Un ingegnere di produzione presso un panificio industriale coreano ha specificato un sostituto per un guasto catena di trasmissione Si trattava di un azionamento per impastatrice. La dottoressa ha preso i dati di targa del motore (7,5 kW a 1.450 giri/min), ha applicato il fattore di servizio ANSI di 1,3 per urti moderati, ha trovato una catena adatta nella tabella di selezione e l'ha ordinata. La catena di ricambio si è rotta nello stesso punto dopo 1.100 ore, quasi esattamente la stessa durata di quella originale. La scelta della catena era tecnicamente corretta per un'applicazione standard con urti moderati. Ciò che non teneva conto era che l'impastatrice si avvia a pieno carico tre volte per turno (impasto freddo e duro) e che ogni avviamento raggiunge un picco di circa 4 volte la coppia di funzionamento per i primi 2-3 secondi. Il sistema di fattori di servizio ANSI si applica a carichi stazionari e ciclici moderati; non considera i carichi inerziali di avviamento. Progettare l'azionamento per la coppia di avviamento anziché per la coppia di funzionamento avrebbe richiesto una catena di due misure più grande o un giunto idraulico a monte per limitare il picco di avviamento. Nessuna delle due opzioni è stata presa in considerazione perché la condizione di avviamento non era inclusa nel calcolo di selezione.
Selezionare il corretto catena di trasmissione Richiede di affrontare in sequenza quattro quesiti ingegneristici distinti, e di rispondere a ciascun quesito in base alle effettive condizioni operative, non a quelle nominali. Questa guida illustra il metodo per ciascuna fase.
Fase 1 — Determinare la potenza di progetto corretta
Il metodo di selezione ANSI B29.1 inizia con la potenza di progetto corretta, che è la potenza nominale del motore moltiplicata per un fattore di servizio che tiene conto delle caratteristiche di carico della macchina azionata. I fattori di servizio ANSI pubblicati sono:
| Tipo di carico | Carica personaggio | Fattore di servizio ANSI | Esempi di attrezzature tipiche |
|---|---|---|---|
| Liscio | Coppia costante, senza impulsi | 1.0 | pompe centrifughe, ventilatori, agitatori di liquidi |
| Shock moderato | Ciclico o pulsante, picchi occasionali | 1,3–1,5 | Nastri trasportatori, impastatrici, macchine utensili |
| Forte shock | Picchi e inversioni di tendenza intermittenti e intensi | 1,7–2,0 | Frantumatori di roccia, presse, compressori (alternativi) |
Oltre al fattore di servizio standard, in casi specifici si applicano due moltiplicatori aggiuntivi: a fattore a filamenti multipli (quando si esegue una catena duplex o triplex, la potenza nominale viene moltiplicata rispettivamente per 1,7 o 2,5 anziché semplicemente raddoppiata o triplicata, perché i fili non condividono il carico in modo perfettamente equo); e un fattore del pignone folle (un rullo tenditore semplice sul lato allentato riduce la capacità di potenza nominale di circa 10–15% a causa del ciclo di fatica flessionale aggiuntivo introdotto).
Passaggio 2: Selezionare il passo della catena dalla tabella di valutazione della potenza.
La relazione tra rapporto di trasmissione, velocità dell'albero e coppia è fondamentale per la corretta selezione del passo della catena.
Le tabelle di potenza ANSI B29.1 associano qualsiasi combinazione di potenza di progetto corretta (kW) e velocità del pignone più piccolo (RPM) a un passo della catena raccomandato. La tabella è suddivisa in regioni, ciascuna delimitata da un valore minimo e massimo di RPM alla potenza nominale della catena per ogni passo. Il passo corretto è quello la cui regione contiene il punto di progetto (intersezione tra potenza e RPM).
Due regole di selezione che il grafico da solo non comunica: primo, quando il punto di progetto cade vicino al confine tra due zone di passo, selezionare sempre il passo più piccolo e verificare se la lubrificazione a doppio trefolo nel passo più piccolo sia preferibile a quella a trefolo singolo in quello più grande. Secondo, a basse velocità (inferiori a circa 100 giri/minuto sulla ruota dentata più piccola), i valori di potenza indicati nel grafico diventano conservativi perché la formazione del film lubrificante diventa marginale: a velocità molto basse, la scelta della misura immediatamente superiore rispetto al risultato del grafico e la specifica della lubrificazione continua rappresentano l'approccio corretto, indipendentemente dal limite del grafico.
| Passo della catena | Intervallo di velocità pratico (RPM) | Potenza nominale a 500 giri/minuto (kW, 17T) | Potenza nominale a 1450 giri/min (kW, 17T) | Velocità massima consigliata (RPM, 17T) |
|---|---|---|---|---|
| #35 (9,525 mm) | 400–3.000+ | 0.37 | 0.82 | 4,800 |
| #40 (12,70 mm) | 200–2.500 | 1.20 | 2.90 | 3,200 |
| #50 (15,875 mm) | 150–2.000 | 2.30 | 5.20 | 2,500 |
| #60 (19,05 mm) | 100–1.800 | 4.20 | 9.10 | 2,000 |
| #80 (25,40 mm) | 60–1.200 | 9.50 | 19.5 | 1,400 |
| #100 (31,75 mm) | 40–900 | 18.0 | 35.5 | 1,100 |
| #120 (38,10 mm) | 30–700 | 30.0 | 57.0 | 800 |
Tutti i valori di potenza riportati in questa tabella si riferiscono a catene a singolo filo con 17 denti e lubrificazione a goccia di tipo 2. La potenza nominale effettiva aumenta con il numero di denti (il passaggio da 17T a 21T aggiunge circa 18% di capacità) e diminuisce con una lubrificazione inadeguata (la lubrificazione manuale alla velocità nominale riduce la capacità effettiva di 30-40% rispetto al valore di tipo 2). La tabella è un punto di partenza per la selezione della catena, non un punto di arrivo: confrontare sempre i valori con la tabella di selezione pubblicata dal produttore per la specifica classe di catena in esame.
Passaggio 3 — Selezionare il numero di denti della ruota dentata e confermare il rapporto di trasmissione
Una volta confermato il passo della catena, si seleziona il numero di denti del pignone per ottenere il rapporto di trasmissione richiesto. La formula del rapporto di trasmissione è precisa per le trasmissioni a catena grazie all'innesto positivo:
Tre regole di conteggio dei denti che influenzano la qualità della guida oltre al rapporto:
La norma ANSI B29.1 specifica 17 denti come minimo pratico per un funzionamento fluido e silenzioso. Al di sotto di 17 denti, la variazione di velocità dovuta all'effetto poligonale supera ±1,7%, producendo rumore udibile e ondulazioni misurabili della velocità dell'albero. Al di sotto di 13 denti, l'angolo di avvolgimento sulla ruota dentata più piccola scende al di sotto di 120°, riducendo il numero di denti ingranati e richiedendo una riduzione delle potenze nominali pubblicate. Utilizzare un minimo di 17 denti sul motore; 21 denti o più per azionamenti a indicizzazione di precisione e servoazionati.
L'utilizzo di un numero dispari di denti su una ruota dentata e di un numero pari sull'altra garantisce che ogni rullo entri in contatto con ogni dente della propria ruota dentata, anziché toccare ripetutamente lo stesso dente. Questo distribuisce l'usura sull'intera circonferenza della ruota dentata, anziché concentrarla sulla frazione di denti che verrebbero ripetutamente azionati dagli stessi rulli. L'effetto è più pronunciato quando la lunghezza della catena è un multiplo intero del passo: evitando questa relazione di "denti che entrano in contatto" utilizzando un numero di denti con un fattore comune pari a 1, si ottiene una distribuzione dell'usura sensibilmente più uniforme.
La norma ANSI B29.1 raccomanda un rapporto di trasmissione massimo di 7:1 per una trasmissione a singolo stadio. Al di sopra di questo rapporto, l'angolo di avvolgimento sulla ruota dentata più piccola si riduce a tal punto che la tensione della catena non può essere mantenuta in modo affidabile senza un tendicatena. Più concretamente, i rapporti superiori a 5:1 in un singolo stadio sono generalmente gestiti meglio da una trasmissione a catena a due stadi o da una combinazione di catena e cambio: la grande ruota dentata condotta necessaria per un rapporto di 7:1 alle velocità di rotazione dell'albero più comuni diventa infatti fisicamente impraticabile con passi di catena medi e grandi.
Fase 4 — Interasse, lunghezza della catena e regolazione dell'abbassamento
La distanza tra gli assi consigliata per le trasmissioni a catena orizzontali standard è pari a 30-50 volte il passo della catena. Per una catena ANSI #60 con passo di 19,05 mm, ciò corrisponde a un intervallo consigliato di 571-952 mm. Una distanza inferiore a 30 passi riduce l'angolo di avvolgimento sulla ruota dentata più piccola; una distanza superiore a 50 passi crea un lungo spazio libero sul lato allentato che genera vibrazioni di risonanza a determinati regimi. Entrambi gli estremi richiedono accorgimenti aggiuntivi: un tendicatena per interassi corti, una guida per l'asse centrale o uno smorzatore di vibrazioni per interassi lunghi.
La lunghezza della catena in passi (maglie) si calcola come segue:
Arrotondare il risultato al numero pari più vicino per consentire un collegamento standard completo (i collegamenti parziali o sfalsati sono più deboli e dovrebbero essere evitati in tutte le applicazioni tranne quelle leggere). La distanza tra i centri viene quindi leggermente regolata per adattarsi alla catena a maglie intere: ridurre la distanza tra i centri se si arrotonda per difetto, aumentarla se si arrotonda per eccesso.
Per una trasmissione orizzontale, l'abbassamento del lato allentato della catena dovrebbe essere impostato a circa 2% della distanza tra gli assi. Per una trasmissione con interasse di 600 mm, l'abbassamento corretto, misurato al centro del tratto inferiore della catena con la trasmissione a riposo, è di circa 12 mm. Una catena troppo tesa aumenta i carichi sui cuscinetti e provoca un surriscaldamento; una tensione insufficiente permette al lato allentato di oscillare e aumenta la velocità di impatto dell'ingaggio dei rulli sulla ruota dentata motrice. Nelle trasmissioni con tratti di catena verticali o inclinati, il requisito di abbassamento si riduce a 0-1% della distanza tra gli assi, poiché la gravità contribuisce alla tensione della catena sul tratto inferiore.
Fase 5 — Selezione del sistema di lubrificazione più adatto alla potenza nominale
Le tabelle di potenza ANSI sono pubblicate per specifici tipi di lubrificazione. L'utilizzo di un metodo di lubrificazione di qualità inferiore rispetto al tipo di lubrificazione nominale riduce la potenza effettiva rispetto al valore tabulato. Questo è l'aspetto più frequentemente trascurato nella scelta della trasmissione a catena, perché la decisione sulla lubrificazione viene spesso presa indipendentemente dal dimensionamento della catena, ovvero dall'ufficio tecnico addetto alla manutenzione, dopo che la progettazione meccanica è stata completata.
Nei sistemi di trasmissione a catena installati in ambienti industriali controllati, la scelta del sistema di lubrificazione è tanto cruciale quanto la scelta della dimensione della catena.
| Tipo di lubrificazione | Metodo | Velocità applicabile (giri/minuto, pignone piccolo) | Capacità di potenza rispetto alla potenza nominale |
|---|---|---|---|
| Tipo 1 — Manuale | Spazzolare periodicamente o spremere il flacone sul lato allentato | Sotto i 200 giri al minuto | 60–70% di valore nominale |
| Tipo 2 — Gocciolamento | L'olio dosato gocciola dal serbatoio alla catena interna | 200–1.000 giri/minuto | 100% di potenza nominale (in base al grafico) |
| Tipo 3 — Bagno / Slinger | La catena si immerge nella coppa dell'olio o il disco schizza olio sulla catena | Fino a 2.000 giri al minuto | 130–150% di potenza nominale |
| Tipo 4 — Flusso forzato | La pompa dell'olio eroga un flusso continuo; filtro + radiatore | Tutte le velocità, comprese quelle superiori a 2.000 giri/minuto. | 150–175% di potenza nominale |
Le implicazioni di questa tabella sono significative per la progettazione delle trasmissioni. Una catena selezionata al limite della sua capacità nominale con lubrificazione a goccia di tipo 2 e poi installata con sola lubrificazione manuale funziona effettivamente a 140-167% della sua capacità, una condizione che causerà cedimenti per fatica prima della fine della vita utile prevista, indipendentemente dalla qualità della catena. Al contrario, il passaggio dalla lubrificazione a goccia alla lubrificazione a bagno d'olio su una trasmissione esistente può effettivamente aumentare la capacità di potenza di 30-50%, talvolta evitando del tutto un progetto di ampliamento della catena.
Sei errori nella scelta della catena di trasmissione che sono responsabili della maggior parte dei guasti prematuri.
La potenza nominale di un motore è la potenza massima continua, non la potenza media di funzionamento. Un motore da 7,5 kW che aziona un trasportatore a mezzo carico con un carico effettivo di 3,8 kW dovrebbe essere scelto in base al carico effettivo, non alla potenza nominale: questo errore può portare a un sovradimensionamento della catena di 50-1001T, con conseguente spreco di denaro ma innocuo. L'approccio pericoloso consiste nell'applicare il fattore di servizio alla potenza nominale quando la potenza del motore supera regolarmente il valore nominale durante l'avviamento o in condizioni transitorie.
L'avviamento diretto del motore (DOL) produce una coppia pari a 5-7 volte la coppia nominale per 0,5-2 secondi. In una trasmissione a catena accoppiata direttamente al motore (senza cinghia o giunto idraulico per assorbire il picco di avviamento), questo picco di coppia viene trasmesso interamente attraverso la catena. A 6 volte la coppia nominale, una catena dimensionata correttamente per le condizioni di regime stazionario con un fattore di sicurezza di 7:1 si trova momentaneamente a un fattore di sicurezza di 1,2:1, al di sotto della soglia di rottura per singolo evento dovuta all'accumulo di danni da fatica.
La scelta della catena e quella del sistema di lubrificazione devono essere effettuate simultaneamente. Una catena selezionata al limite superiore della sua classificazione di lubrificazione a goccia di Tipo 2 e poi installata senza un sistema di lubrificazione a goccia, affidandosi alla lubrificazione manuale mensile, opera a 40-50% oltre la sua capacità effettiva nelle condizioni di lubrificazione installate.
L'utilizzo di 13 o 15 denti per risparmiare spazio introduce l'ondulazione di velocità dovuta all'effetto poligonale descritta in precedenza. Si tratta di un compromesso progettuale, non di un'ottimizzazione ingegneristica. Se lo spazio non consente effettivamente di alloggiare un pignone da 17 denti alla distanza tra gli assi richiesta, la soluzione corretta è modificare il passo della catena, non il numero minimo di denti.
Un collegamento disassato (mezzo collegamento) riduce la durata a fatica locale in quel giunto del 20–35% rispetto a un collegamento a pressione. Nelle applicazioni standard leggere questo è accettabile. Nelle trasmissioni pesanti o soggette a forti urti, l'approccio corretto è quello di regolare la distanza tra i centri per alloggiare un numero pari di collegamenti e utilizzare un collegamento a pressione di tipo rivettato.
Una ruota dentata che ha ruotato su una catena allungata ha subito una modifica della geometria dei denti per adattarsi al passo allungato. L'installazione di una nuova catena su una dentatura con geometria modificata provoca un allungamento precoce accelerato: la nuova catena raggiunge la soglia di sostituzione in una frazione della sua normale durata. Sostituire sia la catena che le ruote dentate al raggiungimento della soglia di allungamento.
Applicazioni in cui la corretta selezione della catena di trasmissione ha la massima importanza
Sistemi di indicizzazione servoassistiti. I servomotori impiegati in applicazioni di posizionamento di precisione tollerano variazioni di velocità molto ridotte nella trasmissione a catena. L'effetto poligonale dovuto al basso numero di denti si manifesta come un errore di posizione sinusoidale sull'albero condotto: un ingranaggio a 17 denti produce una variazione di velocità di ±1,7%, che corrisponde a un errore di posizione di circa ±0,3 mm con un raggio del cerchio primitivo di 100 mm. Per un indicizzazione di alta precisione, un ingranaggio con almeno 21 denti, con interasse fisso (senza tendicatena regolabile) e lubrificazione a bagno d'olio, offre la migliore combinazione di precisione di posizionamento e durata. Vedi la nostra gamma di pignoni con foro finito per trasmissioni di precisione per configurazioni compatibili.
Azionamenti per macchine agricole. Le trasmissioni dell'alimentatore della mietitrebbia, della trebbiatrice e dell'elevatore operano tutte sotto carichi altamente variabili in ambienti abrasivi. Il principio di selezione in questo caso è quello di dimensionare la catena di trasmissione per lo scenario di carico peggiore, non per la media, e di specificare una catena sigillata con O-ring per le trasmissioni critiche dove l'accesso alla lubrificazione è limitato. Una catena sigillata ANSI #80 o #100 in un alimentatore di mietitrebbia durerà da 4 a 6 volte più a lungo di una catena aperta di pari capacità nelle condizioni di campo coreane. Sigillata Varianti di catene a rulli per applicazioni agricole Sono disponibili a magazzino nelle misure di passo da #60 a #120.
L'industria dei processi continui è alla base di tutto. Le cartiere, i cementifici e i centri di servizio per l'acciaio spesso utilizzano trasmissioni a catena ininterrottamente per settimane tra una manutenzione programmata e l'altra. Per queste applicazioni, la scelta della catena dovrebbe basarsi su una durata minima di 10.000 ore, il che richiede di selezionarla con un carico di lavoro non superiore a 8-10% del carico di rottura minimo, con lubrificazione continua a circolazione d'olio. Questo approccio appare molto conservativo – e lo è intenzionalmente – perché i fermi macchina non programmati nei processi industriali continui costano in genere da 10 a 30 volte il costo della catena stessa per ogni guasto.
Domande frequenti
Fai verificare ai nostri ingegneri la tua scelta della catena di trasmissione
Inviaci i dati della tua applicazione (potenza del motore, velocità, tipo di carico, accesso alla lubrificazione e ambiente di lavoro) e ti confermeremo il passo della catena, il fattore di servizio, il numero di denti del pignone e le specifiche di lubrificazione prima di procedere con la produzione dei componenti. Revisione delle specifiche senza impegno entro un giorno lavorativo.
Redattore: Cxm
