Un motoriduttore su una rulliera si guasta. Sulla targhetta compaiono un rapporto di riduzione, una coppia in uscita e una forma costruttiva. Il pezzo originale non è disponibile a breve, un altro riduttore sì. Solo che uno è un riduttore a ingranaggi cilindrici, l’altro un riduttore epicicloidale. Va bene lo stesso?
In manutenzione la domanda si pone più spesso di quanto si pensi. Entrambe le tipologie riducono l’elevata velocità di un motore a una velocità inferiore con coppia maggiore. Si differenziano però per struttura, dimensioni, precisione e campo d’impiego.
Questo articolo spiega come funzionano un riduttore epicicloidale e un riduttore a ingranaggi cilindrici, dove stanno i rispettivi vantaggi e a cosa deve prestare attenzione se vuole sostituire un riduttore o cambiarne la tipologia.
Come funziona un riduttore a ingranaggi cilindrici
Nel riduttore a ingranaggi cilindrici ingranano ruote dentate cilindriche con assi paralleli. Un piccolo pignone aziona una ruota più grande. Il rapporto tra i numeri di denti dà il rapporto di riduzione. Per riduzioni maggiori si collegano più stadi in serie.
La dentatura è diritta oppure elicoidale. Le ruote a denti elicoidali sono più silenziose e portano di più, ma generano forze assiali che i cuscinetti devono assorbire. I riduttori industriali a ingranaggi cilindrici esistono in diverse forme costruttive:
- Riduttori coassiali: albero d’ingresso e albero d’uscita sono in linea, tipico del classico motoriduttore a ingranaggi cilindrici.
- Riduttori pendolari ad assi paralleli: alberi paralleli sfalsati, spesso con albero cavo da calettare direttamente sull’albero della macchina.
- Riduttori ortogonali a coppia conica: uno stadio a coppia conica rinvia il moto a 90 gradi, seguito da stadi a ingranaggi cilindrici.
- Riduttori industriali: grandi riduttori a ingranaggi cilindrici a più stadi per mulini, trasportatori o estrusori.
Come funziona un riduttore epicicloidale
Il riduttore epicicloidale ha una struttura coassiale ed è composto da quattro elementi di base:
- Solare: la ruota dentata centrale, di solito azionata dal motore.
- Satelliti: più ruote dentate che girano attorno al solare, spesso tre o quattro.
- Corona: un anello a dentatura interna su cui rotolano i satelliti, nel caso standard fisso.
- Portasatelliti: sostiene i satelliti e costituisce di norma l’uscita.
Sul funzionamento del riduttore epicicloidale: se il solare ruota con la corona ferma, i satelliti si spostano all’interno della corona e trascinano lentamente il portasatelliti. Il rapporto di riduzione deriva allora dal rapporto tra i numeri di denti: i = 1 + numero di denti della corona / numero di denti del solare. Esempio di calcolo fittizio: una corona con 72 denti e un solare con 24 denti danno i = 1 + 72/24 = 4. Un motore a 1.400 min⁻¹ aziona quindi l’uscita a 350 min⁻¹.
Il punto decisivo: il carico si ripartisce contemporaneamente su più satelliti. Più ingranamenti si dividono la coppia. Questo rende i riduttori epicicloidali, a parità di potenza, più compatti di un riduttore a ingranaggi cilindrici paragonabile.
Riduttore epicicloidale o a ingranaggi cilindrici: il confronto
| Criterio | Riduttore epicicloidale | Riduttore a ingranaggi cilindrici |
|---|---|---|
| Struttura | coassiale, solare, satelliti, corona, portasatelliti | assi paralleli, una o più coppie di ruote |
| Coppia per grandezza | alta, carico ripartito su più satelliti | inferiore, più grande e pesante a parità di coppia |
| Rapporto per stadio | relativamente grande | più piccolo, per riduzioni elevate più stadi |
| Gioco torsionale | molto ridotto nelle versioni di precisione | di solito maggiore, raramente prima scelta per il posizionamento |
| Rendimento | alto | alto |
| Struttura e manutenzione | più complessa, più componenti in poco spazio | semplice, ben accessibile, robusta |
| Applicazioni tipiche | assi servo, robotica, eolico, macchine movimento terra, azionamenti pesanti in poco spazio | trasportatori, pompe, agitatori, ventilatori, meccanica generale |
Riduttore epicicloidale: i vantaggi nel dettaglio
I principali vantaggi del riduttore epicicloidale in sintesi:
- Elevata densità di potenza: molta coppia in poco spazio e con peso ridotto.
- Costruzione coassiale: motore, riduttore e uscita sono in linea. Questo semplifica il montaggio.
- Gioco torsionale ridotto: i riduttori epicicloidali di precisione per servomotori sono offerti con un gioco torsionale molto piccolo, indicato in minuti d’arco (arcmin). È importante per i compiti di posizionamento.
- Elevata rigidità torsionale nelle versioni di precisione, ideale per assi dinamici.
- Ripartizione simmetrica delle forze: i satelliti si bilanciano a vicenda, scaricando i cuscinetti.
Il rovescio della medaglia: i riduttori epicicloidali sono più complessi da costruire. Un danno interno si ripara sul posto di solito con più difficoltà rispetto a un riduttore a ingranaggi cilindrici. Lo smaltimento del calore è un tema a causa della costruzione compatta; nel servizio continuo con carico elevato va rispettata la potenza termica limite.
Riduttore a ingranaggi cilindrici: i vantaggi nel dettaglio
- Semplice e robusto: pochi componenti, ben accessibili, tecnica collaudata.
- Economico: per molti azionamenti standard è la soluzione più conveniente.
- Buon smaltimento del calore grazie alla carcassa più grande.
- Ampia offerta: i motoriduttori a ingranaggi cilindrici sono sul mercato in molte grandezze, rapporti e forme costruttive.
- Facile da manutenere: cuscinetti, guarnizioni e olio si sostituiscono di solito con facilità.
I limiti: per coppie elevate un riduttore a ingranaggi cilindrici diventa grande e pesante. Per assi servo altamente dinamici con elevati requisiti di precisione di posizionamento un riduttore epicicloidale è di norma più adatto.
Quando conviene l’uno o l’altro riduttore
Il riduttore epicicloidale è di solito la scelta migliore se …
- lo spazio disponibile è poco ma servono comunque coppie elevate,
- un servomotore deve posizionare un asse con precisione,
- il peso conta, ad esempio su assi in movimento o robot,
- una disposizione coassiale è indispensabile.
Il riduttore a ingranaggi cilindrici è di solito la scelta migliore se …
- si tratta di azionamenti classici con motore asincrono, come nastri trasportatori, pompe o agitatori,
- lo spazio c’è e contano soprattutto robustezza e manutenibilità,
- l’azionamento lavora in servizio continuo e lo smaltimento del calore è importante,
- serve un albero cavo da calettare, come in molti riduttori pendolari.
La capacità di carico delle dentature cilindriche, comprese quelle del riduttore epicicloidale, si calcola secondo la ISO 6336. Per l’utilizzatore è più importante il fattore di servizio indicato dal produttore del riduttore. Tiene conto di urti, frequenza di avviamento e ore di funzionamento giornaliere. Un riduttore dimensionato per un servizio uniforme può risultare sottodimensionato con carichi a urto.
Sostituire un riduttore: le insidie tipiche
Chi sostituisce un riduttore non dovrebbe guardare solo a potenza e rapporto di riduzione. Nella pratica la sostituzione fallisce spesso per dettagli:
- Rapporto non esatto: i riduttori hanno spesso rapporti non interi come 28,57 invece di 28. Anche piccole differenze modificano la velocità del nastro o la cadenza di un impianto.
- L’albero d’uscita non corrisponde: albero pieno o cavo, diametro, linguetta o calettatore devono essere adatti alla macchina.
- Fissaggio diverso: esecuzione a piedi, flangia o braccio di reazione, più schema di foratura e altezza d’asse.
- Accoppiamento al motore non chiaro: il riduttore viene fornito con motore o montato su un motore esistente? In quel caso flangia e attacco dell’albero devono corrispondere, con i servomotori anche l’adattatore.
- Posizione di montaggio dimenticata: la quantità d’olio e la posizione di sfiato e scarico olio dipendono dalla posizione di montaggio.
- Carico radiale sottovalutato: una ruota dentata per catena o una puleggia sull’uscita carica i cuscinetti d’uscita. Il valore ammesso è indicato nel catalogo del produttore.
Scenario tipico: epicicloidale al posto di ingranaggi cilindrici
Un motoriduttore a ingranaggi cilindrici su un azionamento di sollevamento deve essere sostituito con un riduttore epicicloidale, perché quest’ultimo è disponibile. Rapporto e coppia corrispondono. Una verifica è comunque necessaria: altezza d’asse, fissaggio, albero d’uscita e carico radiale ammesso sono diversi, e il motore va montato di nuovo. Senza adattamenti sulla macchina di solito non funziona. Un cambio del genere è una modifica tecnica, non una semplice soluzione di ricambio.
Manutenzione: come riconoscere per tempo un danno al riduttore
Riduttore epicicloidale o a ingranaggi cilindrici: la maggior parte dei danni si annuncia. Chi osserva e ascolta regolarmente può pianificare la sostituzione invece di doverla eseguire durante il fermo impianto. Faccia attenzione soprattutto a questi segnali:
- Rumore: un nuovo sibilo, battito o rumore di macinazione indica usura della dentatura o dei cuscinetti.
- Temperatura: una carcassa nettamente più calda del solito segnala problemi di lubrificazione o sovraccarico.
- Stato dell’olio: particelle metalliche, scolorimento o schiuma nell’olio sono segnali d’allarme. Un’analisi dell’olio dà chiarezza.
- Perdite: l’olio che fuoriesce dagli anelli di tenuta radiali abbassa il livello e mette a rischio cuscinetti e dentatura.
- Gioco all’uscita: se il gioco torsionale aumenta in modo percettibile, la dentatura è usurata. Sugli assi servo questo si manifesta spesso prima come errore di posizionamento.
Rispetti gli intervalli di cambio olio e le prescrizioni sul lubrificante del produttore. Un olio sbagliato può danneggiare un riduttore più rapidamente di un carico elevato.
Cosa indicare per la sostituzione
Per una richiesta rapida e corretta dovrebbero essere disponibili questi dati dalla targhetta del riduttore o del motoriduttore:
- produttore e sigla completa del tipo
- numero di serie, per poter ricostruire eventuali esecuzioni speciali
- rapporto di riduzione esatto i e velocità in uscita
- coppia in uscita e fattore di servizio
- posizione di montaggio e forma costruttiva (piedi, flangia, esecuzione pendolare)
- albero d’uscita: pieno o cavo, diametro, fissaggio
- dati del motore, se si tratta di un motoriduttore: potenza, tensione, frequenza, freno, encoder
- indicazione del lubrificante riportata sulla targhetta
- foto di targhetta, lato uscita e fissaggio
Se la targhetta è illeggibile, aiutano misure, foto e applicazione. La nostra checklist per la richiesta di ricambi mostra quali dati contano in generale. Come si annunciano i danni ai cuscinetti nel riduttore lo legge nell’articolo Cuscinetto danneggiato? 7 segnali da riconoscere in tempo.
Quando il riduttore è difficile da trovare
Negli azionamenti datati il riduttore originale è talvolta fuori produzione o difficilmente reperibile. KTB Europe è un’azienda familiare di Amburgo e dal 1976 procura in tutto il mondo ricambi industriali di tutte le marche. Può inviarci il codice del pezzo, una foto della targhetta o una descrizione. Se l’originale non è più disponibile, cerchiamo modelli successori o alternative equivalenti che Lei può verificare tecnicamente e approvare.
Maggiori informazioni nelle nostre pagine dedicate all’ acquisti MRO e ai componenti fuori produzione. Può inviare la Sua richiesta direttamente dalla pagina dei contatti.
Conclusione
I riduttori epicicloidali offrono molta coppia in poco spazio e, nelle versioni di precisione, sono adatti agli assi servo. I riduttori a ingranaggi cilindrici sono semplici, robusti e la scelta più ovvia per molti azionamenti standard. Nella sostituzione non contano solo potenza e rapporto, ma anche albero d’uscita, fissaggio, posizione di montaggio e carico radiale. Cambiare tipologia è possibile, ma è una modifica tecnica da verificare prima.
Domande frequenti
Come funziona un riduttore epicicloidale?
Un solare al centro aziona più satelliti che rotolano all’interno di una corona a dentatura interna. Se la corona è fissa, i satelliti trascinano il portasatelliti, che costituisce l’uscita lenta. Poiché il carico si ripartisce su più satelliti, il riduttore è molto compatto.
Quali vantaggi ha un riduttore epicicloidale rispetto a un riduttore a ingranaggi cilindrici?
A parità di grandezza i riduttori epicicloidali trasmettono più coppia, hanno struttura coassiale e sono più leggeri. Nelle versioni di precisione hanno un gioco torsionale molto ridotto e sono quindi adatti agli assi servo. I riduttori a ingranaggi cilindrici, in compenso, sono più semplici, più robusti e spesso più economici.
Dove si usano tipicamente i riduttori a ingranaggi cilindrici?
I riduttori a ingranaggi cilindrici si trovano soprattutto negli azionamenti classici con motore asincrono, ad esempio su nastri trasportatori, pompe, agitatori e ventilatori. Sono robusti, facili da manutenere e disponibili in molte grandezze e forme costruttive, anche come riduttori pendolari ad albero cavo.
Posso sostituire un riduttore a ingranaggi cilindrici con un riduttore epicicloidale?
Tecnicamente spesso è possibile, ma non è una semplice sostituzione uno a uno. Rapporto di riduzione, coppia in uscita, albero d’uscita, fissaggio, altezza d’asse e carico radiale ammesso devono corrispondere. Di solito servono adattamenti sulla macchina, quindi il cambio va verificato tecnicamente e documentato.
Quali dati di targhetta servono per un riduttore di ricambio?
Sono importanti produttore, sigla completa del tipo, numero di serie, rapporto esatto, velocità e coppia in uscita, fattore di servizio, posizione di montaggio e forma costruttiva. Nei motoriduttori si aggiungono i dati del motore. Anche le foto di targhetta, albero d’uscita e fissaggio aiutano.