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Un Rotismo è una successione di ruote dentate ingranate tra loro in modo che la rotazione di una provoca la rotazione delle altre.
Questo semplice sistema è la base di molte macchine per la trasmissione dell’energia cinetica da un motore di qualunque tipo ad un elemento utilizzatore.
In questo video vedremo i principi dei rotismi, la loro applicazione nei riduttori, e come questi fanno parte dei motoriduttori.
Un Rotismo è una successione di ruote dentate ingranate tra loro, (chiamate anche “treno di ingranaggi”) in cui la rotazione di una provoca la rotazione delle altre.
Prendiamo come esempio il modello più semplice possibile, cioè un accoppiamento di due ingranaggi, uno di 0,30m di raggio con 30 denti e uno di 0,60m di raggio con 60 denti.
Il numero di denti di un ingranaggio è proporzionale al diametro del suo cerchio primitivo; le circonferenze primitive di una coppia di ruote dentate, sono quindi tangenti fra loro e formano una linea di contatto durante l'ingranamento.
L’ingranaggio che trasmette il moto si definisce ruota conduttrice o motrice, mentre quello che riceve il movimento si definisce ruota condotta o mossa.
Poniamo che l’ingranaggio più piccolo sia collegato a un motore elettrico (che sia quindi motrice), come si può vedere ruota in senso orario, e l’ingranaggio più grande collegato ad esso assumerà una rotazione antioraria.
Si può notare anche che la velocità di rotazione dell’ingranaggio condotto è diversa, è più lenta, non tanto per la grandezza che hanno gli ingranaggi, ma dal rapporto che c’è fra i loro diametri e di conseguenza dal loro numero di denti, e prende il nome di rapporto di trasmissione.
Calcolarlo è molto semplice, basta prendere il diametro della ruota condotta e dividerlo per quello della ruota motrice, si può fare lo stesso calcolo anche con i raggi o il numero di denti; in questo caso il rapporto di trasmissione è “2” cioè 2 a 1 (2:1), che significa che la ruota motrice deve girare due volte per far girare una volta la ruota condotta, quindi ci troviamo di fronte a un esempio di riduttore di velocità.
Questo perché la velocità di rotazione dei due alberi è inversamente proporzionale al numero di denti delle due ruote, infatti se vogliamo derivare il rapporto di trasmissione dalla velocità, dobbiamo invertire il rapporto matematico, prendendo la velocità della ruota motrice e dividerla per quella della ruota condotta.
Quindi il rapporto di trasmissione è Riducente: nel caso il rapporto sia maggiore di 1, e il meccanismo viene definito Riduttore;
Imparziale, nel caso il rapporto sia uguale a 1, dove la ruota condotta gira alla stessa velocità della ruota motrice;
e Moltiplicante, nel caso il rapporto sia minore di 1, dove il meccanismo viene definito Moltiplicatore.
In meccanica l'uso di riduttori meccanici è molto più frequente rispetto all'uso di moltiplicatori, dato che per natura i motori mantengono regimi di rotazione elevati.
Proviamo ora a calcolare la velocità dell’ingranaggio condotto, sapendo che l’ingranaggio motrice ha una velocità di 50 giri al secondo data dal motore elettrico; usando semplice matematica di base possiamo fare questa equazione:
Velocità ruota Motrice x numero Denti ruota Motrice = Velocità ruota Condotta x numero Denti ruota Condotta
Come risultato abbiamo che la velocità della ruota Condotta si è ridotta a 25 giri al secondo.
Ma la vera proprietà interessante dei riduttori e il vantaggio meccanico che producono, infatti sebbene la velocità diminuisce, la coppia aumenta proporzionalmente. Infatti, il motore, che a 50 giri al secondo ha una coppia di 5 newton metro (5 Nm), con questo rapporto di riduzione dimezzato, alla ruota condotta ha 25 giri al secondo e 10 newton metro (10 Nm) di coppia motrice.
Così ora si possono fare lavori più pesanti a una velocità più bassa.
Per questi due vantaggi i Riduttori di velocità sono utilizzatissimi in ogni campo della meccanica, dai motori a combustione interna, a quelli pneumatici, idraulici, e specialmente abbinati a motori elettrici che hanno regimi di rotazione molto elevati.
Infatti generalmente riduttori e motori elettrici vengono venduti in coppia per avere caratteristiche compatibili; tant’è che vengono addirittura progettati e prodotti riduttori compatti unificati a motori elettrici chiamati Motoriduttori, riducendo ingombri e costi.