le cremagliere sono usate praticamente in ogni settore industriale, la gamma delle dimensioni e dei moduli è praticamente illimitata, così come sono fortemente differenziate le precisioni richieste.

Per quanto riguarda i moduli possono arrivare anche oltre i 20 mm con possibilità di trasmettere forze di centinaia di migliaia di Newton.

Un elenco dei campi di impiego, certamente non esaustivo, è il seguente:
• macchine utensili, specialmente su alcuni tipi di caricatori automatici;
• movimentazione dei cancelli automatici;
• apertura e chiusura di finestrature mobili delle serre;
• alcuni tipi di sterzi automobilistici;
• macchine agricole;
• ferrovie di grande pendenza (ferrovie a cremagliera);
• sistemi di movimentazioni di grandi dimensioni dove sono presenti forti sollecitazioni;
• applicazioni dove sono richieste alte precisioni (ad esempio, apparecchi di misura, e macchine a controllo numerico, apparecchi medicali…);
• macchine del settore tessile e grafico.

Dato il vastissimo campo di impiego, si può capire facilmente perché le cremagliere hanno lunghezze molto variabili, che possono essere di qualche centimetro fino ad arrivare a 3.000 mm e quindi possono avere un numero molto elevato di denti, che dipende dal modulo e quindi dal passo tra un dente all’altro. Per lunghezze maggiori si assemblano cremagliere di varie lunghezze fino a ottenere un segmento di lunghezza praticamente illimitata.

La lavorazione avviene quindi per passaggi successivi, cioè la fresa taglia un certo numero di denti e poi si sposta assialmente lungo l’asse della cremagliera di un valore corrispondente al numero di passi presente nella fresa, per iniziare il taglio di un altro gruppo di denti.

Questo spostamento deve essere molto preciso e oggi viene facilmente eseguito con l’utilizzo del controllo numerico.

Le cremagliere possono avere denti dritti (Figura 1) oppure denti elicoidali, ma questa particolarità non comporta nessuna modifica del profilo della fresa in quanto essa è posizionata sempre lungo la sezione normale della dentatura.

Lo spostamento lungo l’asse della cremagliera elicoidale, dopo aver finito un gruppo di denti, corrisponderà al numero di passi della fresa relativi alla sezione normale diviso il coseno dell’angolo dell’elica.

Come si è detto, le cremagliere possono essere molto lunghe e ciò provoca delle forti deformazioni durante il trattamento termico. Prendendo in prestito termini usati nella tecnologia delle bielle, può trattarsi di una torsione (twist) o di una curvatura (bend), e data la lunghezza della cremagliera i valori di queste deformazioni possono assumere valori molto grandi.

È quindi necessario, per cremagliere che richiedono una anche limitata precisione, eseguire una operazione di rettifica prevedendo opportuni soprametalli.

Solo per cremagliere relativamente corte o che richiedono basse precisioni, la dentatura viene direttamente finita con la fresatura.

Bisogna considerare a questo punto che le frese per cremagliere, salvo casi del tutto eccezionali, hanno un profilo standard, che è definito solo dal modulo e dall’angolo di pressione ed è quindi molto frequente il caso che una stessa fresa serva per eseguire cremagliere diverse, con lunghezze e caratteristiche di precisione diverse.

In particolare accade spesso di dover dentare due cremagliere di diverso tipo di cui una richiede una dentatura pre-rettifica e una invece il profilo finito.

Pur avendo questi due tipi di cremagliere lo stesso modulo e lo stesso angolo di pressione richiederebbero due frese diverse.

I costruttori di cremagliere però sentono la necessità di ridurre il numero di tipi di frese da tenere in magazzino e perciò talvolta chiedono al costruttore di studiare il sistema per unificare le frese pre-rettifica con quelle finitrici. Questo è possibile solo a determinate condizioni.

In sostanza si tratta di progettare una fresa pre-rettifica che esegua l’altezza del dente a disegno in modo che se con la stessa fresa si vuole realizzare un profilo finito è sufficiente penetrare di più ed eseguire l’altezza del dente maggiorata.

Bisogna quindi verificare se sia accettabile una cremagliera con altezza del dente maggiore dello standard.

 

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