Dettagli degli inserti in elastomero per giunti

I giunti in elastomero sono un tipo di accoppiamento dell’albero. Trasferiscono la coppia tra due alberi ed eseguono attività come la trasmissione di potenza, compensando gli errori di allineamento, ma anche smorzando urti e vibrazioni. I giunti in elastomero garantiscono una trasmissione di potenza ottimale utilizzando vari materiali e anche in base alle loro proprietà del materiale e forma. Le proprietà del rispettivo giunto in elastomero impediscono simultaneamente che le vibrazioni dell’albero di trasmissione vengano trasmesse all’albero accoppiato. L’articolo seguente illustra quali sono le proprietà, come viene determinata la durezza degli elastomeri e quali esempi di applicazione esistono.

Termini: Giunto a frizione e giunto a frizione in elastomero

I giunti a frizione sono giunti interbloccati il cui compito è trasferire la coppia tra due alberi. I giunti a frizione non sono rigidi. A seconda del design è possibile compensare gli errori angolari e gli errori radiali e assiali, garantendo al contempo una trasmissione di potenza elevata e precisa. La loro costruzione di base è costituita da due mozzi metallici che si inseriscono tra loro come artigli e quindi trasferiscono una coppia in modo interbloccato. Per quanto riguarda lo smorzamento delle vibrazioni e la capacità di carico, le caratteristiche dei giunti a frizione possono essere influenzate da diversi smorzatori. Sui giunti in elastomero questi smorzatori sono realizzati in elastomero.

I giunti a frizione in elastomero si avvalgono di un cosiddetto elemento di compensazione che trasferisce la coppia in modo elastico alla rotazione e smorzando le vibrazioni (per maggiori dettagli sulla trasmissione della coppia, vedere Trasmissione dei movimenti rotanti – Principi base dei giunti). In applicazioni ad impatto e vibrazioni particolarmente elevate l’elemento può avere un impatto significativo sulla vita utile dell’intero sistema. L’elemento di compensazione o l’inserto del giunto influenza significativamente le proprietà della trasmissione o del giunto. Di regola un precarico di compressione agisce sull’elemento che garantisce il gioco dell’innesto. Gli inserti dei giunti in elastomero possono avere varie forme, per esempio stelle elastomeriche o anelli elastomerici o dischi incrociati.

Gli inserti in elastomero devono essere sostituiti anche come parti di ricambio o se usurati. La figura seguente mostra un esempio di come può essere costruito un giunto a frizione e come è montato l’inserto del giunto corrispondente:

Altri giunti con inserti in elastomero

Oltre ai giunti a frizione gli inserti in elastomero vengono utilizzati anche su altri tipi di giunti, come i giunti Oldham e i giunti a disco a molla. Per una panoramica dettagliata dei tipi di giunti comuni vedere il nostro articolo Giunti d’albero – Elementi di base e aree di applicazione.

Analogamente ai giunti a frizione, anche il giunto Oldham si basa su due mozzi. Una rondella che si innesta nelle scanalature dei mozzi viene posizionata tra i mozzi. Il disco trasversale elastico consente al giunto di muoversi lateralmente, consentendone l’utilizzo in applicazioni con offset radiale. Un’applicazione per un giunto Oldham con inserto in elastomero sarebbe, ad esempio, un banco di prova del motore:

• (1) Asse X della tabella di posizionamento
• (2) Stazione di collaudo delle prestazioni
• (3) Giunto d’albero
• (4) Supporti, a forma di L

Su una frizione a disco i mozzi sono dentati e collegati a un pignone elastico. In questo modo si smorzano e si compensano gli errori di allineamento. Sono adatti per i carichi dinamici.

Il negozio MISUMI fornisce numerosi giunti d’albero come i giunti con scanalatura, le frizioni a disco (accoppiamenti del servo), i giunti Oldham o i giunti a frizione. Se stai cercando informazioni sul calcolo delle scatole ingranaggi in questo contesto, ti sarà di aiuto il nostro articolo “Calcolo di scatole ingranaggi diverse”.

Altre proprietà degli inserti dei giunti in elastomero

Gli inserti dei giunti in elastomero non solo hanno proprietà di smorzamento, ma forniscono anche una certa flessibilità e resistenza. Questa flessibilità consente la compensazione dell’offset tra entrambi gli alberi per offset radiali, assiali o angolari. Le piccole imprecisioni vengono compensate dall’inserto in elastomero senza influire sulla trasmissione di potenza. In generale gli inserti in elastomero proteggono direttamente i componenti collegati da carichi non uniformi e prolungano la vita utile dell’intero sistema.

Ma anche la flessibilità ha i suoi limiti: esiste una probabilità elevata che picchi di coppia estremi causino il guasto dell’inserto in elastomero. Tuttavia questo può avere certamente un effetto positivo: questa protezione da sovraccarico impedisce in modo tempestivo danni ulteriori ad altri componenti, causando prima il guasto del giunto e interrompendo così il collegamento. Questa proprietà è sfruttata dai giunti failsafe o di sovraccarico.

Materiali adatti per inserti in elastomero

Solitamente gli inserti per giunti di precisione sono realizzati in poliuretano termoplastico (abbreviazione: TPU), un materiale termicamente stabile in un intervallo di temperatura da -30 °C a +120 °C. Può essere utilizzato anche il materiale HYTREL, perché ha una struttura speciale ed è utilizzato principalmente per applicazioni con temperature estreme. Altri materiali possono includere:

• NBR (Gomma nitrilica): Questo materiale è particolarmente resistente a oli e grassi. L’uso nelle scatole ingranaggi o nelle pompe è quindi ovvio. Tuttavia la gomma nitrilica è sensibile alla temperatura e può diventare fragile e indurire oltre i 100 °C. La gomma nitrilica idrogenata (HNBR), che ha una resistenza maggiore alla temperatura, è disponibile come ulteriore avanzamento. Tuttavia non ha la stessa elasticità dell’NBR.
• Gomma etilene-propilene-diene (EPDM): L’EPDM ha un’elevata resistenza alle radiazioni UV, alle alte temperature e all’ozono ed è adatto per le applicazioni esterne o i sistemi HVAC. Tuttavia non può essere utilizzato in ambienti che utilizzano oli o grassi.
• Gomma di silicone (VMQ): Il silicone ha una resistenza alle alte temperature (fino a 180 °C), ma bassa resistenza all’abrasione e resistenza a oli, acidi, ecc. È quindi adatto solo in misura limitata negli ambienti industriali.

Infine, come avviene solitamente, la scelta del materiale appropriato dipende dall’applicazione specifica. Intervallo di temperatura, resistenza chimica e capacità di carico meccanico sono certamente i criteri di selezione più importanti. Tuttavia il poliuretano è considerato una buona soluzione per uso generico.

Durezza Shore in relazione agli inserti dei giunti in elastomero

La durezza shore è generalmente un criterio importante per la selezione degli inserti per giunti in elastomero. La durezza Shore influenza direttamente la rigidità e le proprietà di smorzamento dell’elastomero e del giunto nel suo complesso. Maggiore è la durezza Shore, più duro è l’elastomero. Di conseguenza consente di avere una deformazione minore, per cui il giunto stesso diventa più rigido e la coppia può essere trasferita con maggiore precisione. Tuttavia ciò riduce anche le proprietà di smorzamento. Se lo smorzamento delle vibrazioni e l’assorbimento degli urti sono criteri chiave, è necessario utilizzare un elastomero più morbido con durezza Shore ridotta.

La durezza Shore di materiali elastici come plastica o gomma può essere classificata utilizzando metodi di test di durezza. Tutti i metodi hanno in comune che un corpo estraneo viene introdotto in un campione di prova con una forza definita, seguita dalla misurazione della profondità di penetrazione. Vengono utilizzate varie scale a seconda della durezza del materiale sottoposto a test. La durezza Shore A e la durezza Shore D sono rilevanti per gli elastomeri. Il metodo Shore A si basa sull’introduzione di una sfera o di una punta piatta con un diametro di 0,79 mm come oggetto estraneo. Viene utilizzato per gli elastomeri più morbidi. Per gli elastomeri più duri si applica la scala Shore D e come punta viene introdotto un oggetto estraneo con una piramide con bordi taglienti.

Ulteriori informazioni sulla durezza dei materiali sono disponibili nel nostro articolo sui livelli di durezza e sui test di durezza.

Varie durezze Shore per elastomeri in generale

Gli inserti per giunti in elastomero possono essere classificati in base al loro grado di durezza come segue:

• Grado medio di durezza: Tipo A
• Grado basso di durezza: Tipo C
• Grado alto di durezza: Tipo B, D ed E

MISUMI ha stelle o anelli in elastomero di varie durezze:

• A = Durezza Shore 98 Sh A
• B = Durezza Shore 64 Sh D
• C = Durezza Shore 80 Sh A
• D = Durezza Shore 65 Sh D
• E = Durezza Shore 64 Sh D

Tipo A

Gli inserti dei giunti in elastomero di tipo A sono gli inserti in elastomero utilizzati più comunemente. Hanno un livello di durezza di 98 Sh A e una buona combinazione di assorbimento delle vibrazioni e capacità di carico.

Tipo C

Il tipo C è il tipo di elastomero più morbido con una durezza di 80 Sh A. Questo tipo ha le proprietà di smorzamento migliori.

Tipo B, D ed E

I tipi B, D ed E sono il gruppo più duro di inserti di giunti in elastomero con una durezza Shore di 64-65 Sh D. Hanno una rigidità torsionale relativamente elevata, ma una potenza di smorzamento piuttosto bassa.