Dimensionamento e modellazione CAD 3D di un riduttore bistadio

The following paper intends to present the main design phases of a two-stage reducer to be produced in series, with cylindrical gears with straight teeth, with coaxial input and output axes. The reducer will have the task of coaxially connecting a three-phase asynchronous electric motor to the drum of a conveyor belt that works without interruptions. It consists of three shafts: an input shaft (1), an intermediate shaft (0) and an output shaft (2). The reducer allows to obtain a reduction in the speed of the output shaft with respect to the input one and at the same time to have an increase in power. For the design of the reducer we started by knowing: nominal output torque, required output speed and total transmission ratio. Subsequently, the suitable motor was chosen, also taking into account the sliding phenomenon (slip) and the gear wheels were sized in compliance with the ISO 6336 standard. The lengths of the various shafts were determined and the corresponding material was chosen. After calculating the general parameters, the shafts were considered individually and the minimum diameters necessary to resist the stresses involved were calculated for each one. Subsequently, the ring nuts were chosen to fix the gear wheels, the bearings suitable for withstanding the imposed loads and the tabs essential for transmitting the motion between the shaft and the wheel. For each critical section, static checks, fatigue checks and deformability checks were performed. In chapter 1 we proceeded with the calculation of the indispensable parameters to be able to carry out the sizing and the various checks related to the shafts present in the reducer. In the following chapter we dealt with the sizing of the gear wheels following the ISO 6336 standard, which is less conservative than the Lewis formula, but allows a considerable saving of material and production costs by the manufacturing company. In chapter 3 the length of each tree was calculated with 2 different values ​​linked to the multiplication factor, finally opting for a value equal to 4. Furthermore, the material of which the trees are made was chosen, i.e. the hardened and tempered C40 steel (UNI 7845). Chapter 4 was dedicated to the input shaft and therefore the ring nut of the sprocket wheel, the safety washer and the circlips (necessary to block the bearings and keep them in the correct position) were chosen. We proceeded with the choice of bearings and then the key was sized, necessary to allow the transmission of motion between the shaft and the gear wheel. Finally, the static, fatigue and deformability checks were performed. In Chapter 5 the output shaft part was considered and then the sprocket lock ring, lock washer, circlips and bearings were selected, then the key was sized. Subsequently, the static, fatigue and deformability checks were performed. With Chapter 6 the sizing of the reducer was concluded, in fact the intermediate shaft was designed with the relative ring nuts, safety washers, bearings, circlips and keyways. In the final part, the static, fatigue and deformability checks were carried out, as was done for the other shafts. The three-dimensional CAD modeling of the containment box and all further parts of the gearbox was described in chapter 7 using the Solidworks® software.

Con il seguente elaborato si intendono presentare le fasi principali di progettazione di un riduttore bistadio da produrre in serie, ad ingranaggi cilindrici a denti dritti, con assi di ingresso e di uscita coassiali. Il riduttore avrà il compito di collegare in modo coassiale un motore elettrico asincrono trifase al tamburo di un nastro trasportatore che funziona senza interruzioni. Esso è composto da tre alberi: un albero di ingresso (1), un albero intermedio (0) ed un albero di uscita (2). Il riduttore permette di ottenere una riduzione della velocità dell’albero di uscita rispetto a quello di ingresso e allo stesso tempo di avere un incremento di potenza. Per la progettazione del riduttore si è partiti conoscendo: coppia nominale in uscita, velocità richiesta in uscita e rapporto di trasmissione totale. Successivamente è stato scelto il motore adatto, tenendo conto anche del fenomeno dello scorrimento (slip) e sono state dimensionate le ruote dentate in osservazione della normativa ISO 6336. Sono state determinate le lunghezze dei vari alberi e si è scelto il relativo materiale. Dopo aver calcolato i parametri generali, gli alberi si sono considerati singolarmente e per ciascuno sono stati calcolati i diametri minimi necessari per resistere alle sollecitazioni in gioco. In seguito sono state scelte le ghiere per fissare le ruote dentate, i cuscinetti adatti a sopportare i carichi imposti e le linguette indispensabili per trasmettere il moto fra l’albero e la ruota. Per ogni sezione critica sono state eseguite le verifiche statiche, le verifiche a fatica e le verifiche a deformabilità. Nel capitolo 1 si è proceduto al calcolo dei parametri indispensabili per poter compiere il dimensionamento e le varie verifiche legate agli alberi presenti nel riduttore. Nel capitolo seguente ci si è occupati del dimensionamento delle ruote dentate seguendo la normativa ISO 6336, che risulta meno cautelativa rispetto alla formula di Lewis, ma consente un notevole risparmio di materiale e di costi di produzione da parte dell’azienda produttrice. Nel capitolo 3 è stata calcolata la lunghezza di ciascun albero con 2 differenti valori legati al fattore moltiplicativo, optando infine per un valore pari a 4. Inoltre è stato scelto il materiale di cui sono composti gli alberi, ossia l’acciaio C40 bonificato (UNI 7845). Il capitolo 4 è stato dedicato all’albero di ingresso e quindi sono stati scelti la ghiera di bloccaggio della ruota dentata, la rosetta di sicurezza e gli anelli elastici (necessari per bloccare i cuscinetti e mantenerli nella posizione corretta). Si è proceduto alla scelta dei cuscinetti ed in seguito è stata dimensionata la linguetta, necessaria per permettere la trasmissione del moto fra l’albero e la ruota dentata. Infine sono state eseguite le verifiche statiche, a fatica e a deformabilità. Nel Capitolo 5 si è presa in considerazione la parte dell’albero di uscita e quindi sono stati selezionati la ghiera di bloccaggio della ruota dentata, la rosetta di sicurezza, gli anelli elastici e i cuscinetti, poi è stata dimensionata la linguetta. A seguire sono state eseguite le verifiche statiche, a fatica e a deformabilità. Con il Capitolo 6 è stato concluso il dimensionamento del riduttore, infatti è stato progettato l’albero intermedio con le relative ghiere, rosette di sicurezza, cuscinetti, anelli elastici e linguette. Nella parte finale sono state eseguite le verifiche statiche, a fatica e a deformabilità, così come è stato fatto per gli altri alberi. La modellazione CAD tridimensionale della cassa di contenimento e di tutte le ulteriori parti del riduttore è stata descritta nel capitolo 7 utilizzando il software Solidworks®.