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Le applicazioni degli organi di trasmissione possono essere classificate in linea di massima in due gruppi.
Controllo di posizione e di movimento
Nel controllo di posizione e di movimento la rotazione viene trasmessa con estrema precisione e accuratezza. Per questo è necessario selezionare un tipo di organo di trasmissione che sia privo di gioco in direzione di rotazione e che disponga di un'elevata rigidità torsionale.
Applicazioni tipiche sono:
Servomotori o motori passo-passo per assi lineari, robot industriali, banchi di prova, ecc.
Trasmissione della coppia e della potenza
Nel caso della trasmissione della coppia e della potenza, in primo piano vi è la trasmissione della forza vera e propria. Per questo occorrono organi di trasmissione in grado di sopportare coppie elevate e carichi intensi nonché di funzionare con continuità in ambienti difficili.
Applicazioni tipiche sono:
impianti di convogliamento, pompe e agitatori, macchine per imballaggio, ecc.
Giunti a soffietto metallico e a elica
I giunti a soffietto metallico garantiscono un'elevata rigidità torsionale. Sono pertanto perfettamente adatti per cicli di movimento precisi e controllati.
I giunti a elica hanno una rigidità torsionale inferiore rispetto ai giunti a soffietto metallico, ma compensano sfalsamenti maggiori tra gli alberi.
Giunti a spina e a croce in elastomero
I giunti a spina in elastomero sono progettati per trasmettere coppie elevate e sono utilizzabili universalmente nel rispettivo ambito.
I giunti a croce in elastomero trasmettono invece coppie inferiori ma compensano sfalsamenti maggiori tra gli alberi.
Come tutti i componenti meccanici, anche gli alberi sono soggetti a tolleranze di produzione o di montaggio, che risultano di regola difficili da eliminare completamente se non con un elevato dispendio tecnico.
Se questi scostamenti vengono trascurati a livello costruttivo, ne conseguono vibrazioni, rumorosità, usura o danni agli alberi e ai relativi cuscinetti.
Organi di trasmissione adatti non sono solo in grado di compensare efficacemente sfalsamenti ed errori di movimento, semplificano anche in misura notevole il montaggio e riducono quindi il dispendio nel suo complesso.
Sfalsamenti ed errori di movimento degli alberi possono avere caratteristiche diverse e vanno senz'altro considerati in fase di selezione dell'organo di trasmissione idoneo.
Errori: Radiale
Gli assi degli alberi sono paralleli tra loro ma sono sfalsati radialmente e non sono allineati.
Errori: Angolare
Gli assi degli alberi non giacciono in un piano ma si intersecano con un determinato angolo.
Errori: Assiale
Gli alberi si spostano assialmente lungo l'asse di movimento.
Errori: Circolarità
Gli alberi si spostano radialmente in uscita dal centro dell'asse di movimento.
Per un montaggio semplice e sicuro del mozzo sullo stelo dell'albero occorre selezionare la corretta tipologia di fissaggio. Sono disponibili le seguenti tipologie di fissaggio del mozzo:
Mozzo elastico
Il fissaggio con mozzi elastici avviene esclusivamente ad accoppiamento di forza attraverso la riduzione dell'altezza della fessura per mezzo di viti cilindrica.
Il mozzo viene fissato, senza danneggiare la superficie degli alberi, in maniera semplice e sicura applicando una notevole forza di serraggio.
Prigioniero filettato
Il fissaggio con prigionieri filettati avviene radialmente e ad accoppiamento di forma o forza sulla superficie degli alberi.
La presenza di fori sul diametro di attacco consente di posizionare con precisione il mozzo. Al contempo si evitano danni nel punto di serraggio.
Combinazione con chiavetta
La combinazione di montaggio costituita da prigioniero filettato o mozzo e chiavette impedisce coppie di slittamento e assicura un posizionamento angolare preciso degli alberi.
Questa tipologia di fissaggio consente inoltre di garantire la massima trasmissione di coppia.
Per il corretto fissaggio dei mozzi occorre montare l'albero conformemente alla profondità di inserimento l2 raccomandata. La profondità di inserimento l2 è riportata nel foglio di normalizzazione del rispettivo organo di trasmissione.
Una profondità insufficiente può determinare la fuoriuscita dell'albero dall'organo di trasmissione o la rottura del giunto. Se l'albero invece viene inserito troppo in profondità, si possono avere problemi all'interno degli organi di trasmissione con conseguenti danni.
Come tutti i componenti meccanici, anche gli alberi sono soggetti a tolleranze di produzione o di montaggio, che risultano di regola difficili da eliminare completamente se non con un elevato dispendio tecnico. Gli organi di trasmissione sono in grado di compensare questi errori di allineamento e trasmettere comunque la coppia necessaria.
Se tali errori superano però i valori ammessi, si verificano vibrazioni che possono ridurre in poco tempo la durata dell'organo di trasmissione. Pertanto lo sfalsamento effettivo non può mai essere superiore ai valori ammessi così come indicati.
I valori di sfalsamento ammessi riportati nel foglio di normalizzazione tengono conto di errori di allineamento radiale, angolare o assiale. Nel caso di errori di allineamento combinati con due o più errori di altro tipo, ciascun valore ammesso si riduce della metà rispetto a quanto riportato nel foglio di normalizzazione.
In generale è consigliabile limitare gli errori di allineamento al massimo a un terzo del valore ammesso riportato nel foglio di normalizzazione. Infatti, gli errori di allineamento degli alberi si verificano non solo in fase di montaggio, ma spesso solo durante il funzionamento, ad esempio in conseguenza di vibrazioni, dilatazione termica o usura dei cuscinetti.
La coppia che l'organo di trasmissione è in grado di trasmettere in maniera continua. Questo valore tiene conto di fluttuazioni di carico durante il funzionamento, pertanto durante la scelta dell'organo di trasmissione non occorre ridurre la coppia nominale (ad eccezione dei giunti a croce). L'organo di trasmissione deve essere scelto in modo che la coppia di carico generata in funzionamento continuo non superi la coppia nominale.
La coppia che l'organo di trasmissione è in grado di trasmettere a breve termine.
La velocità massima dell'organo di trasmissione è stata calcolata sulla base della velocità tangenziale pari a 33 m/s. Test hanno confermato che a questa velocità l'organo di trasmissione non subisce danni.
Indica l'inerzia ovvero la resistenza alla rotazione dell'organo di trasmissione durante la rotazione intorno al proprio asse. Quanto minore è il momento d'inerzia, tanto inferiore sarà la coppia di carico in fase di avvio e arresto del motore.
La rigidità torsionale statica indica di quanti gradi ruota un organo di trasmissione a seconda della coppia immessa. Di regola la rigidità torsionale viene indicata in coppia per radiante (Nm/rad). Per semplificare la progettazione è possibile convertire la rigidità torsionale anche in gradi per Nm.
Si applica in questo caso:
2π rad = 360° → 1 rad = 360°/2π = 180°/π ≈ 57,3°
Esempio:
Organo di trasmissione con una rigidità torsionale di 500 Nm/rad = 500 Nm/57,3° → inverso 57,3°/500 Nm ≈ 0,1146°/1 Nm
La coppia di slittamento designa la coppia con cui l'albero inizia a fuoriuscire dal mozzo. Si presuppone in questo caso che il mozzo sia stato montato applicando la coppia di serraggio delle viti rispettivamente indicata.
Le coppie di slittamento riportate nella tabella si basano su diverse serie di prove. Sono state applicate una tolleranza per l'albero h7, una durezza per l'albero 34-40 HRC e la coppia di serraggio delle viti riportata nella tabella per il mozzo.
La coppia di carico deve essere prevista inferiore alla coppia di slittamento nell'organo di trasmissione. Si deve inoltre verificare che le coppie di slittamento riportate nella tabella siano inferiori ai valori massimi indicati per le coppie. Se non è indicata alcuna coppia di slittamento, è possibile raggiungere la coppia massima.
Dal momento che la coppia di slittamento varia a seconda delle condizioni di impiego, occorre testare l'idoneità dell'organo di trasmissione scelto in condizioni reali.
Se la temperatura ambiente è superiore a 30 °C, la coppia nominale e la coppia massima vanno adattate tenendo conto dei fattori di correzione della temperatura.
I grafici mostrano la variazione della rigidità torsionale statica all'interno dell'intervallo di temperature di esercizio ammesse supponendo che la rigidità torsionale statica sia pari al 100% a una temperatura di 20 °C. All'aumentare della temperatura diminuisce la rigidità torsionale degli organi di trasmissione.
In caso di montaggio delle estremità degli alberi in posizioni eccentriche, l'organo di trasmissione tenta continuamente di ritornare in posizione di riposo. La forza che agisce in questo caso viene detta forza di richiamo.
Riducendo al minimo l'eccentricità durante l'installazione degli organi di trasmissione, si hanno forze di richiamo meno consistenti.
Diminuisce inoltre la forza che agisce sul cuscinetto dell'albero.
I grafici mostrano la relazione tra la forza e l' eccentricità.
Se l'organo di trasmissione è soggetto a compressione in direzione assiale, quindi sotto carico, tenta di ritornare in posizione di riposo. La forza che contrasta la compressione è detta forza di richiamo.
Quanto minore è la compressione di un organo di trasmissione, tanto inferiore sarà la forza di richiamo nonché la forza che agisce assialmente. È un punto che va assolutamente considerato in fase di dimensionamento dell'organo di trasmissione.
I grafici mostrano la relazione tra la forza e la compressione.
