Un riduttore fa parte di un sistema meccanico di ingranaggi e alberi che ha lo scopo principale di rallentare le cose all’interno di una macchina in modo che l’energia possa essere trasferita e utilizzata in un altro posto. Gli ingranaggi di riduzione sono più comunemente visti nelle trasmissioni di auto e camion e in queste impostazioni riducono le alte velocità di rotazione del motore e le convertono in una velocità utilizzabile e più lenta che le gomme possono interpretare e utilizzare in sicurezza. Questi tipi di configurazioni degli ingranaggi sono spesso utilizzati anche in macchinari pesanti e altri apparecchi meccanici sia grandi che piccoli. Tutto ciò che utilizza alte velocità di rotazione in un posto ma necessita di energia ridotta in un altro può utilizzare questo tipo di sistema interno. Quando gli ingranaggi funzionano correttamente, la velocità di rotazione dell’albero di ingresso si converte in una velocità di rotazione più lenta sull’albero di uscita. Questa riduzione della velocità di uscita aiuta ad aumentare la coppia. Il sistema può apparire leggermente diverso in diverse impostazioni, ma il concetto è generalmente lo stesso.
Composizione di base
Questi tipi di configurazioni degli ingranaggi si verificano quasi sempre all’interno dei meccanismi interni di motori, macchine e altri componenti meccanici. In termini di basi, di solito non sono molto complicati. Un semplice riduttore è costituito da due ingranaggi che hanno denti della stessa misura ma di diametro diverso. Il numero di denti è proporzionale alla circonferenza; l’ingranaggio di circonferenza più piccolo avrà meno denti di quello più grande. Ad esempio, un ingranaggio con una circonferenza di 16 pollici (40.64 cm) avrà il doppio dei denti rispetto a uno con una circonferenza di 8 pollici (20.32 cm).
Quando questi ingranaggi si ingranano in un riduttore, l’ingranaggio più piccolo fa due giri per ogni giro dell’ingranaggio più grande – in altre parole, gira il doppio più velocemente. Al contrario, la quantità di coppia disponibile sull’albero più grande sarebbe il doppio di quella sul più piccolo. Quando la velocità dell’uscita diminuisce, la coppia aumenta proporzionalmente.
Determinazione del rapporto di trasmissione
Il rapporto di trasmissione, che è un modo per esprimere la relazione tra le velocità relative di ciascuna marcia coinvolta, è quasi sempre determinato dal numero di denti coinvolti. Questo a sua volta è espresso nel rapporto tra il numero di denti sull’ingranaggio più grande e il numero di denti sull’ingranaggio più piccolo. Ad esempio, un sistema di riduzione del cambio monostadio composto da due marce, una con 30 denti e l’altra con 10 denti, avrebbe un rapporto di trasmissione di 30:10 o 3: 1. In questo sistema, l’ingranaggio più grande gira a un terzo della velocità del più piccolo, pur avendo tre volte la coppia disponibile.
I riduttori a più stadi di riduzione del cambio consentono rapporti di trasmissione molto più elevati rispetto a quelli pratici con i sistemi a singolo stadio. Alberi e ingranaggi aggiuntivi sono utilizzati in questi sistemi. Ad esempio, un piccolo ingranaggio viene aggiunto all’albero di uscita della prima serie di ingranaggi per fungere da driver di input per una seconda serie di ingranaggi. Se necessario, è possibile aggiungere ulteriori set di ingranaggi. Il rapporto di trasmissione finale viene determinato moltiplicando il rapporto di ciascuna serie di ingranaggi. Ad esempio, un riduttore costituito da tre serie di ingranaggi con rapporti di trasmissione di 3: 1, 4: 1 e 5: 1 produrrebbe un rapporto di trasmissione finale di 60: 1.
Trasmissioni come esempio comune
Le trasmissioni per auto sono un buon esempio di un sistema di riduzione del cambio a più stadi. Un tipico motore gira da 1500 a 3000 giri al minuto (RPM), una velocità molto maggiore di quella necessaria alle gomme. In effetti, se così tanta potenza dovesse andare alle gomme, probabilmente provocherebbe seri problemi poiché probabilmente sarebbe più di quello che potrebbero gestire. La trasmissione della vettura riduce gli RPM all’albero motore, aumentando sufficientemente la coppia per spostare il veicolo. La parte posteriore riduce ulteriormente la velocità a un livello utilizzabile, moltiplicando la quantità di coppia disponibile per le ruote motrici.
Molte altre macchine, compresi molti utensili manuali ad alimentazione elettrica, usano una qualche forma di riduttore per controllare la velocità di uscita aumentando la coppia disponibile. Ciò consente a motori elettrici di piccole dimensioni, relativamente a bassa potenza, di eseguire lavori che altrimenti richiederebbero motori molto più grandi e più potenti.