Meccanica - indice rotismi
Rotismi
Ingranaggio ruota dentata - vite senza fine

Questo ingranaggio è costituito da una ruota dentata cilindrica con denti diritti o elicoidali, generalmente l'elemento condotto, che ingrana su una vite senza fine, il movente. Si tratta infatti di uno dei vari modi per far passare il moto rotatorio tra due alberi non concorrenti e ortogonali fra loro.

Normalmente in un rotismo in cui sia presente un ingranaggio di questo tipo l'elemento movente e quello condotto non sono assolutamente scambiabili di ruolo ovvero, in altre parole, la condizione di reversibilità non è soddisfatta. Così, il fatto che sotto questa condizione sia sempre possibile mettere in moto la ruota dentata ruotando la vite senza fine ma non effettuare l'operazione opposta, fa di questo ingranaggio riduttore un organo già di per sé dotato di un efficace sistema di sicurezza e per questo molto utilizzato sia da solo che nel contesto di un rotismo più complesso.

La non reciprocità all'inversione di ruolo tra movente e cedente è giustificata dal fatto che nel rotismo la forza che la ruota dentata esercita sulla vite produce su di essa un momento non in grado di dar vita ad alcuna rotazione (ma capace solo di schiacciare l'albero movente contro i montanti di sostegno, sollecitando la struttura che deve quindi essere ben dimensionata). Gli ingranaggi ad alberi sghembi, come quello a vite senza fine, sono infatti meno efficienti di quelli ad alberi paralleli, perché oltre al normale movimento di scorrimento dei profili dei denti dell'ingranaggio si aggiunge anche uno strisciamento laterale con contatto puntuale e non lineare tra i denti. Ciò comporta una maggiore concentrazione dello sforzo al livello dei denti (essi devono quindi essere più robusti, cioè avere un ingombro maggiore, e per questo motivo gli ingranaggi a dentatura elicoidale tra alberi sghembi non vengono mai usati quando la forza che dev'essere trasmessa è assai elevata) e rendimenti di trasmissione molto bassi causati da un moto con notevole strisciamento interno. Infatti, mentre nei rotismi ad alberi paralleli la perdita per attrito in ciascun accoppiamento raramente supera il 5% della forza trasmessa (e negli ingranaggi a denti elicoidali tale perdita può ridursi addirittura all'1%), invece negli ingranaggi a vite le perdite per strisciamento risultano invece essere molto elevate, con punte perfino del 75%.

Per la verità va detto che esistono anche soluzioni particolari con la vite senza fine come organo condotto e la ruota dentata come movente. Ciò si verifica quando l'efficienza dell'accoppiamento di una ruota dentata con una vite senza fine supera il 50%. Ne segue quindi a rigore che anche un simile accoppiamento è reversibile, anche se nella stragrande maggioranza dei casi ciò non si verifica.

Un simile ingranaggio si trova, per esempio, in alcune gru, dato che permette di operare in sicurezza con il carico sollevato anche a motore fermo, essendo impedita dall'ingranaggio la ridiscesa al suolo della massa sospesa ad opera della propria forza peso. Quando infatti sono presenti in una macchina dei rotismi più o meno complessi non è cosa troppo remota il possibile verificarsi della rottura per fatica o per altre cause di uno o più denti. Se ciò accadesse ad esempio agli ingranaggi di una gru quando ai suoi cavi si trova sospeso un carico di svariate tonnellate, la presenza solo di una semplice demoltiplica tra il pignone collegato al motore e il verricello porterebbe alla rovinosa discesa del carico e questo perché la demoltiplica ammette lo scambio di ruolo tra movente e cedente. Ciò invece non accadrebbe con l'accoppiamento ruota dentata vite senza fine a livello del verricello in seguito alla rottura di una qualsiasi ruota dell'ingranaggio prima di quella collegata alla vite. È chiaro però che il carico cadrebbe ugualmente al suolo se a rompersi fosse la vite o la ruota che ingrana con essa, quindi anche questo particolare rotismo ha per lo meno un punto debole, ma d'altro canto si ha certamente più sicurezza di una demoltiplica, perché qui c'è un solo accoppiamento "critico" a differenza di tutti quelli del riduttore a ruote dentate.

Tuttavia non è solo questo il motivo che giustifica l'enorme diffusione di questo particolare rotismo, ma ci sono altri fattori più importanti dal punto di vista specificatamente meccanico. In primo luogo il fatto che questo rotismo è una scelta obbligata (senza ricorrere a trasmissioni a cinghia) quando si debba trasferire il moto tra alberi sghembi, soluzione questa che libera il motore da avere la stessa direzione degli assi che costituiscono la demoltiplica generalmente sempre precede il verricello. Inoltre il maggiore grado di precisione per questo tipo di ingranaggi con cui si fanno combaciare i profili dei denti, soprattutto se elicoidali, fa sì che essi risultino capaci di sopportare coefficienti di carico superiori a quelli delle ruote a dentatura diritta e che siano meno rumorosi. Il rumore infatti è sinonimo di vibrazione, cosa da ridurre al massimo in meccanica, perché principale causa di rottura dei componenti sotto sforzo.