Descrizione del prodotto
CATENA A RULLI
La catena a rulli o catena a boccole è il tipo di trasmissione a catena più comunemente utilizzato per la trasmissione di potenza meccanica in molti tipi di macchinari domestici, industriali e agricoli, tra cui nastri trasportatori, macchine per la trafilatura di fili e tubi, macchine da stampa, automobili, motociclette e biciclette. È costituita da una serie di corti rulli cilindrici tenuti insieme da maglie laterali. Viene azionata da una ruota dentata chiamata pignone. È un mezzo di trasmissione di potenza meccanica semplice, affidabile ed efficiente.
COSTRUZIONE DELLA CATENA
Due diverse misure di catena a rulli, che ne illustrano la costruzione.
Nella catena a rulli con boccole si alternano due tipi di maglie. Il primo tipo è costituito da maglie interne, composte da due piastre interne tenute insieme da due boccole su cui ruotano due rulli. Le maglie interne si alternano con le maglie esterne del tipo CZPT, costituite da due piastre esterne tenute insieme da perni che passano attraverso le boccole delle maglie interne. La catena a rulli "senza boccole" è simile nel funzionamento, sebbene diversa nella costruzione; invece di boccole o manicotti separati che tengono insieme le piastre interne, la piastra presenta un tubo stampato che sporge dal foro e svolge la stessa funzione. Questo ha il vantaggio di eliminare una fase nel montaggio della catena.
Il design della catena a rulli riduce l'attrito rispetto ai design più semplici, con conseguente maggiore efficienza e minore usura. Le prime varianti di catene di trasmissione CZPT erano prive di rulli e boccole, con le piastre interne ed esterne fissate da perni che entravano in contatto diretto con i denti della ruota dentata; tuttavia, questa configurazione presentava un'usura estremamente rapida sia dei denti della ruota dentata, sia delle piastre nei punti di rotazione sui perni. Questo problema è stato parzialmente risolto con lo sviluppo delle catene con boccole, in cui i perni che fissano le piastre esterne passano attraverso boccole o manicotti che collegano le piastre interne. Ciò distribuiva l'usura su una superficie maggiore; tuttavia, i denti delle ruote dentate si usuravano ancora più rapidamente del desiderato a causa dell'attrito di scorrimento contro le boccole. L'aggiunta di rulli attorno ai manicotti delle boccole della catena ha fornito un contatto di rotolamento con i denti delle ruote dentate, con conseguente eccellente resistenza all'usura sia delle ruote dentate che della catena. Si riscontra inoltre un attrito molto basso, poiché la catena CZPT è sufficientemente lubrificata. La lubrificazione continua e pulita delle catene a rulli è di primaria importanza per un funzionamento efficiente e per un corretto tensionamento.
LUBRIFICAZIONE
Molte catene di trasmissione (ad esempio, nelle macchine industriali o per azionare un albero a camme all'interno di un motore a combustione interna) operano in ambienti puliti, pertanto le superfici soggette ad usura (ovvero perni e boccole) sono protette da precipitazioni e detriti aerotrasportati, spesso anche in ambienti sigillati come i bagni d'olio. Alcune catene a rulli sono progettate con O-ring integrati nello spazio tra la piastra esterna della maglia e le piastre interne della maglia del rullo. I produttori di catene iniziarono a includere questa caratteristica nel 1971, dopo che l'applicazione fu inventata da Joseph Montano mentre lavorava per la Whitney Chain di Hartford, nel Connecticut. Gli O-ring furono inclusi per migliorare la lubrificazione delle maglie delle catene di trasmissione CZPT, un aspetto di vitale importanza per prolungarne la durata. Questi elementi in gomma formano una barriera che trattiene il grasso lubrificante applicato in fabbrica all'interno delle aree di usura di perni e boccole. Inoltre, gli O-ring in gomma impediscono a sporco e altri contaminanti di penetrare all'interno delle maglie della catena, dove tali particelle causerebbero altrimenti un'usura significativa.
Esistono anche molte catene che devono funzionare in condizioni sporche e che, per motivi di dimensioni o di funzionamento, non possono essere sigillate. Esempi includono le catene di macchine agricole, biciclette e motoseghe. Queste catene saranno necessariamente soggette a un'usura relativamente elevata, soprattutto quando gli operatori sono disposti ad accettare maggiore attrito, minore efficienza, maggiore rumorosità e sostituzioni più frequenti, trascurando la lubrificazione e la regolazione.
Molti lubrificanti a base di olio attirano sporco e altre particelle, formando nel tempo una pasta abrasiva che aumenta l'usura delle catene. Questo problema può essere aggirato utilizzando uno spray al PTFE "a secco", che dopo l'applicazione forma una pellicola solida che respinge sia le particelle che l'umidità.
VARIANTI DI PROGETTAZIONE
Schema di una catena a rulli: 1. Piastra esterna, 2. Piastra interna, 3. Perno, 4. Boccola, 5. Rullo
Se la catena non viene utilizzata in applicazioni soggette a forte usura (ad esempio, se trasmette semplicemente il movimento da una leva azionata manualmente a un albero di comando di una macchina, o a una porta scorrevole di un forno), è ancora possibile utilizzare uno dei tipi di catena più semplici. Al contrario, laddove sia richiesta maggiore resistenza ma anche la fluidità di trasmissione di un passo più piccolo, la catena può essere "siamata"; invece di sole due file di piastre sui lati esterni della catena, possono esserci tre ("duplex"), quattro ("triplex") o più file di piastre parallele, con boccole e rulli tra ogni coppia adiacente e lo stesso numero di file di denti parallele sulle ruote dentate per l'accoppiamento. Le catene di distribuzione dei motori automobilistici, ad esempio, hanno in genere più file di piastre chiamate "stringhe".
Le catene a rulli sono prodotte in diverse misure, le più comuni secondo gli standard ANSI (National CZPT) sono 40, 50, 60 e 80. La prima cifra (o le prime cifre) indica il passo della catena in ottavi di pollice, mentre l'ultima cifra è 0 per le catene standard, 1 per le catene leggere e 5 per le catene con boccole senza rulli. Pertanto, una catena con passo di mezzo pollice sarebbe una #40, mentre una ruota dentata #160 avrebbe denti distanziati di 2 pollici, e così via. I passi metrici sono espressi in sedicesimi di pollice; quindi una catena metrica #8 (08B-1) sarebbe equivalente a una ANSI #40. La maggior parte delle catene a rulli è realizzata in acciaio al carbonio o legato, ma l'acciaio inossidabile viene utilizzato nei macchinari per la lavorazione degli alimenti o in altri settori in cui la lubrificazione è un problema, e occasionalmente si trovano anche nylon o ottone per lo stesso motivo.
Le catene a rulli sono generalmente collegate tramite una maglia di giunzione (nota anche come maglia maestra), che in genere ha un perno fissato con una clip a ferro di cavallo anziché per attrito, consentendone l'inserimento o la rimozione con semplici attrezzi. Le catene con maglia o perno rimovibile sono anche note come catene a perno e consentono di regolarne la lunghezza. Le mezze maglie (note anche come offset) sono in acciaio CZPT e vengono utilizzate per aumentare la lunghezza della catena di un singolo rullo. Nelle catene a rulli rivettate, la maglia di giunzione (nota anche come maglia maestra) è "rivettata" o fissata alle estremità. Questi perni sono progettati per essere resistenti e non sono rimovibili.
UTILIZZO
Un esempio di due pignoni "fantasma" che tendono un sistema di catena a rulli triplex.
Le catene a rulli vengono utilizzate nelle trasmissioni a bassa e media velocità, intorno ai 600-800 piedi al minuto; tuttavia, a velocità più elevate, intorno ai 2.000-3.000 piedi al minuto, si utilizzano normalmente le cinghie trapezoidali a causa di problemi di usura e rumorosità.
La catena di una bicicletta è un tipo di catena a rulli. Le catene per bicicletta possono avere una maglia di giunzione oppure richiedere un attrezzo specifico per la rimozione e l'installazione. Una catena simile, ma più grande e quindi più robusta, viene utilizzata sulla maggior parte delle motociclette, sebbene a volte venga sostituita da una cinghia dentata o da una trasmissione ad albero, che offrono una rumorosità inferiore e minori esigenze di manutenzione.
La stragrande maggioranza dei motori automobilistici utilizza catene a rulli per azionare l'albero a camme. I motori ad altissime prestazioni spesso utilizzano ingranaggi e, a partire dai primi anni '60, alcuni produttori hanno iniziato a utilizzare cinghie dentate.
Le catene vengono utilizzate anche nei carrelli elevatori che impiegano cilindri idraulici come pulegge per sollevare e abbassare il carrello; tuttavia, queste catene non sono considerate catene a rulli, bensì catene di sollevamento o a lamelle.
Le catene da taglio per motosega assomigliano superficialmente alle catene a rulli, ma sono più strettamente imparentate con le catene a maglie piatte. Sono azionate da maglie di trasmissione sporgenti che servono anche a fissare la catena alla barra.
Ugello a spinta vettoriale Sea Harrier FA.2 ZA195 CZPT (a freddo) – l'ugello viene ruotato tramite una trasmissione a catena azionata da un motore pneumatico.
Un utilizzo forse insolito di una coppia di catene da motocicletta si trova nell'Harrier Jump CZPT, dove una trasmissione a catena azionata da un motore ad aria compressa viene utilizzata per ruotare gli ugelli mobili del motore, consentendo di orientarli verso il basso per il volo stazionario o verso la parte posteriore per il normale volo in avanti, un sistema noto come spinta vettoriale.
INDOSSARE
L'effetto dell'usura su una catena a rulli è quello di aumentare il passo (la distanza tra le maglie), causando l'allungamento della catena. Si noti che ciò è dovuto all'usura dei perni e delle boccole di rotazione, non all'effettivo allungamento del metallo (come accade ad alcuni componenti flessibili in acciaio, come il cavo del freno a mano di un veicolo a motore).
Con le catene moderne è insolito che una catena (a parte quella di una bicicletta) si usuri fino alla rottura, poiché una catena usurata porta a un rapido deterioramento dei denti delle ruote dentate, con la conseguente perdita di tutti i denti sulla ruota dentata. Le ruote dentate (in particolare quella più piccola) subiscono un movimento di sfregamento che imprime una caratteristica forma a uncino alla superficie condotta dei denti. (Questo effetto è aggravato da una catena non correttamente tensionata, ma è inevitabile a prescindere da qualsiasi cura si adotti). I denti (e la catena) usurati non garantiscono una trasmissione fluida della coppia e ciò può essere evidente dal rumore, dalle vibrazioni o (nei motori delle auto con catena di distribuzione) dalla variazione della fasatura dell'accensione rilevata con una lampada stroboscopica. In questi casi è necessario sostituire sia le ruote dentate che la catena, poiché una catena nuova su ruote dentate usurate non durerà a lungo. Tuttavia, nei casi meno gravi potrebbe essere possibile salvare il pignone più grande, poiché è sempre quello più piccolo a subire la maggiore usura. Solo in applicazioni molto leggere, come ad esempio in una bicicletta, o in casi estremi di tensione errata, la catena tenderà a saltare fuori dai pignoni.
L'allungamento dovuto all'usura di una catena si calcola con la seguente formula:
M = la lunghezza di un certo numero di collegamenti misurati
S = il numero di collegamenti misurati
P = Tono
Nell'industria, è consuetudine monitorare il movimento del tendicatena (manuale o automatico) o la lunghezza esatta della catena di trasmissione (una regola empirica è quella di sostituire una catena a rulli che si è allungata di 3% su una trasmissione regolabile o di 1,5% su una trasmissione a centro fisso). Un metodo più semplice, particolarmente adatto a ciclisti e motociclisti, consiste nel provare a tirare la catena allontanandola dal pignone più grande, assicurandosi che sia ben tesa. Qualsiasi movimento significativo (ad esempio, tale da permettere di vedere attraverso uno spazio vuoto) indica probabilmente che la catena è usurata oltre il limite. Se il problema viene ignorato, si verificheranno danni da CZPT. L'usura da CZPT annulla questo effetto e può mascherare l'usura della catena.
FORZA DELLA CATENA
La misura più comune della resistenza di una catena a rulli è la resistenza alla trazione. La resistenza alla trazione rappresenta il carico massimo che una catena può sopportare con un singolo carico prima di rompersi. Altrettanto importante quanto la resistenza alla trazione è la resistenza a fatica di una catena. I fattori critici per la resistenza a fatica di una catena sono la qualità dell'acciaio utilizzato per la sua fabbricazione, il trattamento termico dei componenti della catena, la qualità della lavorazione dei fori di passo delle maglie e il tipo e l'intensità della pallinatura sulle maglie. I fattori CZPT possono includere lo spessore delle maglie e il loro design (contorno). La regola generale per le catene a rulli che operano su una trasmissione continua è che il carico della catena non superi solo 1/6 o 1/9 della resistenza alla trazione della catena, a seconda del tipo di maglie di giunzione utilizzate (a pressione o a scorrimento).[è necessaria una fonte]Le catene a rulli che operano con una trasmissione continua oltre queste soglie possono rompersi, e in genere si rompono, prematuramente a causa della fatica delle maglie.
La resistenza ultima minima standard della catena in acciaio ANSI 29.1 è 12.500 x (passo, in pollici)2Le catene con O-ring e X-ring riducono notevolmente l'usura grazie alla lubrificazione interna, aumentando la durata della catena. La lubrificazione interna viene introdotta tramite vuoto durante la rivettatura della catena.
CATENA SThangZhouRDS
Gli enti di normazione (come ANSI e ISO) mantengono gli standard per la progettazione, le dimensioni e l'intercambiabilità delle catene di trasmissione. Ad esempio, la tabella seguente mostra i dati dello standard ANSI B29.1-2011 (Catene a rulli di trasmissione CZPT di precisione, accessori e CZPT) sviluppato dalla Canadian Society of CZPT Engineers (ASME). Vedere i riferimenti.[8][9][10] per ulteriori informazioni.
ASME/ANSI B29.1-2011 Dimensioni standard delle catene a rulliDimensionePassoDiametro massimo dei rulliCarico di misura CZPT di rottura minimo25
| Dimensioni standard delle catene a rulli ASME/ANSI B29.1-2011 | ||||
| Misurare | Pece | Diametro massimo del rullo | Resistenza a trazione minima ultima CZPT | Misurazione dello sviluppo |
|---|---|---|---|---|
| 25 | 0,250 pollici (6,35 mm) | 0,130 pollici (3,30 mm) | 780 libbre (350 kg) | 18 libbre (8,2 kg) |
| 35 | 0,375 pollici (9,53 mm) | 0,200 pollici (5,08 mm) | 1.760 libbre (800 kg) | 18 libbre (8,2 kg) |
| 41 | 0,500 pollici (12,70 mm) | 0,306 pollici (7,77 mm) | 1.500 libbre (680 kg) | 18 libbre (8,2 kg) |
| 40 | 0,500 pollici (12,70 mm) | 0,312 pollici (7,92 mm) | 3.125 libbre (1.417 kg) | 31 libbre (14 kg) |
| 50 | 0,625 pollici (15,88 mm) | 0,400 pollici (10,16 mm) | 4.880 libbre (2.210 kg) | 49 libbre (22 kg) |
| 60 | 0,750 pollici (19,05 mm) | 0,469 pollici (11,91 mm) | 7.030 libbre (3.190 kg) | 70 libbre (32 kg) |
| 80 | 1,000 pollici (25,40 mm) | 0,625 pollici (15,88 mm) | 12.500 libbre (5.700 kg) | 125 libbre (57 kg) |
| 100 | 1,250 pollici (31,75 mm) | 0,750 pollici (19,05 mm) | 19.531 libbre (8.859 kg) | 195 libbre (88 kg) |
| 120 | 1,500 pollici (38,10 mm) | 0,875 pollici (22,23 mm) | 28.125 libbre (12.757 kg) | 281 libbre (127 kg) |
| 140 | 1,750 pollici (44,45 mm) | 1,000 pollici (25,40 mm) | 38.280 libbre (17.360 kg) | 383 libbre (174 kg) |
| 160 | 2.000 pollici (50,80 mm) | 1,125 pollici (28,58 mm) | 50.000 libbre (23.000 kg) | 500 libbre (230 kg) |
| 180 | 2,250 pollici (57,15 mm) | 1,460 pollici (37,08 mm) | 63.280 libbre (28.700 kg) | 633 libbre (287 kg) |
| 200 | 2,500 pollici (63,50 mm) | 1,562 pollici (39,67 mm) | 78.175 libbre (35.460 kg) | 781 libbre (354 kg) |
| 240 | 3,000 pollici (76,20 mm) | 1,875 pollici (47,63 mm) | 112.500 libbre (51.000 kg) | 1.000 libbre (450 kg) |
A scopo mnemonico, di seguito viene presentata un'altra rappresentazione delle dimensioni chiave dello stesso standard, espresse in frazioni di pollice (il che ha contribuito alla scelta dei numeri preferiti nello standard ANSI):
| Passo (pollici) | Tono espresso in ottavi |
Standard ANSI numero di catena |
Larghezza (pollici) |
|---|---|---|---|
| 1⁄4 | 2⁄8 | 25 | 1⁄8 |
| 3⁄8 | 3⁄8 | 35 | 3⁄16 |
| 1⁄2 | 4⁄8 | 41 | 1⁄4 |
| 1⁄2 | 4⁄8 | 40 | 5⁄16 |
| 5⁄8 | 5⁄8 | 50 | 3⁄8 |
| 3⁄4 | 6⁄8 | 60 | 1⁄2 |
| 1 | 8⁄8 | 80 | 5⁄8 |
Note:
1. Il passo è la distanza tra i centri dei rulli. La larghezza è la distanza tra le piastre di collegamento (ovvero leggermente superiore alla larghezza del rullo per consentire il gioco).
2. La cifra a destra dello standard indica 0 = catena normale, 1 = catena leggera, 5 = catena con boccole senza rulli.
3. La cifra a sinistra indica il numero di ottavi di pollice che compongono il passo.
4. Una “H” dopo il numero standard indica una catena pesante. Un numero con trattino dopo il numero standard indica una catena a doppio filamento (2), a triplo filamento (3) e così via. Quindi 60H-3 indica la catena a triplo filamento pesante numero 60.
Una tipica catena per bicicletta (per cambio a deragliatore) utilizza una catena stretta con passo da 1/2 pollice. La larghezza della catena è variabile e non influisce sulla capacità di carico. Maggiore è il numero di pignoni sulla ruota posteriore (storicamente da 3 a 6, oggi da 7 a 12), più stretta è la catena. Le catene vengono vendute in base al numero di velocità per cui sono progettate, ad esempio "catena a 10 velocità". Le biciclette con cambio al mozzo o a velocità singola utilizzano catene da 1/2" x 1/8", dove 1/8" si riferisce allo spessore massimo di un pignone che può essere utilizzato con la catena.
In genere, le catene con maglie parallele hanno un numero pari di maglie, con ogni maglia stretta seguita da una larga. Le catene costruite con un tipo di maglia uniforme, stretta a un'estremità e larga all'altra, possono essere realizzate con un numero dispari di maglie, il che può essere un vantaggio per adattarsi a una particolare distanza tra le corone; d'altra parte, una catena di questo tipo tende ad essere meno resistente.
Le catene a rulli realizzate secondo lo standard ISO sono talvolta chiamate isocatene.
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