Giunti meccanici, collegamento tra alberi di trasmissione
Giunti rigidi e deformabili, mobili, a denti e cardanico
Gerolamo Cardano è stato un medico, matematico, filosofo, astrologo e accademico italiano. Poliedrica figura del Rinascimento italiano, è noto anche come Girolamo Cardano e con il nome in latino Hieronymus Cardanus. Riconosciuto come il fondatore principale della probabilità, coefficiente binomiale e teorema binomiale, a lui si deve anche la parziale invenzione della serratura, della sospensione cardanica, che permette il moto libero, ad esempio, delle bussole nautiche ed è alla base del funzionamento del giroscopio e della riscoperta del giunto cardanico. – tratto da Gerolamo Cardano mistero e scienza nel Cinquecento – edizione Camunia
L’albero o giunto cardanico è l’applicazione meccanica più conosciuta e diffusa nei contesti dove la trasmissione di una coppia, di una forza, avviene con difficoltà.
I giunti meccanici sono membri cinematici che collegano due alberi in modo permanente; il primo è l’albero motore, che possiede la forza proveniente dalla macchina motrice, l’altro è il condotto, che riceve questa forza a favore della macchina operatrice.
I giunti meccanici permettono di correggere i probabili e frequenti disallineamenti tra gli assi degli alberi; raramente è possibile ottenere una perfetta coassialità e distanza tra gli alberi in sede di montaggio.
Scelta e dimensionamento
La scelta dei giunti meccanici dipende dal tipo di disallineamento che deve supportare, mentre il dimensionamento dipende dalla quantità, dalla velocità e dal tipo di forza che deve trasmettere. La coppia nominale da catalogo si determina dal fattore di servizio:
Giunti rigidi
Nella situazione ideale di montaggio della macchina motrice accoppiata alla macchina operatrice o condotta, gli assi sono coassiali e alla giusta distanza quindi è possibili usare un giunto rigido; il più usato è il giunto a dischi, composto di due dischi rigidi calettati sui rispettivi alberi (sistema chiavetta / linguetta) e uniti tra loro da semplici bulloni.
I vantaggi e le peculiarità di questa soluzione sono notevoli:
- nessun disallineamento
- economico
- facile da realizzare
- pratico
- adatto a piccole e medie coppie
- trasmissione per attrito / ostacolo (chiavetta / linguetta)
Giunti deformabili
Nella maggior parte delle situazioni di montaggio, non prevedibili con esattezza in sede di progetto dal punto di vista della coassialità e distanza, esiste un disallineamento da compensare col giunto.
Esistono due tipi di giunti deformabili:
Torsionalmente rigidi
dove la rotazione dell’albero motore è replicata esattamente sull’albero condotto, in altre parole non produce nessun grado di rotazione relativa tra i due assi:
Giunto a lamelle
- semplice
- economico
- facile da realizzare
Giunto a elica
- materiali speciali
- pezzo unico
- complesso da realizzare
- costoso
Giunto a soffietto
- materiali speciali
- assemblato in tre parti
- complesso da realizzare
- costoso
Giunto a catena
- semplice
- economico
- facile da realizzare
Torsionalmente cedevoli
dove la rotazione dell’albero motore non è replicata esattamente sull’albero condotto, ma in certi momenti c’è un angolo di rotazione relativa tra i due assi. C’è sempre un elemento elastico interposto tra due elementi rigidi.
Il vantaggio di questi giunti meccanici è la capacità di assorbire e rilasciare gradualmente brusche rotazioni e coppie di picco dell’albero motore a protezione della macchina operatrice:
Giunto a molle periferiche
- semplice
- economico
- facile da realizzare (acciaio armonico per molle)
- compatto
- adatto al settore automotive, frizioni parastrappi
Giunto a pioli
- semplice
- economico
- facile da realizzare (rivestimento dei pioli in gomma)
- isolamento elettrico
- adatto ai motori elettrici per l’azionamento di pompe liquidi e turbine, alternatori per la produzione di corrente elettrica
Giunto a griglia o nastro “Bibby”
- complesso
- costoso
- compatto
- adatto alla trasmissione di coppie elevate
Giunto a boccole di compressione “Rotex”
- semplice
- economico
- compatto
- diffuso in molte applicazioni industriali
Giunto a deformazione periferica “Periflex”
- semplice
- economico
- compatto
Giunti mobili
Quando tra gli assi ci sono importanti spostamenti relativi durante il funzionamento non si parla di disallineamenti, ma di un comportamento previsto in sede di progetto.
Tipicamente, si tratta di notevoli e frequenti allontanamenti o avvicinamenti di misure variabili tra l’albero motore e l’albero condotto:
Giunto “Oldham”
- semplice
- economico
- facile da realizzare
- compatto
- adatto al settore automotive
Giunto a denti
- semplice
- economico
- compatto
- diffuso in molte applicazioni industriali
Giunto omocinetico “Rzeppa”
Un giunto omocinetico è un qualunque dispositivo di trasmissione del moto rotatorio tra due alberi (o altri elementi rotanti) che mantenga costante nel tempo, cioè indipendente dall’angolo di rotazione dell’albero, il rapporto di trasmissione. Il rapporto di trasmissione è definito come:
t (tau) = ω 2 / ω 1
dove ω 2 e ω 1 sono, rispettivamente, la velocità angolare in uscita e quella in ingresso. In pratica, la velocità angolare dei due alberi collegati risulta proporzionale secondo t istante per istante.
- complesso
- costoso
- compatto
- performante
- adatto al settore automotive, sull’asse delle ruote sterzanti
Giunto di Cardano o cardanico
Il giunto di Cardano può essere singolo, quindi compensa un disallineamento angolare, oppure doppio quindi compensa anche la mancanza di parallelismo, infine scanalato o telescopico con un accoppiamento di tipo prismatico compensa una notevole distanza tra gli alberi, quindi anche disallineamento assiale.
- complesso
- costoso
- performante
- adatto al settore agricolo
