Una delle domande più frequenti nella scelta di un giunto Oldham è apparentemente semplice: qual è il disallineamento massimo che questo giunto può effettivamente sopportare? La risposta dipende dal tipo di disallineamento, dalla dimensione del giunto utilizzato, da come si definisce il termine "sopportabile" (se si intende la durata di un giro o di 10.000 ore) e se ci si riferisce al valore massimo possibile o al valore che ottimizza la durata di servizio. Questo articolo affronta tutte queste dimensioni, fornendo una guida pratica alle tolleranze, organizzata per dimensione del giunto e tipo di disallineamento.
I tre tipi di disallineamento dell'albero
Prima di parlare di cifre, è importante precisare i tre tipi distinti di disallineamento dell'albero che un giunto Oldham può presentare:
Offset laterale (parallelo) Si parla di disallineamento laterale quando i due assi degli alberi sono paralleli tra loro ma disallineati radialmente: puntano nella stessa direzione ma non coincidono. Questo è il tipo di disallineamento che il giunto Oldham è progettato per compensare ed è la forma più comune riscontrata nei collegamenti motore-macchina. Il disallineamento laterale viene misurato come la distanza perpendicolare tra i due assi degli alberi, in millimetri.
Disallineamento angolare Si parla di disallineamento angolare quando i due assi degli alberi non sono paralleli, ma convergono o divergono, incontrandosi in un punto (o apparendo incontrarsi se estesi). Il disallineamento angolare si misura in gradi come l'angolo tra i due assi degli alberi visti di lato. Il giunto Oldham ha una capacità angolare molto limitata e questo tipo di disallineamento deve essere corretto meccanicamente prima dell'installazione.
Disallineamento assiale Il gioco assiale (end-float) è la condizione in cui un albero si muove verso o lontano dall'altro lungo il proprio asse. Non si tratta di un disallineamento in senso posizionale, bensì di uno spostamento assiale che il giunto deve compensare senza trasmettere una forza assiale significativa ai cuscinetti. Il giunto Oldham ha una modesta capacità di gioco assiale, determinata dal gioco tra le superfici del disco e le superfici interne del mozzo.
Offset laterale: massimo nominale rispetto al funzionamento consigliato
I produttori specificano due valori di offset laterale che devono essere attentamente distinti:
IL offset nominale massimo è il massimo spostamento laterale al quale il giunto può funzionare senza guasti meccanici: il tenone non tocca il fondo della fessura, il disco non entra in contatto con le superfici del mozzo e le fessure del mozzo non vengono sovraccaricate. Il funzionamento al massimo offset nominale è tecnicamente consentito, ma comporta il massimo tasso di usura del disco, la massima generazione di calore e la minima durata di servizio.
IL offset operativo consigliato è l'offset al quale l'accoppiamento è progettato per garantire una buona durata di servizio nelle sue condizioni di velocità e coppia nominali. Questo valore è in genere compreso tra il 40 e il 60 percento del valore nominale massimo. Operare a un livello pari o inferiore a questo valore garantisce la massima durata del disco e lascia un margine per la dilatazione termica, la flessione del telaio e l'usura dei cuscinetti durante la vita utile della macchina.
Nella scelta di un giunto, lo spostamento laterale previsto per l'applicazione dovrebbe essere pari o inferiore al valore operativo raccomandato, non al valore nominale massimo. Questo è l'aspetto più comunemente frainteso delle specifiche di disallineamento dei giunti Oldham.
Capacità di spostamento laterale in base alla dimensione del giunto
| Diametro esterno del raccordo (mm) | Offset massimo nominale (mm) | Offset operativo consigliato (mm) | Intervallo di diametro tipico (mm) |
|---|---|---|---|
| 16–20 | 0,20–0,30 | 0,08–0,15 | 3–8 |
| 25–32 | 0,40–0,60 | 0,15–0,30 | 5–16 |
| 40–50 | 0,60–1,00 | 0,25–0,50 | 10–25 |
| 63–80 | 1,00–1,50 | 0,40–0,75 | 20–40 |
| 100–125 | 1,50–2,50 | 0,60–1,25 | 30–60 |
I valori riportati sono intervalli rappresentativi per i giunti Oldham standard con disco in polimero. Verificare sempre i dati con la scheda tecnica specifica del produttore del giunto in questione.
Disallineamento angolare: il limite massimo
I giunti Oldham sono costantemente classificati per un disallineamento angolare massimo di Da 0,5 a 1,0 gradi Questo vale praticamente per tutte le dimensioni e per tutti i produttori. Non si tratta di una linea guida flessibile, bensì di un limite meccanico invalicabile imposto dalla geometria dell'interfaccia tenone-incavo.
In presenza di disallineamento angolare, il disco non può scorrere agevolmente all'interno delle scanalature del mozzo per tutta la durata di una rotazione completa. In determinate posizioni di rotazione, un bordo del tenone entra in contatto con la parete della scanalatura prima del bordo opposto, creando una condizione di bloccaggio con un carico puntiforme concentrato anziché un contatto distribuito sulla superficie. Questo carico puntiforme è molte volte superiore alla normale sollecitazione di contatto distribuita a parità di coppia, causando un'usura rapida e asimmetrica del disco e generando carichi d'impatto intermittenti che vengono trasmessi ai cuscinetti dell'albero.
L'implicazione pratica è inequivocabile: Il disallineamento angolare deve essere corretto meccanicamente prima dell'installazione del giunto Oldham., non compensato dall'accoppiamento. Se la piastra di montaggio del motore non è perpendicolare all'asse dell'albero condotto, spessorare i piedini del motore fino a renderlo tale. Se la geometria del telaio di trasmissione rende ciò impossibile, l'accoppiamento Oldham non è il tipo di accoppiamento adatto all'applicazione: passare a un accoppiamento a soffietto o a trave, progettato per gestire il disallineamento angolare.
Capacità di galleggiamento assiale
La capacità di flottaggio assiale di un giunto Oldham è determinata dallo spazio tra le superfici del disco e le superfici interne del mozzo quando il giunto è installato nella sua posizione assiale nominale. La maggior parte dei giunti Oldham standard fornisce un flottaggio assiale nell'intervallo di da 0,5 a 2,0 mm a seconda delle dimensioni dell'accoppiamento.
Questo gioco assiale consente la dilatazione termica degli alberi durante il riscaldamento, piccoli spostamenti assiali nei cuscinetti del motore sotto carico e piccoli errori di posizionamento assiale durante l'installazione. Non consente spostamenti assiali prolungati: se un albero si sposta assialmente di un valore superiore al gioco disponibile, il disco entra in contatto con una superficie del mozzo e inizia a trasmettere una forza assiale al cuscinetto di quell'albero.
Per applicazioni con una significativa dilatazione assiale termica, come alberi lunghi con grandi differenze di temperatura o alberi in ambienti di processo ad alta temperatura, un giunto a soffietto offre una migliore flessibilità assiale. Per la maggior parte delle applicazioni con servomotori e motori passo-passo in cui il movimento assiale è ridotto, la capacità di flottaggio del giunto Oldham è più che sufficiente.
Come misurare con precisione lo spostamento laterale
Per una misurazione accurata dello spostamento laterale sono necessari un comparatore a quadrante e una superficie di riferimento pulita su ciascun albero. La procedura:
Metodo 1 — Misurazione diretta dell'eccentricità: Montare il comparatore a quadrante su una base magnetica fissata all'alloggiamento del cuscinetto dell'albero condotto. Posizionare la punta del comparatore contro la superficie dell'albero motore. Ruotare l'albero motore di 360 gradi mantenendo fermo l'albero condotto. Registrare la lettura totale del comparatore (TIR). Lo scostamento laterale è pari alla metà del TIR (TIR = 2 × scostamento, poiché il comparatore percorre entrambi i lati del cerchio di eccentricità).
Metodo 2 — Riga e spessimetro (controllo rapido): Appoggiate una riga di precisione sul diametro esterno del mozzo dell'albero motore ed estendetela verso l'albero condotto. Utilizzate degli spessimetri per misurare lo spazio tra la riga e l'albero condotto a una distanza predefinita. Calcolate lo scostamento dalla misurazione dello spazio e dalla distanza di misurazione. Questo metodo è meno preciso del metodo con comparatore a quadrante, ma non richiede attrezzi speciali e consente un controllo rapido durante l'installazione.
La misurazione del disallineamento va sempre effettuata dopo che la macchina ha raggiunto la temperatura di esercizio e il pieno carico, non solo all'avvio a freddo. La dilatazione termica del motore, del riduttore e del telaio della macchina durante il riscaldamento può modificare il disallineamento laterale di 0,1-0,3 mm nelle tipiche installazioni industriali.
Disallineamento combinato: quando sono presenti sia il disallineamento laterale che quello angolare.
Nelle installazioni reali, il disallineamento laterale e angolare si presentano spesso simultaneamente. Il giunto Oldham gestisce questa condizione combinata meno efficacemente rispetto al puro disallineamento laterale, poiché la componente angolare aggiunge una sollecitazione di flessione al disco che non è presente in caso di puro disallineamento laterale.
Quando entrambi i tipi sono presenti, la componente angolare deve essere ridotta al di sotto di 0,3 gradi prima di fare affidamento sulla capacità di disallineamento laterale del giunto. La capacità di disallineamento combinata è approssimativamente:
Fattore di valutazione combinato = (offset laterale / offset laterale massimo nominale) + (offset angolare / offset angolare massimo nominale) ≤ 1,0
Se la somma di queste due frazioni supera 1,0, significa che il giunto è chiamato a gestire un disallineamento combinato maggiore di quanto consentito dal suo progetto. Ridurre uno o entrambi i componenti mediante una correzione meccanica, oppure selezionare un giunto con valori nominali più elevati per entrambi i parametri.
Effetto del disallineamento sul tasso di usura del disco
| Offset operativo (% del valore nominale massimo) | Tasso di usura relativo del disco | Durata di servizio prevista (relativa) |
|---|---|---|
| 20% di potenza massima | 1× (linea di base) | Molto lungo |
| 40% di potenza nominale massima | ~4× | Lungo |
| 60% di potenza nominale massima | ~9× | Moderare |
| 80% di potenza nominale massima | ~16× | Corto |
| 100% di potenza nominale massima | ~25× | Molto corto |
Il tasso di usura è approssimativamente proporzionale al quadrato della frazione di disallineamento, poiché l'usura del disco è proporzionale al quadrato della velocità di scorrimento (velocità = offset × velocità angolare). Questa relazione non lineare spiega perché anche modesti miglioramenti nell'allineamento dell'albero producono aumenti sproporzionatamente elevati nella durata di servizio del disco.
Conclusione
Il giunto Oldham gestisce il disallineamento laterale dell'albero meglio di qualsiasi altro tipo di giunto a gioco zero comunemente utilizzato, ma offre prestazioni ottimali quando opera ben al di sotto del suo valore massimo nominale, non al limite. Il disallineamento angolare è un vincolo rigido che deve essere corretto meccanicamente, non compensato dal giunto. Il gioco assiale è modesto ma adeguato per la maggior parte delle applicazioni di servocontrollo e controllo del movimento. L'utilizzo del disallineamento operativo raccomandato anziché del valore massimo nominale come criterio di selezione, la misurazione del disallineamento effettivo in condizioni operative anziché a freddo e la correzione di qualsiasi disallineamento angolare prima dell'installazione del giunto: queste tre pratiche, se applicate congiuntamente, garantiscono installazioni che offrono la durata di servizio per cui il giunto è stato progettato e proteggono i cuscinetti dell'albero dai carichi indotti dal giunto per tutta la vita operativa della macchina.
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