ttraverso un viaggio virtuale dentro la realtàaziendale di Bonfiglioli Riduttori vengonodescritte le motivazioni e le condizioni al

contorno che hanno determinato lo sviluppo della nuovaserie “W” di riduttori a vite senza fine.Attraverso la collaborazione specialistica del Lehrstuhlfur Maschinenelemente Forschuungsstelle fur Zahnräderund Getriebebau (FZG) di Monaco di Baviera e l’Appli-cation Specialist Team, Industrial Trasmission SKF si èarrivati a proporre questo nuovo prodotto caratterizzatoda sensibili innovazioni introdotte a vari livelli: dall’utilizzodi metodi di calcolo innovativi, alla scelta di cuscinettiprogettati ad hoc per questa applicazione, all’introduzionedi soluzioni tecniche originali che esaltano l’alta modularitàe flessibilità di questa nuova gamma che la rendonointeressante per il mercato.Tutte le Aziende che producono componenti per il mondoindustriale si presentano con la propria gamma che copreun vasto campo di applicazioni; il catalogo riassume tuttequeste proposte e rappresenta, per così dire, il documentodi presentazione verso il mercato.Spesso capita, tuttavia, che per precisi successi di mercatoraggiunti e per ragioni che fanno parte della tradizioneaziendale si stabiliscono legami che si possono quasidefinire “affettivi”, “di rispetto” tra l’Azienda ed un suoprodotto specifico.In realtà nel mondo della produzione industriale non c’èmolto spazio per i sentimentalismi quindi tutti i prodottivengono ottimizzati, migliorati e aggiornati, indistinta-mente per assicurare la massima competitività; nonostantequesti principi, emerge, tuttavia, il prodotto più rappre-sentativo che viene “considerato” di più all’internodell’Azienda e che la identifica nei confronti degliutilizzatori nei mercati internazionali. Bonfiglioli Riduttoriha una gamma di prodotti completa che prevede motori-duttori ad ingranaggi di vario tipo con range di potenze

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BONFIGLIOLI RIDUTTORILANCIA LA NUOVA SERIE “W”;

riduttori a vite senza fine innovativi ed originalidi Ing. Cognigni

virtual journey inside the workings of theBonfiglioli Riduttori reveal the motivationsand conditions that brought about the

development of the new “W” series of worm reductionunits.Capitalizing on a partnership with Lehrstuhl fürMaschinenelemente Forschuungsstelle fur Zahnräderund Getriebebau (FZG) besed in Munich and theApplication Specialist Team, Industrial TransmissionSKF, this new product contains innovative featuresapplied at several levels, including teh use of newcalculation techniques, the choice of bearingsdesigned specially for this application, the introductionof original technical solutions that enhance the highdegree of modularity and flexibility of this new range,all which should make it an attractive offer.All companies that produce components for industryhave their own line of products that cover a widerange of application; their catalogue summarizestheir offer and is thus their “calling card” for themarket.It often happens, however, that because of the successa product has won on the market or because theproduct is a tradition for the company, bonds thatcould almost be defined as “sentimental” or basedon “respect” develop between the company and oneof its products. In reality, the world of industrialproduction has little need for sentiment, so all productsmust be optimized, improved and modernized withoutdistinction in order to ensure their competitiveness.Despite this, however, the product that most representsthe company is given a certain status within thecompany, and further identifies the company withusers on international markets.Bonfiglioli Riduttori has a full product range thatincludes various gearmotors with extensive power

NOTIZIE TECNICHE

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ranges. Recently the entire series of helical gear unitshas been redesigned and upgraded in power, andthey enjoy recognition on the market.Bonfiglioli’s trademark product in many marketsremains the worm unit. This series is organized in12 sizes and ensures the company the top place inthe European market. This leadership is backed upby a good market penetration domestically, the highdegree of automation in the areas of assembly, andthe specialization gained in the production ofcomponents. These factors make the current catalogueproduct highly competitive, of good quality and thus

successful. Althought h e s i t u a t i o n

a p p e a r sauspicious, andcould continue,B o n f i g l i o l iRiduttori has inany event decided

to revolutionize itsmost representat ive

product, introducing additionalinnovations and improving its performance to

demonstrate is vitality and decisiveness instrengthening its position as a leader with originalproducts and proven solutions. In doing so, the

company wishes to convey that it has no intentionof resting on its laurels.

New market needs: project specificationsRedesigning a product that continues to enjoy esteemby its users is a challenge because it requiresdifferentiating the characteristics, performance, andquality from the former product, which possessedthese exact features in the first place.The team of engineers assigned to the problem knowthat they cannot settle for something comparable,but instead must demonstrate that the concept at thebase of the new product represent significant progressand that the task is dealt with comprehensively toinclude typical technical issues (geometry,performance, power ranges), and also complementaryaspects no less important that regard users,

NOTIZIE TECNICHE

applicabili molto ampi: ultimamente tutte le serie deiriduttori ad ingranaggi cilindrici sono state rinnovate epotenziate e sono significativamente presenti sul mercato.Il prodotto distintivo che, però, identifica Bonfiglioli inmolti mercati resta ancora il motoriduttore a vite senzafine; questa serie organizzata in 12 grandezze, garantisceall’Azienda la posizione di leader di mercato a livelloeuropeo; questa leadership è assicurata dalla buonapenetrazione nel mercato domestico, dal forte grado diautomazione operato in fabbrica nelle aree di montaggioe dalla specializzazione acquisita nella produzione deicomponenti; tutti questi fattori rendono l’attuale prodottodi catalogo altamente competitivo, di buona qualitàe di successo. Tuttavia, anche se lasituazione apparefavorevole, e po-trebbe continuarecosì, BonfiglioliRiduttori ha decisodi rivoluzionare ilproprio prodottopiù rappresentativoper introdurre ul-teriori innovazionie migliorarne leperformances,per dimostrare lapropria vitalità e lavolontà di rafforzare ul- t e -riormente la posizione di leader con prodottioriginali, con soluzioni convincenti e sottolineare, così,che non ci si vuole consolare contemplando i risultatipositivi finora conseguiti.

Nuove esigenze del mercato: specifiche di progettoRiprogettare qualcosa ancora ben apprezzato da partedegli utilizzatori risulta difficile in quanto bisogna ulte-riormente differenziarsi in senso positivo in caratteristiche,prestaioni, livello qualititativo rispetto ad un prodottoprecedente che già possiede queste peculiarità.L’equipe tecnica che affronta il problema deve mettersinell’ordine di idee di non accontentarsi di ottenere qualcosadi comparabile ma deve dimostrare che il concetto cheè alla base del nuovo progetto rappresenta un progresso

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NOTIZIE TECNICHE

sensibile e che l’argomentoviene affrontato in manieracosì ampia da interessarenon solo gli argomentitecnici tipici (geometrie,performances, ranges dipotenza), ma anche aspetticomplementari, ma nonmeno importanti, riguar-danti gli utilizzatori, gliaddetti alla produzione, allamanutenzione, alla distri-buzione che attribuisconoal prodotto quelle caratte-ristiche aggiuntive alleperformances tecniche dibuon livello che lo rendono vin-cente. L’Utilizzatore si aspetta un prodotto di qualità, conaltre prestazioni, facile da installare, versatile, predispostoper diverse posizioni di montaggio che possono esserescelte in ogni momento del progetto senza penalizzazionio rifacimenti degli impianti; richiede l’affidabilità neltempo e manutenzione ridotta o nulla. Questi vantaggiauspicati devono essere sfruttabili sia dagli utilizzatorifinali, sia dalla struttura di distribuzione che, se disponedi un prodotto con le caratteristiche sopra esposte, fornisceun servizio più puntuale al Cliente moltiplicando così gliaspetti positivi. Chi fabbrica il motoriduttore chiede diridurre il numero dei componenti da mettere in lavora-zione, soprattutto quelli a basso fattore di utilizzo, preferisceutilizzare materiali ad alta lavorabilità, ricevere pezzigrezzi con bassi sovrametalli per abbreviare i tempi dilavorazione e superfici grezze di buona qualità in mododa eliminare alcune operazioni nel ciclo.

Architettura generale del progettoIl progetto della nuova serie “W” che attualmente com-prende 4 grandezze (63, 75, 86, 110) è caratterizzatodalla sua alta modularità che semplifica notevolmente lagestione di tutti i versionismi richiesti a catalogo. Ilriduttore risulta virtualmente diviso in due parti principaliidentificabili in una parte di uscita (sottogruppo di uscita)che contiene la vite senza fine (base e con sporgenza) ela corona con riporto in bronzo in tutti i rapporti, oltre

production, maintenance,distribution personnelthat acsribe the productwith those features inaddition to the goodtechnical performancethat make it a successfulproduct.The user expects a qualityproduct with a highperformance that is easyto install, versatile,designed to be mountedin different positionsdecided at any timeduring the project without

compromising the plants orforcing them to undergo revision. The user requireslong-term reliability and little, if any, maintenance.These advantages must be exploited by the end usersand by the distribution organization, which in offeringa product with the above characteristics, can providetimelier customer service and thereby multiply thepositive aspects.Manufactures of gearmotors are always seeking toreduce the number of components used in theproduction process, especially those that have a lowfactor of use. They prefer using material that can beeasily machined, or receiving unrefined pieces withlow machining allowance to shorten the productiontimes, and unrefined surfaces that are of good qualityso that they can eliminate operations in the cycle.

General layout of the projectThe new “W” series project, which presentlyincorporates four sizes (63, 75, 86, 110), is notedfor its extreme modularity, and this quality greatlysimplifies the management of all catalogueconfigurations. The reduction unit is basicallydivided into two main parts: an output part (outputmodule) containing the worm gear (basic and withend extension) and the bronze worm wheel in allratios, in addition to gearcase bearings and sidecover (Fig.1).

Fig.1: architettura generale del progettoFig. 1: General layout of the project

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These basic modules have astandardized geometry at the

input. Kits to complete theuni t in the des iredconfiguration are then

applied.The connection between base

modules and the componentsfor completion are carried outthrough a DIN splined couplingoffering excellent resistance andsuperior reliability.Given the type of splinedcoupling, the application of the

input kits is carried out by thedistributor or directly by the user

without the use of special equipment. This enablesthe reduction unit to be customized at the time ofcommissioning.The input configurations are the traditional unitsusually offered by competition. Coupling with IECstyle electric motors, parallel input shaft and provisionfor a helical gear pair at the input which can beconfigured for IEC couplings or parallel solid shaft.There is also a configuration that features theintegration of the electric motor, with or withoutbrake, into the reduction unit. In this version themotor and reduction unit have mechanical parts incommon: the motor is an integral part of the unitand the supplier is responsible for the reliability ofthe complete gearmotor. The solution offersadvantages in cost and size that can be considerablefor certain applications.The output modules are assembled and controlled atthe factory and the most critical operations that canaffect quality of the final product are concentratedin this phase (sealing test, bearing adjustment, drivingfor controlled load interference), whereas the simplestoperations are performed at the distribution level.The splined connection interface and the flange kitsfor coupling offer greater flexibility and timelinessfor markets where the use of a specific type ofgeometry is used (Nema) or for emerging markets(coupling with brushless motors) without increasing

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alla scatola riduttore, cuscinettie coperchio laterale di chiu-sura. (Fig.1).Questi moduli base presen-tano all’ingresso una geo-metria unificata in cui si ap-plicano i kits di complementonella configurazione deside-rata.Il collegamento tra i modulibase ed i componenti dicomplemento avviene me-diante un accoppiamentoscanalato DIN che garantisceuna resistenza ed una affida-bilità superiore.L’applicazione dei kits di complementoin ingresso, dato il tipo di accoppiamento s c a -nalato, avviene senza attrezzature particolari, può essereeffettuata sia dalla struttura di distribuzione che dall’Uti-lizzatore diretto e consente di personalizzare, all’ultimomomento, il riduttore prescelto. I versionismi in ingressosono quelli tradizionali previsti in tutti i cataloghi deicostruttori del settore: accoppiamento con motori elettriciunificati IEC, ingresso albero maschio cilindrico e pre-disposizione per una precoppia di ingranaggi elicoidaliin ingresso a sua volta configurabile per accoppiamentiIEC o albero maschio cilindrico. Esiste anche una confi-gurazione che prevede la stretta integrazione del motoreelettrico con o senza freno nel riduttore operando unacondivisione tra le parti meccaniche; il motore fa parteintegrante del gruppo ed il fornitore si rende responsabiledell’affidabilità del motoriduttore completo; la soluzioneoffre vantaggi di costo e di ingombro dimensionale chepossono diventare significativi per certe applicazioni.I sottogruppi di uscita vengono assemblati e controllatipresso lo stabilimento principale e le operazioni piùcritiche, che possono condizionare il livello qualititativodel prodotto finale, sono concentrate in questa fase (provadi tenuta, registrazione cuscinetti, piantaggi per interferenzaa carico controllato) mentre le operazioni più semplicisono demandate alle officine periferiche di distribuzione.L’interfaccia di collegamento scanalato ed i kits flangedi accoppiamento permettono di venire incontro con

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maggiore flessibilità emaggiore puntualità amercati in cui è consolidatol’utilizzo di geometrieproprie ‘Nema) o a richiestadi mercato emergenti (ac-coppiamento con motoribrushless) senza moltipli-care le varianti nei parti-colari di ingranamento. Èchiaro che operare questasegmentazione del prodotto,riduce drasticamente il numerodei componenti da gestire in quanto annulla l’influenzadella variabile “rapporto di riduzione” (definito daicomponenti vite-corona presenti nel sottogruppo di uscita)dalle variabili “interfacce di ingresso” presenti nei kitsdi completamento con sensibili semplificazioni per chisi occupa della produzione. La forma della scatola delriduttore, realizzata nella maggior parte dei casi inalluminio, è cubica con possibilità di fissaggio su 5 facce;i cuscinetti interni sono a lubrificazione “for life” predi-sposti quindi al funzionamento in ogni posizione dimontaggio. I riduttori vengono consegnati completi diolio di lubrificazione a base sintetica poliglicole eliminandocosì ogni problema di manutenzione.

Miglioramenti tecnici e soluzioni di progetto adottateData l’alta diffusione dei riduttori a vite senza fine finoraprodotti da Bonfiglioli Riduttori esiste una casistica dianomalie segnalate dai vari utilizzatori che costituisceuna forte base di partenza per individuare i punti dimiglioramento ed evitare errori già fatti. Esiste, inoltre,un insieme di persone dedicate al monitoraggio delleapplicazioni che richiede insistentemente al progettistaargomenti di competitività sempre più convincenti versoil mercato.

Accoppiamento motore elettricoUsualmente, nei riduttori più diffusi nel mercato, il motoredi geometria unificata IEC viene accoppiato direttamentealla vite senza fine attraverso diametri in tolleranza; unproblema noto e fin troppo ricorrente è l’insorgere di“fretting corrosion” tra l’albero del motore e l’alloggia-

the variations in thegearing.Clearly, implementing thisproduct segmentationdrastically reduces thenumber of components tobe handled since the“ re d u c t i o n r a t i o ”variable (defined byscrew-ring the wormgearing present in theou tpu t modu le ) i s

cancelled out by the “inputinterface” variables contained in the input kits,simplifying to a great extent the work of those inproduction.The reduction unit box, for the most part built inaluminum, is cube-shaped with possibility of fixingon five sides; the internal bearings are lubricated“for life” and can thus operate in every assemblyposition. The reduction units are delivered completewith a polyglycol-based synthetic lubricant that doesaway with all maintenance problems.

Technical improvements and solutionsBecause of the widespread distribution of Bonfiglioliworm reduction units, there are users that do noteirregularities in operation. For Bonfiglioli this is avalid point of departure for identifying improvementsand avoiding errors made in the past. There is alsoa team specially assigned to monitoring theapplications who are constantly soliciting the engineerfor convincing arguments to present to the market.

Integration of electric motorUsually, the most commonly used reduction unitsadopt a motor with an IEC standardized geometrycoupled directly to the worm screw by means oftolerance diameters. A recurring problem is the onsetof “fretting corrosion” between the motor shaft andthe slot in the reduction unit screw. After a certainperiod of time, it is practically impossible to disengagethe motor from the reduction unit without damagingthe flange or the shaft. To get around this problem

Fig. 2: giunto scanalato di accoppiamento per motore elettrico IECFig. 2: Splined coupling for IEC electric motor

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outer toothed joints aregenerally used to allow easierdisassembly of the motor fromthe rduction unit, but thisimplies a higher cost and largerdimensions. In our case, thesplined coupling (Fig. 2) isintegrated. It allows formodularity as describedpreviously, but with the additionof special anti-seizing grease.It also enable easier assemblyand disassembly of the motorfrom the reduction unit. Even

the influence of the reduction unit-motor shaft screwis reduced and any misalignments under loadconditions are better tolerated.

Rotating seals, lubricationOne of the anomalies most often cited is the leakageof oil through the input shaft seal. This may not seemimportant, but if often negatively affects other goodfeatures of the reduction unit, as it can mean downtime or the destruction of the reduction unit due toa lack of lubricant.We have sought to improve this situation by positioningthe seal in a point that on first examination may seemto difficult to access (Fig. 3), however it ensures abetter lubrication of the sliding lip and thus a longerlife.

Position of rotating seal on input shaftThe seal diameters are the lowest with respect toother possible positions of the seal. The peripheralsliding speeds are reduced and hence life is extended.The heat source of the electric motor is further away,and the protection from external pollution to the sealzone is better. These, too, are factors that increaseoperating hours before the seal is to be replaced. Thereduction units can be equipped with a breather plugin all assembly positions. This offers considerableaid in improving the life of the rotating seals becausethe internal overpressure stemming from the reductionin lubricant disappears and reduces the operating

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mento nella vite del riduttore;dopo un certo periodo di temporisulta praticamente impossibiledisimpegnare il motore dal ri-duttore senza danneggiare laflangia o l’albero; per ovviare aquesto problema, in genere siapplicano dei giunti esterni a dentiche permettono uno smontaggiodel motore dal riduttore più age-vole ma con conseguenti mag-giorazioni di costo e di ingombro.Nel nostro caso viene integratoil giunto scanalato di accoppia-mento (Fig.2) che permette la modularità, come primadescritto, ma anche, con l’aggiunta di un grasso antiseizingappositamente scelto, la facilità di montaggio e smontaggiodel motore dal riduttore; anche l’influenza relativa viteriduttore-albero motore risulta ridotta ed eventuali disal-lineamenti sotto carico sono meglio tollerati.

Tenute rotanti, lubrificazioneUna delle anomalie segnalata con maggior frequenza ècostituita dalle perdite di olio attraverso l’anello di tenutadell’albero veloce; questo difetto apparentemente poco-rilevante, spesso mette in ombra qualunque altra buonacaratteristica del riduttore in quanto si traduce in fermimacchina o addirittura distruzione del riduttore permancanza di lubrificazione.Abbiamo voluto migliorare questa situazione posizionandol’anello di tenuta in un punto che,se pur ad un primosguardo può risultare poco accessibile (Fig. 3), assicurauna migliore lubrificazione del labbro strisciante e quindiuna maggiore durata.

Posizione anello di tenuta rotante su albero veloceI diametri di tenuta sono più bassi rispetto ad altre possibiliposizioni dell’anello stesso; le velocità periferiche distrisciamento sono ridotte e quindi la durata è più alta;la sorgente di calore motore elettrico è più lontana edanche la protezione dall’inquinamento esterno verso lazona di tenuta è migliore; anche questi sono fattori chene incrementano le ore di funzionamento prima di esserecostretti alla sostituzione dell’anello di tenuta. I riduttori

Fig. 3:

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potranno essere dotati ditappo di sfiato in tutte leposizioni di montaggio:questo offre notevole aiutoper migliorare la durata delletenute rotanti perchè scom-pare la sovrapressione internadovuta allo sbattimento dellubrificante e riduce la tem-peratura di regime.Anche questo fenomeno dellepressioni interne al riduttore durante il funzionamentoè stato particolarmente approfondito; è stata messa apunto una soluzione di coperchio laterale rotante che,data la sua intrinseca simmetria circolare, può essremontato in diverse posizioni angolari relative rispettoalla cassa; il coperchio rotante è dotato di un foro radialesu cui viene applicato il tappo di sfiato; in corrispondenzadi una qualunque posizione assunta dalla cassa multifis-saggio del riduttore, il coperchio laterale può essereruotato in modo da posizionare il tappo di sfiato nellaposizione di massima altezza e svolgere così la suafunzione di annullare le sovrapressioni interne.I lubrificanti sintetici a base poliglicole sono chimicamenteaggressivi verso le mescole costituenti gli anelli di tenutarotante; in collaborazione con la Soc. Freundenberg econ tests specifici svolti in collaborazione è stata indivi-duata una precisa soluzione particolarmente resistentenel tempo a questi deterioramenti.

Geometria dentature su stadi a vite senza fine.Punti di vista finora considerati nella progettazionedi dentature a vite senza fineAlla progettazione di dentature a vite senza fine normal-mente non viene data un’importanza molto significativa,di regola si basa sull’esperienza del costruttore, il qualeinterpreta le geometrie di dentature in base agli utensili(moduli) già a sua disposizione e prendendo in conside-razione che una vite senza fine deve essere impiegatapossibilmente per più di un rapporto ed interassi.In questo caso la geometria delle ruote viene adeguataa queste viti senza fine applicando lo spostamento delprofilo x2. Una procedura di questo tipo è descritta nelpunto /1/. Il risultato che si ottiene con questa procedura

temperature.The pressures occurringinside the reduction unitduring operation was givenparticular attention. Thesolution was to apply arotating side cover, whichcan be fitted in differentangular positions with

respect to the casing; therotating cover has a radial

hole to fix the breather plug; at any position of themulti-fixing casing of the reduction unit, the sidecover can be rotated in order to position the breatherplug in the highest position so it can carry out itsfunction of neutralizing the internal overpressures.Polyglycol-based synthetic lubricants are chemicallyaggressive on compounds composing the rotatingseals. Working with the Freundenberg Company inperforming special tests Bonfiglioli came up a solutionto effectively combat deterioration over time.

Toothing geometries on worm stages.Considerations made to date on worm toothingdesignThe design of worm toothing is not usually attributeda great deal of importance. Normally, it is besed onthe experience of the manufacturer, who interpretsthe toothing geometries according to the tools(modules) he has available. He also takes into accountthat aworm screw may be used for more than oneratio and distance between centres.Here, the geometryof the wheels is adapted to these worm screws byshifting the profile x2 as described in point /1/. Thisprocedure results in a toothing that can be used,however one unsuitable for the loads applied. In thiscase, there is a possibility of optimizing and increasingthe power. For the new “W” series a differentprocedure was used to obtain a potentially higherresistance and efficiency.

Optimized designThe new project for worm toothing took intoconsideration that each distance between centres and

Fig. 4: parametri adimensionali pm*, h* e s* in base a /1/ in relazione allospostamento del profilo x2 per la serie W63 (a=63 mm, i=30)

Fig. 4: adimensional parameters pm*, h* and s* based on /1/ in relationto the shifting of the profile x2 for the W63 series (h=633 mm, i=30)

each ratio is besed on anoptimum geometry thaty i e l d s a m a x i m u mresistance while grantingimproved efficiency. Thisoptimization was carriedout in collaboration withthe institute for gearresearch and reduction unitconstruction (FZG) - TU

Munich.A worm toothing project such

as this uses the adimensional parameters pm* forthe average pressure on the sides, h* for the thicknessof the slot, and s* for the average value of the slidingtrack according to DIN 3996 method B/2/. Thesereference parameters do not depend on size, load orlubricant and therefore are related only to thegeometry of the toothing used. How these parametershave been derived is illustrated in points /3/ and /4/.The objective of the new project was to obtain foreach toothing geometry the lowest couplingparameters possible and the highest parameterspossible on the thickness of the slot. To this end,studies were performed on parameters where theseparate geometry values (module, diameter of wormscrew, shifting of profile, etc.) were submitted tovariations for each distance between centres andeach reduction ratio.This procedure is described in detail based on theexample of the W63 series of reduction units and theparameter x2 (see Fig.4).This figure shows that in terms of the example, withthe ratio i=30, the slot height increases as the profileshift on the wheel increases, while the parameter forthe average sliding track decreases.The pressure parameter in this example shows aminimum profile shift x2=0.35. For reduction unitswith small ratios the pressure parameter must beconsidered a deciding factor. For reduction unitswith large ratios, however, the slot height parametertakes on more significance. Determining toothinggeometry based on this variation of parameters ascompared with standard projects has led to more

è una dentatura utilizzabilema non del tipo adatto peri carichi da applicare, inquesto caso esiste unapossibilità di ottimizzazionee di un aumento della po-tenza. Nell’ambito dellanuova serie “W”, per ot-tenere una resistenza e unrendimento possibilmentepiù elevati, ci si è perciò at-tenuti ad una procedura di-versa.

Progettazione ottimizzataIl nuovo progetto per le dentature a vite senza fine è statoeseguito in base al criterio che ogni interasse e ognirapporto si basi su una geometria ottimale che permettedi ottenere una resistenza massima avendo contempora-neamente un rendimento elevato. Questa ottimizzazioneè stata effettuata in collaborazione con l’ente di ricercaper ingranaggi e costruzioni di riduttori (FZG) - TUMünchen.Per un progetto di questo tipo di dentatura per viti senzafine ben si prestano i parametri adimensionali pm* perla pressione sui fianchi media, h* per lo spessore delmeato e s* per la pista di scorrimento media secondoDIN 3996 metodo B /2/. Questi parametri di riferimentonon dipendono dalla grandezza, dal carico e dal lubrificantee perciò sono legati solamente alla geometria delladentatura impiegata. La derivazione di questi parametriviene illustrata nei punti /3/ e /4/. L’obiettivo del nuovoprogetto era di ottenere per ogni geometria di dentaturaparametri di accoppiamento il più bassi possibile eparametri relativi allo spessore del meato il più altipossibile. A tale scopo sono stati effettuati degli studirelativi ai parametri nei quali sono state sottoposte avariazioni le singole quote della geometria (modulo,diametro della vite senza fine, spostamento del profilo,ecc.) per ogni interasse e per ogni rapporto di riduzione.Questo tipo di procedimento viene illustrato più detta-gliatamente in base all’esempio della serie di riduttoriW63 e del parametro x2 (vedi fig. 4).Da questa figura risulta che, per quanto riguarda l’esempio

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Fig. 5: parametri fisici della serie W63 i=30: Confronto del nuovoprogetto con il progetto tradizionale.

Fig. 5: Physical parameters of the W63 series i=30: Comparisonof the new project with the traditional project.

in oggetto, con ilrapporto i=30 ilparametro del-l’altezza delmeato aumentacon l’aumentaredello sposta-mento del profilosulla ruota, ilparametro per lapista di scorri-mento mediadiminuisce. Ilparametro dipressione inquesto esempiodimostra un minimodi spostamento del profilo x2=0,35. Per riduttori conpiccoli rapporti il parametro di pressione deve essereconsiderato come determinante, per riduttori con grandirapporti invece è il parametro dell’altezza del meato cheacquista sempre maggior significato. Determinare lageometria della dentatura in base a questa variazione diparametri, rispetto ai progetti abiyuali, ha portato nelnuovo progetto a parametri più favorevoli dal 10 al 20%(vedi fig. 5).Ciò significa che per il nuovo progetto ci si possonoaspettare una maggior resistenza e rendimenti favorevoliin modo che inmolti casi di ap-plicazione èpossibile utiliz-zare una gran-dezza più pic-cola.

Resistenza erendimentoUtilizzando iparametri fisici aquesto punto èpossibile calco-lare per ogni tipodi impiego la ri-

advantageousparameters inthe new projectby 10-20% (seeFig. 5).Th i s meansthat for the newproject we canexpect betterresistance andi m p r o v e defficiencies sothat in manyc a s e s t h esmallest sizecan be used for

application.

Resistance and efficiencyUsing the physical parameters at this point makes itpossible to calculate the respective resistance andefficiency for any use.These measurements have been defined here for thefirst time on the basis of standard DIN 3996/1, giventhat it verifies the resistance using different criteria(wear, indentations, breakage of teeth, etc.), and alsoestablishes the basis for the future internationalstandard ISO 14521/5. A comparison of the safety

fac tor s ande f f i c i e n c yv a l u e scalculated ina c c o r d a n c ewith DIN 3996between pre-e x i s t i n gprojects andnew projectsconfirms thei n c re a s e i nr e s i s t a n c ea n d a nimprovement inefficiency.

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Fig. 10: rilievo potenza sonora in sala semianecoica Bonfiglioli Riduttori.Fig. 10: Sound power reading in Bonfigloli Riduttori semi-anechoic chamber

Prova dinamica a banco freno.Dynamic test wiht brake

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Guarantee of the resistance and efficiency levelscalculated by means of testsThe catalogue torque values calculated on the basisof DIN3996 were verified in a series of strenuoustests with complete reduction units and gearmotors.The catalogue torque values for the new seriescalculated by Bonfiglioli Riduttori on the basis ofDin3996 were verified in a series of strenuous testswith complete reduction units and gearmotors.These tests were performed in very realistic conditionson test benches for worm reduction units controlledby computer. They included experiences with cyclicalload, repeated start-up, inversion of rotation direction,as well as a series of tests with several worm reductionunits connected in a kinematic chain. In addition,duration tests were carried out with torque and rpmstable in order to approve theoretically calculatedpower increases, as well as the improved efficiencies.All tests performed to compare the new series ofworm reduction units with common reduction unitsresulted in better operation for the worm reductionunits.The output torque and efficiency values calculatedare presently undergoing testing at the institute forgear research and reduction unit construction (FZG)Tu Munich. The initial results confirm a higherresistance and efficiency.Prototype reduction units were tested at the

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spettiva resistenza e il rendimento. La definizione diqueste misure è stata effettuata qui per la prima voltain base alla norma DIN 3996/1, visto che da una parteverifica la resistenza in base a diversi criteri (usuracave, rottura dente, ecc.) e dall’altra parte stabiliscela base per la futura norma internazionale ISO14521/5. Un confronto dei fattori di sicurezza e deirendimenti calcolati in base alla DIN 3996 tra iprogetti già esistenti e i nuovi progetti confermal’aumento della resistenza prevista così come rendi-menti migliorati.

Assicurazione delle resistenze e rendimenti calcolatia mezzo proveLe coppie a catalogo calcolate in base alla DIN 3996sono state verificate in serie di prove impegnativecon riduttori e motoriduttori completi.Le coppie a catalogo della nuova serie calcolate inbase alla DIN 3996 presso il laboratorio della Bonfi-glioli Riduttori sono state verificate in serie di proveimpegnative con riduttori e motoriduttori completi.I riduttori, allo stadio di prototipo, sono stati testatinel Reparto Esperienze della Bonfiglioli Riduttori.Con banchi freno a polveri magnetiche di adeguatecaratteristiche e controllati da computer sono statecondotte le prove di qualificazioni per definire imiglioramenti nel rendimento e nelle temperaturemedie a diverse velocità di funzionamento.

Fori per scarico acqua. Evitano il ristagno dopo il lavaggio.Through holes facilitate discharge of water after wash-down.

Vite senza fine in acciaio cementato e temperato. Dentatura rettificata.Wormshaft from hardened steel, ground finisched on tooth profile.

Accoppiamento con vasto range di motori di motori.Disponibili anche in esecuzione integrata.

Broad range of motor options.Compact style also available.

Carcassa interamente in Alluminio.Itegral Aluminium gearcase.

Coperchio girevole con tappo di sfiato integrale (patent pending).Vented side cover adjusts to any mounting position (patent pending).

Experimental Department of Bonfiglioli Riduttori.With computer-controlled brake test benches usingmagnetic powder, tests were made to define theimprovements in ef f ic iency and averagetemperatures at different operating speeds.Other comparative tests of a longer duration wereconducted at constant torque and rpm to quantifythe gains in terms of duration. The test bench,monitored in real time, revealed consistentlyimproved performance of the new optimizedsolution compared to the traditional solution usedin the past.The resistance of the mesh at torque peaks wasverified with dynamic load cycles with frequentstarts-stops and inversion in the rotation direction(every 30 seconds) with high inertia applied atthe reduction unit output. This made it possibleto control all teh connections of torquetransmission along the kinematic chain of thereduction units.

Noise levels: the input helical gears stageWorm reduction units usually feature silentoperation. Problems of noise arise in the versionthat has a helical gear pair at the input. Toimprove the noise level, the electric motor wasconnected to the input pinion without any riskof damange to the toothing. The pinion isusually supported by two bearings that guarantealignment in the reduction unit, unlike more

economical solutions usedin the past that did notguarantee precise mounting.T h e g e a r s a r e i ncasehardened steel and fittedwith profile correctionsnecessary for reducingnoise. All casting parts thataccommodate the bearingswere verified with FEMcalculations (Fig. 9) toconfirm the deflection andmisalignment under loadconditions that could affect

Altre prove comparative di lunga durata sono state condottea coppia e giri costanti per quantificare i guadagni, intermini di durata; il banco prova, monitorato in temporeale, ha evidenziato performances costantemente migliori,per tutta la durata del test, della nuova soluzione ottimizzatarispetto a quella tradizionale precedente.La resistenza dell’ingranamento ai picchi di coppia è stataverificata con cicli di carico dinamici con frequentipartenze-arresti e inversione del senso di rotazione (ogni30 sec.) con alte inerzie applicate all’uscita dei riduttori;in questo modo sono stati controllati anche tutti i colle-gamenti di trasmissione di coppia lungo la catena cine-matica dei motoriduttori.Inoltre sono state effettuate delle prove di durata concoppia e numero di giri stabili in modo da poter approvaregli aumenti di potenza teoricamente calcolati e i rendimentimigliorati. Da tutte queste prove, confrontando la nuovaserie di riduttori con vite senza fine con riduttori comuni,risultava sempre un comportamento migliore durante ilfunzionamento. Le coppie in uscita e i rendimenti calcolativengono attualmente provati presso l’ente per ricerchesu ingranaggi e costruzioni di riduttori (FZG) TU Münchennel corso di alcune serie di prove. I primi risultati confer-mano un aumento della resistenza e rendimenti più elevati.

Rumorosità: stadio di ingranaggi elicoidali di ingressoIl vite senza fine è, generalmente, un tipo di riduttoresilenzioso; i problemi di rumorosità sorgono nella versioneche presenta un precoppia di ingranaggi elicoidali in ingresso.Si è voluto migliorare questo aspetto prevedendo di collegareil motore elettrico al pignone di in-gresso senza correre alcun rischio diapportare danneggiamenti alle den-tature; il pignone è normalmentesupportato da due cuscinetti che ga-rantiscono l’allineamento nel riduttorea differenza di soluzioni più econo-miche precedentemente utilizzate chenon garantivano un montaggio pre-ciso.Gli ingranaggi sono in acciaio ce-mentato e dotati delle correzioni diprofilo necessarie per ridurre la ru-morosità. Tutte le parti di fusione che

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gear toothing. The thickness and distributionof the material were optimized to reduce theeffects of loads transmitted on the meshprecision and thus on the noise level.During the optimization stages, comparativesound power readings were made in teh semi-anechoic chamber at the Experimental Dept.of Bonfiglioli Ridutori. (Fig. 6).

Bearing size and selection: controlled angularbacklashThe axial shift of the screw with respect to theinternal ring that could compromise thefeatures of the 4-contact bearing is eliminatedby means of an interference fit of the insidetrack on the screw and with the application(again for interference) of an additional ringthat aids in supporting the axial loads as aresult of friction.

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integrano le sedi dei cuscinetti sono state verificate concalcoli FEM per verificare la deformabilità ed i disallinea-menti sotto carico che possono intervenire sulle dentature;gli spessori e la distribuzione del materiale sono statiottimizzati per ridurre gli effetti dei carichi trasmessi sullaprecisione di ingranamento e, quindi, sulla rumorosità. Nelcorso delle varie ottimizzazioni praticate sono stati effettuatirilievi di potenza sonora a confronto nella sala semianecoicadisponibile presso il Reparto Esperienze della BonfiglioliRiduttori. (Fig. 6)

Dimensionamento e scelta dei cuscinetti: giochi angolaricontrollatiIl possibile spostamento assiale della vite rispetto all’anellointerno che vanificherebbe le buone caratteristiche delcuscinetto a 4 contatti, viene annullato mediante un mon-taggio ad interferenza della pista interna sulla vite e conl’applicazione, sempre per interferenza, di un ulteriore anelloche, per attrito, contribuisce a sopportare il carico assiale.