Tipi di accoppiamento comuni e selezione: Guida essenziale

Esistono molti tipi di giunti. A seconda che contengano o meno elementi elastici al loro interno, possono essere suddivisi in giunti elastici e giunti rigidi. I giunti rigidi sono ulteriormente suddivisi in giunti rigidi fissi e giunti rigidi mobili in base alle loro caratteristiche strutturali.

A causa dei requisiti strutturali della macchina, degli errori di produzione e installazione, delle variazioni della temperatura di lavoro e della deformazione dopo il carico, spesso non è possibile garantire l'allineamento dei due alberi collegati dal giunto, con conseguente spostamento relativo entro un certo intervallo, come mostrato nella Figura 1.

a) Spostamento assiale
b) Spostamento radiale
c) Spostamento angolare
d) Spostamento completo

Se questi spostamenti non vengono compensati, si generano carichi aggiuntivi sul giunto, sugli alberi e sui cuscinetti, che possono anche causare forti vibrazioni. Pertanto, questi fattori devono essere considerati in modo completo quando si sceglie il tipo di giunto.

I. Caratteristiche e applicazioni dei giunti comuni

1. Giunto rigido fisso

Questo tipo di giunto ha una struttura semplice, un basso costo, nessuna prestazione di compensazione, non può tamponare e ridurre le vibrazioni e richiede un'elevata precisione di installazione dei due alberi. Questo tipo di giunto viene spesso utilizzato in condizioni di vibrazioni molto ridotte, collegando due alberi con velocità medio-alta e bassa rigidità che richiedono un elevato allineamento. Le caratteristiche e le applicazioni dei giunti rigidi fissi comunemente utilizzati sono riportate nella Tabella 1.

Tabella 1 Tipi, caratteristiche e applicazioni dei giunti rigidi fissi più comuni

Accoppiamento a flangia Tipo GY Tipo GYS Facile da usare e da mantenere, buona rigidità ed elevata capacità di carico. Quando la precisione di allineamento dei due alberi non è elevata, il carico dinamico aggiuntivo è elevato. Se prodotto con alta precisione, può essere utilizzato per la trasmissione ad alta velocità. Esistono due forme: Tipo GY (collegato e allineato con bulloni alesati) e tipo GYS (collegato con bulloni ordinari e allineato con le superfici convesse e concave della faccia terminale del semigiunto).

Accoppiamento a manicotto Dimensioni radiali ridotte, richiede un'ampia distanza di movimento assiale durante il montaggio e lo smontaggio, adatto a occasioni in cui i due alberi possono essere rigorosamente allineati, il carico non è elevato e relativamente stabile e l'accoppiamento richiede dimensioni radiali ridotte. Inoltre, può essere utilizzato come giunto di sicurezza.

2. Giunto rigido mobile

Questo tipo di giunto utilizza i propri elementi relativamente mobili o spazi vuoti per consentire un certo spostamento relativo tra i due alberi collegati, fornendo una certa capacità di compensazione dello spostamento. Le sue caratteristiche e applicazioni sono illustrate nella Tabella 2.

Tabella 2 Tipi, caratteristiche e applicazioni dei più comuni giunti rigidi mobili

Accoppiamento a ingranaggi Elevata capacità di carico, funzionamento affidabile, con una piccola capacità di compensazione completa dello spostamento, bassi requisiti di precisione dell'installazione, ma struttura complessa, costi di produzione elevati, rumore e impossibilità di tamponare e ridurre le vibrazioni. Adatto a macchinari pesanti con frequenti avviamenti e frequenti operazioni di avanti/indietro.

Accoppiamento trasversale Struttura semplice, dimensioni radiali ridotte, in grado di compensare lo spostamento radiale e angolare. Utilizzato principalmente in occasioni con funzionamento stabile, bassa velocità, coppia elevata e impatto ridotto.

Accoppiamento universale Dimensioni radiali ridotte, struttura compatta. Utilizzati principalmente per trasmissioni con un grande angolo tra due alberi (α<45°) o un grande spostamento angolare durante il funzionamento. Per evitare carichi dinamici aggiuntivi, vengono spesso utilizzati in coppia.

Struttura semplice, leggerezza, funzionamento affidabile, facilità di montaggio e smontaggio, con una piccola compensazione dello spostamento relativo dei due alberi. Utilizzato in ambienti umidi, polverosi e ad alta temperatura, non è adatto ad avviamenti frequenti, a frequenti operazioni di avanti/indietro e a forti carichi d'urto e vibrazioni torsionali.

3. Accoppiamento elastico

Questo tipo di giunto è dotato di elementi elastici, che non solo possono compensare lo spostamento relativo tra i due alberi, ma hanno anche funzioni di tamponamento e di assorbimento delle vibrazioni. I materiali degli elementi elastici comprendono materiali non metallici (gomma, plastica, ecc.) e metallici (acciaio per molle).

Il primo è leggero e ha una forte capacità di tamponamento e di assorbimento delle vibrazioni, una struttura semplice e proprietà isolanti, ma è necessario prestare attenzione al controllo della temperatura di esercizio e all'esposizione alla luce solare, alla pioggia e al contatto con oli, acidi, alcali e solventi organici; il secondo ha un'elevata resistenza e una lunga durata, ma è costoso. Attualmente, i giunti elastici sono ampiamente utilizzati e le loro caratteristiche applicative sono riportate nella Tabella 3.

Tabella 3 Tipi, caratteristiche e applicazioni dei giunti elastici flessibili

Manicotto elastico Accoppiamento a perno Struttura semplice, facile da montare e smontare, con una certa capacità di compensare lo spostamento relativo tra gli alberi, in grado di tamponare e assorbire le vibrazioni, temperatura di esercizio da -20 a +70℃. Utilizzato per trasmissioni a media e alta velocità con frequenti avviamenti e inversioni di marcia di coppia media e piccola.

Accoppiamento a perno elastico Struttura semplice, facile da produrre e mantenere, temperatura di lavoro da -20 a +70℃. Adatto per trasmissioni a media e bassa velocità con avviamento e inversione frequenti di coppia maggiore.

Accoppiamento del pneumatico Struttura semplice, funzionamento affidabile, buona capacità di compensazione dello spostamento globale, forte riduzione delle vibrazioni. La temperatura di lavoro è compresa tra -20 e +80℃. Adatto ad ambienti umidi e polverosi, ad avviamenti e inversioni di marcia frequenti e ad occasioni di grande impatto, con una velocità del bordo esterno non superiore a 30m/s, ampiamente utilizzato nei macchinari di sollevamento.

Accoppiamento a membrana Struttura compatta, elevata resistenza, lunga durata, con caratteristiche di resistenza agli acidi, agli alcali e alla corrosione e senza necessità di lubrificazione. Può essere utilizzato in condizioni di alta temperatura, alta velocità e mezzi corrosivi, ampiamente utilizzato in varie trasmissioni meccaniche, temperatura di lavoro da -20 a +250℃.

II. Selezione dei giunti

La scelta dei tipi di accoppiamento deve concentrarsi sui seguenti aspetti:

• Le dimensioni e la natura del carico;
• La velocità dell'albero;
• L'entità e la natura dello spostamento relativo tra i due alberi;
• L'ambiente di lavoro e lo spazio consentito, ecc.

Ad esempio, per gli alberi a bassa velocità con carichi stabili, se la rigidità dell'albero è elevata e l'allineamento è rigoroso, si può scegliere un giunto rigido fisso in base alla Tabella 1; se la rigidità dell'albero è bassa e c'è uno spostamento relativo, si può scegliere un giunto rigido mobile in base alla Tabella 2; per gli alberi ad alta velocità con grandi urti e vibrazioni e spostamento relativo, si può scegliere un giunto elastico mobile in base alla Tabella 3; per due alberi con grandi spostamenti angolari, si deve scegliere un giunto universale. Per alberi con grandi carichi dinamici e velocità molto elevate, è necessario scegliere un giunto leggero con bassa inerzia rotazionale.

Dopo aver selezionato il tipo di giunto, è possibile ottenere la coppia calcolata Tc del giunto e selezionare il modello di giunto appropriato dalla norma in base al diametro dell'albero, alla coppia calcolata e alla velocità.

Esempio 16-1 Selezione dell'accoppiamento tra il motore e il riduttore in un mescolatore di sabbia. Data la potenza nominale del motore P=15kW, la velocità a pieno carico n=1460r/min, il diametro dell'albero motore d ₁ =42 mm, diametro dell'albero di ingresso del riduttore d ₂ =40 mm.

Soluzione:

1. Selezionare il tipo di accoppiamento

Considerando l'alta velocità dell'albero, la coppia moderata, l'avviamento frequente e lo spostamento relativo generale tra l'albero del motore e quello del riduttore, è stato scelto un giunto elastico a manicotto in base alla Tabella 3.

2. Selezionare il modello di accoppiamento

(1) Calcolare la coppia T_c

La variazione di coppia del miscelatore di sabbia è moderata, verificare il coefficiente delle condizioni di lavoro, prendere K=1,7, quindi

T_c=KT=1.7×9550P/n=1.7×9550×15/1460N·m=166.8N·m

(2) Selezionare il modello

In base alla norma GB/T 4323-2002, il modello di accoppiamento è stato selezionato come LT6 (il materiale del semiaccoppiamento è acciaio), in base alla norma GB/T 4323-2002:

• La coppia nominale T_n =250N-m>T_c ;
• La velocità consentita [n]=3800r/min>n, adatta.

Il semi-accoppiamento dell'estremità dell'albero del motore utilizza un foro dell'albero di tipo Y, con diametro del foro dell'albero d₁ =42mm, lunghezza del foro dell'albero L=112mm; il semi-accoppiamento dell'estremità dell'albero del riduttore utilizza un J₁ tipo di foro per l'albero, diametro del foro per l'albero d₂ =40 mm, lunghezza foro albero L₁ =84 mm. Il marchio di accoppiamento è:

LT6 Accoppiamento (Y42×112)/(J ₁ 40×84) GB/T 4323-2002