Tipi di accoppiamento del motore elettrico: una guida completa alla selezione

Perché la scelta dell'accoppiamento è importante nei sistemi a motore

Ogni treno di trasmissione di un motore elettrico ha almeno un accoppiamento: l'interfaccia meccanica tra l'albero di uscita del motore e qualunque cosa il motore stia girando. È uno dei componenti più specificati e spesso sottospecificati nei macchinari industriali. Se l'accoppiamento è corretto, esso scompare in secondo piano, trasmettendo la coppia in modo affidabile per anni. Se si sbaglia, le conseguenze si manifesteranno rapidamente: guasto prematuro dei cuscinetti, affaticamento dell'albero, vibrazioni che si propagano attraverso l'intera macchina e tempi di fermo macchina non pianificati.

Il motivo per cui la selezione degli accoppiamenti è più complessa di quanto sembri è che agli accoppiamenti viene chiesto di fare diverse cose contemporaneamente. Trasmettono la coppia. Risolvono gli inevitabili disallineamenti tra gli alberi – angolari, paralleli e assiali – che derivano da tolleranze di produzione, dilatazione termica e deflessione sotto carico. Inoltre, a seconda del tipo, possono anche smorzare gli urti torsionali, proteggere le apparecchiature a valle dai sovraccarichi o mantenere un gioco pari a zero per un posizionamento di precisione. Nessun singolo tipo di giunto soddisfa tutte queste funzioni allo stesso modo, motivo per cui la gamma di design disponibili è così ampia.

Le sezioni seguenti coprono le principali categorie di accoppiamento utilizzate nelle applicazioni di motori elettrici, i principi fisici alla base di ciascuna e i criteri di selezione che determinano quale tipo appartiene a un determinato sistema di azionamento.

Giunti flessibili: il cavallo di battaglia per usi generali

I giunti flessibili rappresentano la categoria di giunti più diffusa nelle applicazioni dei motori elettrici. La loro caratteristica distintiva è la presenza di un elemento flessibile – tipicamente un elastomero, una molla o una sottile membrana metallica – che consente al giunto di compensare il disallineamento tra gli alberi senza trasmettere le forze risultanti a cuscinetti e guarnizioni.

Giunti a mascella (ragno). sono tra i modelli di giunti flessibili più comuni. Due mozzi metallici, tipicamente in lega di alluminio o acciaio, innestano tra loro un elemento a ragno elastomerico. La crociera trasmette la coppia attraverso la compressione assorbendo i carichi d'urto e i piccoli disallineamenti angolari e paralleli. La durezza delle crociere è una variabile chiave di selezione: le crociere più morbide assorbono più urti ma offrono una capacità di coppia inferiore e possono essere danneggiate da sovraccarichi prolungati; gli spider più duri gestiscono coppie più elevate ma trasmettono più vibrazioni. I giunti a ganascia sono ampiamente utilizzati nelle pompe, nei trasportatori, nei ventilatori e negli azionamenti industriali in generale.

Giunti per pneumatici (pneumatici). utilizzare un elemento elastomerico continuo a forma di pneumatico. L'elevata flessibilità dell'elemento del pneumatico si adatta a disallineamenti più ampi rispetto ai giunti a ganascia, in particolare al disallineamento angolare, e fornisce un eccellente isolamento dalle vibrazioni. Non richiedono manutenzione, non richiedono lubrificazione e vengono utilizzati in applicazioni a bassa velocità in cui la compensazione del disallineamento è il requisito principale. Giunti elastici a perno (pin bush). trasmettono la coppia attraverso perni dotati di boccole in gomma o nylon, fornendo una moderata flessibilità e un buon assorbimento degli urti, con l'ulteriore vantaggio di una semplice sostituzione dell'elemento senza disturbare l'allineamento dell'albero.

Quello di Rokang gamma di giunti flessibili che copre pneumatici, perni elastici e relativi design elastomerici soddisfa i requisiti di accoppiamento flessibile per uso generale in questa gamma di applicazioni.

Servoaccoppiamenti: precisione per applicazioni di controllo del movimento

Le applicazioni dei servomotori (macchine utensili CNC, robotica, apparecchiature per semiconduttori, banchi prova di precisione) impongono requisiti che i giunti flessibili per uso generale non possono soddisfare. La richiesta principale è un gioco pari a zero: qualsiasi gioco angolare nel giunto si traduce direttamente in un errore di posizionamento sul carico. Un secondo requisito è l'elevata rigidità torsionale, in modo che la dinamica del circuito di servocontrollo non venga compromessa da un accoppiamento che agisce come una molla nella trasmissione. Allo stesso tempo, il giunto deve comunque compensare i disallineamenti dell'albero tipici di qualsiasi installazione reale senza imporre carichi laterali sui cuscinetti del motore.

Giunti a membrana soddisfare questi requisiti attraverso un disco metallico sottile e flessibile (singolo) o una serie di dischi (doppi) che trasmettono la coppia con elevata rigidità torsionale mentre si flettono per assorbire il disallineamento angolare e assiale. I design a diaframma singolo si adattano principalmente al disallineamento angolare; i design a doppia membrana gestiscono sia l'offset angolare che quello parallelo. La struttura interamente in metallo garantisce assenza di usura, lubrificazione e degrado delle prestazioni nel tempo, aspetto fondamentale nelle applicazioni di precisione in cui è richiesto un comportamento coerente per milioni di cicli. Quello di Rokang Giunti a membrana per servomotori per applicazioni CNC e di azionamento di precisione sono disponibili in lega di alluminio e acciaio, in configurazioni a membrana singola e doppia, con opzioni di fissaggio del mozzo con bloccaggio e vite di fissaggio.

Giunti servo a mascella (ragno). nella categoria dei servo utilizzano elementi spider più rigidi e tolleranze di produzione più strette rispetto alle loro controparti per uso generale, ottenendo un gioco quasi nullo per servizi servo da leggeri a medi. Giunti Oldham utilizzano un design in tre pezzi - due mozzi e un disco centrale flottante - che scorre su chiavi a croce per adattarsi al disallineamento parallelo con gioco pari a zero, rendendoli particolarmente adatti alle applicazioni in cui l'offset dell'albero è il tipo di disallineamento principale. Giunti a trave (elicoidali). sono ricavati da un unico pezzo di alluminio o acciaio inossidabile con tagli elicoidali che creano un elemento flessibile integrale: compatto, senza gioco e adatto ad applicazioni leggere di servo, encoder e strumentazione. Giunti a soffietto utilizzare un elemento a soffietto metallico ondulato che fornisce elevata rigidità torsionale con eccellente adattamento al disallineamento e gioco zero, coprendo la gamma superiore dei requisiti prestazionali del servoaccoppiamento. Quello di Rokang giunti a ganascia e a stella progettati per servosistemi e sistemi di automazione completano l'offerta di servoaccoppiamenti insieme ai tipi a membrana, a trave, oldham e a soffietto.

Giunti a ingranaggi e giunti a membrana ad alta velocità: impieghi gravosi e ad alte prestazioni

A livelli di coppia e dimensioni degli alberi più elevati (trasmissioni industriali, laminatoi, gru, compressori, turbine) i requisiti di accoppiamento si spostano dalla compensazione del disallineamento alla massima densità di coppia e prestazioni affidabili sotto carichi pesanti sostenuti.

Giunti ad ingranaggi trasmettere la coppia attraverso l'ingranamento dei denti degli ingranaggi sui mozzi interni ed esterni, con il profilo dei denti coronati sul mozzo esterno che consente il disallineamento angolare e assiale mantenendo la piena capacità di carico. Il giunto a ingranaggi a tamburo (con corona) è il design standard dell'industria pesante: offre il più alto rapporto coppia per diametro di qualsiasi tipo di giunto flessibile e gestisce sia lo spostamento angolare che assiale attraverso la geometria della maglia dei denti. Per applicazioni con carichi pesanti con requisiti di albero intermedio, i giunti a ingranaggi con ruote o dischi freno integrati combinano la trasmissione della coppia e la funzione frenante in un unico componente. Quello di Rokang giunti a ingranaggi a tamburo per sistemi di azionamento industriali ad alto carico coprono le serie GICL/GIICL standard nonché le varianti di ruote e dischi freno per applicazioni su gru e trasportatori.

Giunti a membrana ad alta velocità occupano uno spazio prestazionale diverso: torsionalmente rigidi, senza gioco, esenti da manutenzione e in grado di funzionare a velocità superiori a 10.000 giri al minuto. Questi giunti vengono utilizzati in turbomacchine, compressori, generatori e banchi di prova ad alta velocità dove i requisiti di lubrificazione dei giunti a ingranaggi sono inaccettabili e dove l'equilibrio dinamico ad alte velocità di rotazione è una specifica critica. Come osservato nella guida del settore di Risorsa di riferimento di Machine Design sulla progettazione e sui principi di selezione dei giunti flessibili , i giunti interamente metallici, compresi i tipi a membrana e a disco, generalmente raggiungono diametri esterni più piccoli e pesi inferiori rispetto alle alternative elastomeriche con valori di coppia equivalenti: un vantaggio importante nelle applicazioni ad alta velocità in cui l'inerzia e l'equilibrio sono fondamentali. Quello di Rokang giunti a membrana ad alta velocità fino a 10.000 giri/min e oltre sono progettati per applicazioni su turbomacchine, produzione di energia e banchi prova ad alta velocità.

Giunti a molla serpentina e giunti a catena: soluzioni flessibili per coppie elevate

Per le applicazioni che richiedono un significativo assorbimento degli urti e tolleranza al disallineamento insieme ad un'elevata capacità di coppia (trasportatori pesanti, attrezzature minerarie, frantoi, azionamenti di pompe di grandi dimensioni), due modelli di accoppiamento sono particolarmente adatti.

Giunti a molla serpentina trasmettere la coppia attraverso un elemento elastico continuo in acciaio a forma di S intrecciato tra i denti su due mozzi opposti. La molla agisce contemporaneamente sia come elemento di trasmissione della coppia che come elemento flessibile, fornendo un eccellente assorbimento degli urti, un'elevata capacità di coppia e la capacità di adattarsi al disallineamento angolare, parallelo e assiale. A differenza dei giunti elastomerici, l'elemento a molla in acciaio non si degrada con la temperatura o con l'esposizione a oli e sostanze chimiche, rendendo i giunti a molla a serpentina adatti agli ambienti industriali difficili. Sono compatti anche per quanto riguarda la coppia nominale, il che è vantaggioso quando lo spazio è limitato. Quello di Rokang giunti a molla a serpentina per applicazioni di azionamento con coppia elevata e carichi d'urto sono disponibili nelle varianti standard, a montaggio rapido, a doppia flangia e con disco freno.

Giunti a catena utilizzare una catena a rulli a doppio filamento che collega due mozzi della ruota dentata. Sono semplici da installare e mantenere, tollerano il disallineamento all'interno del passo della catena e sono in grado di trasmettere una coppia elevata a un costo relativamente basso. La limitazione principale è che richiedono una lubrificazione periodica e non sono adatti ad applicazioni ad alta velocità. Per azionamenti a velocità moderata e coppia elevata in ambienti agricoli, minerari e industriali in generale, i giunti a catena rimangono una soluzione pratica ed economica.