In questo approfondimento si è cercato di fare un po’ di chiarezza su cosa si intenda per backlash (gioco di funzionamento o meglio riduzione di spessore base del dente) nelle trasmissioni a ingranaggi. Troppo spesso, il valore adottato dal progettista nel calcolo teorico, non coincide con quello lasciato dal costruttore e nemmeno con le aspettative dell’utilizzatore di una catena cinematica di ingranaggi (riduttori o moltiplicatori di velocità). Volutamente non si sono prese in considerazione quelle trasmissioni che adottano soluzioni meccaniche o elettroniche appositamente studiate “per ridurre quasi a zero” il gioco nelle trasmissioni a gioco ridotto, ma solamente le trasmissioni come i riduttori o moltiplicatori di velocità con valori di gioco standard ottenibili generalmente a livello industriale.
Nella progettazione pratica degli ingranaggi solitamente si tende a limitare il gioco tra i denti ad un valore minimo tale che possa adattarsi alle tolleranze di produzione, disallineamenti e inflessioni, al fine di avere un corretto funzionamento degli elementi stessi con costi contenuti. Nel settore sono disponibili diverse normative che fanno riferimento a questi valori (ANSI-AGMA 2002 e DIN 3967), o meglio forniscono dei valori di puro riferimento da utilizzare in fase di sviluppo, che possono però essere cambiate dal progettista secondo la propria esperienza personale. Tuttavia, in determinati settori (ad esempio la robotica), sono richiesti dei valori di gioco e tolleranze di produzione molto ristretti al fine di garantire degli ingranamenti a gioco minimo, il che oltre a tradursi in maggiore precisione di funzionamento porta ad un aumento dei costi produttivi in quanto ci si vincola a tolleranze molto ristrette.
Per questo motivo riteniamo che i riduttori per la robotica costituiscano un settore industriale a se stante e di cui non ci occuperemo nel presente articolo.
Introduzione
Considerando un riduttore o un moltiplicatore, quando sull’asse uscita viene applicata una coppia tenendo fisso l’asse di ingresso, prima che questa venga trasmessa l’ingranamento deve recuperare il gioco tra i denti di ogni accoppiamento (backlash).
Nella teoria il recupero del gioco avviene con coppia applicata nulla, ma ponendosi in un caso reale occorre un certo valore di coppia tale per cui si debbano vincere gli attriti del sistema, di conseguenza la retta risulta inclinata e non verticale; facendo agire la coppia in entrambi i sensi di rotazione si ottiene un ciclo di isteresi (Figura 1).
Per una rotazione regolare in una coppia di ingranaggi cilindrici coniugati, occorre che questi abbiano un determinato gioco tra i fianchi dei denti. Il calcolo geometrico del progettista, qualunque software utilizzi, dovrà tenerne conto nei valori geometrici della coppia di ingranaggi, ad esempio spessore del dente, diametro fondo dente… In corrispondenza dei diametri primitivi, il vano tra due denti di una ruota, risulta essere maggiore dello spessore dente dell’altra. Definiamo genericamente gioco o backlash (j), la differenza che risulta tra la larghezza del vano di una ruota e lo spessore del dente della ruota coniugata, per cui applicando una coppia in uscita ad una trasmissione ad ingranaggi, tenendo fissato l’asse di ingresso, prima che la catena cinematica cominci trasmettere coppia, l’ingranamento deve recuperare questa differenza di gioco che si ha tra i denti (Figura 2).
Qualsiasi treno di ingranaggi e tipologia per un corretto funzionamento necessita di uno spazio tra i denti onde evitare problematiche di rumorosità, sovraccarichi, surriscaldamenti ed anche rotture premature della catena cinematica. Negli ultimi anni, questo parametro risulta essere un punto fondamentale per molte trasmissioni meccaniche, specie quelle che trovano applicazione in determinati settori (ad esempio, nella robotica), in cui vengono richiesti limitati errori di trasmissione e posizioni angolari il che si traduce nell’applicare delle tolleranze sempre più ristrette.
