AlberiSono componenti critici nei sistemi meccanici, fungendo da spina dorsale che supporta tutti gli elementi di trasmissione, trasmettendo coppia e momenti flettenti. La progettazione di un albero non deve concentrarsi solo sulle sue caratteristiche individuali, ma anche considerare la sua integrazione con la struttura complessiva del sistema di alberi. A seconda del tipo di carico applicato durante il movimento e la trasmissione di potenza, gli alberi possono essere classificati in mandrini, alberi di trasmissione e alberi rotanti. Possono anche essere classificati in base alla forma del loro asse in alberi dritti, alberi eccentrici, alberi a gomiti e alberi flessibili.
Mandrini
1.Mandrino fisso
Questo tipo di mandrino sopporta solo momenti flettenti rimanendo fermo. La sua struttura semplice e la buona rigidità lo rendono ideale per applicazioni come gli assi delle biciclette.
2.Mandrino rotante
A differenza dei perni fissi, anche i perni rotanti sopportano momenti flettenti durante il movimento. Si trovano comunemente negli assali delle ruote dei treni.
Albero motore
Gli alberi di trasmissione sono progettati per trasmettere la coppia e sono in genere più lunghi a causa delle elevate velocità di rotazione. Per evitare forti vibrazioni causate dalle forze centrifughe, la massa dell'albero di trasmissione è distribuita uniformemente lungo la sua circonferenza. Gli alberi di trasmissione moderni utilizzano spesso design cavi, che garantiscono velocità critiche più elevate rispetto agli alberi pieni, rendendoli più sicuri e più efficienti dal punto di vista dei materiali. Ad esempio, gli alberi di trasmissione per autoveicoli sono solitamente realizzati con piastre di acciaio di spessore uniforme, mentre i veicoli pesanti utilizzano spesso tubi di acciaio senza saldatura.
Albero rotante
Gli alberi rotanti sono unici in quanto sopportano sia momenti flettenti che torsionali, il che li rende uno dei componenti più comuni nelle apparecchiature meccaniche.
Albero dritto
Gli alberi dritti hanno un asse lineare e possono essere classificati in alberi ottici e a gradini. Gli alberi dritti sono tipicamente solidi, ma possono essere progettati con una cavità per ridurre il peso mantenendo rigidità e stabilità torsionale.
1. Albero ottico
Semplici nella forma e facili da realizzare, questi alberi vengono utilizzati principalmente per la trasmissione.
2. Albero a gradini
Un albero con una sezione trasversale longitudinale a gradini è definito albero a gradini. Questa configurazione semplifica l'installazione e il posizionamento dei componenti, con conseguente distribuzione più efficiente del carico. Sebbene la sua forma assomigli a quella di una trave con resistenza uniforme, presenta diversi punti di concentrazione delle sollecitazioni. Grazie a queste caratteristiche, gli alberi a gradini sono ampiamente utilizzati in diverse applicazioni di trasmissione.
3.Albero a camme
L'albero a camme è un componente fondamentale nei motori a pistoni. Nei motori a quattro tempi, l'albero a camme funziona tipicamente a metà della velocità dell'albero motore, pur mantenendo un'elevata velocità di rotazione e deve sopportare una coppia significativa. Di conseguenza, il design dell'albero a camme impone requisiti rigorosi in termini di resistenza e capacità di supporto.
Gli alberi a camme sono solitamente realizzati in ghisa specializzata, sebbene alcuni siano realizzati con materiali forgiati per una maggiore durata. Il design dell'albero a camme gioca un ruolo fondamentale nell'architettura complessiva del motore.
4.Albero scanalato
Gli alberi scanalati prendono il nome dal loro aspetto distintivo, caratterizzato da una scanalatura longitudinale per chiavetta sulla superficie. Queste scanalature consentono ai componenti rotanti montati sull'albero di mantenere una rotazione sincronizzata. Oltre a questa capacità di rotazione, gli alberi scanalati consentono anche il movimento assiale, con alcuni modelli che incorporano affidabili meccanismi di bloccaggio per applicazioni in sistemi frenanti e sterzanti.
Un'altra variante è l'albero telescopico, costituito da un tubo interno e uno esterno. Il tubo esterno presenta una dentatura interna, mentre quello interno presenta una dentatura esterna, consentendo un accoppiamento perfetto. Questo design non solo trasmette la coppia rotazionale, ma offre anche la possibilità di estendersi e contrarsi in lunghezza, rendendolo ideale per l'uso nei meccanismi di cambio.
5.Albero del cambio
Quando la distanza tra il cerchio di dedendum di un ingranaggio e il fondo della sede della chiavetta è minima, l'ingranaggio e l'albero sono integrati in un'unica unità, nota come albero dell'ingranaggio. Questo componente meccanico supporta le parti rotanti e lavora insieme a esse per trasmettere movimento, coppia o momenti flettenti.
6. Albero a vite senza fine
Un albero a vite senza fine è solitamente costruito come un'unica unità che integra sia la vite senza fine che l'albero.
7. Albero cavo
Un albero progettato con un centro cavo è noto come albero cavo. Durante la trasmissione della coppia, lo strato esterno di un albero cavo è soggetto alla massima sollecitazione di taglio, consentendo un utilizzo più efficiente dei materiali. In condizioni in cui il momento flettente degli alberi cavi e pieni è uguale, gli alberi cavi riducono significativamente il peso senza compromettere le prestazioni.
Albero motore
L'albero motore è un componente fondamentale di un motore, tipicamente realizzato in acciaio al carbonio strutturale o ghisa sferoidale. È costituito da due sezioni principali: il perno di banco e il perno di biella. Il perno di banco è montato sul blocco motore, mentre il perno di biella si collega all'estremità grande della biella. L'estremità piccola della biella è collegata al pistone nel cilindro, formando il classico meccanismo a manovella-cursore.
Albero eccentrico
Un albero eccentrico è definito come un albero il cui asse non è allineato con il suo centro. A differenza degli alberi normali, che facilitano principalmente la rotazione dei componenti, gli alberi eccentrici sono in grado di trasmettere sia la coppia che la rotazione. Per regolare l'interasse tra gli alberi, gli alberi eccentrici sono comunemente utilizzati nei meccanismi di collegamento planare, come i sistemi di trasmissione a cinghia trapezoidale.
Albero flessibile
Gli alberi flessibili sono progettati principalmente per trasmettere coppia e movimento. Grazie alla loro rigidità flessionale significativamente inferiore rispetto a quella torsionale, gli alberi flessibili possono aggirare facilmente diversi ostacoli, consentendo la trasmissione a lunga distanza tra la potenza primaria e la macchina operatrice.
Questi alberi facilitano il trasferimento del movimento tra due assi che presentano un movimento relativo senza la necessità di ulteriori dispositivi di trasmissione intermedi, rendendoli ideali per applicazioni a lunga distanza. Il loro design semplice e il basso costo contribuiscono alla loro popolarità in vari sistemi meccanici. Inoltre, gli alberi flessibili contribuiscono ad assorbire urti e vibrazioni, migliorando le prestazioni complessive.
Le applicazioni più comuni includono utensili elettrici portatili, alcuni sistemi di trasmissione nelle macchine utensili, contachilometri e dispositivi di controllo remoto.
1. Albero flessibile di tipo Power
Gli alberi flessibili di tipo Power presentano un collegamento fisso all'estremità del giunto dell'albero flessibile, dotato di un manicotto scorrevole all'interno del giunto del tubo flessibile. Questi alberi sono progettati principalmente per la trasmissione della coppia. Un requisito fondamentale per gli alberi flessibili di tipo Power è una sufficiente rigidità torsionale. In genere, questi alberi includono meccanismi anti-inversione per garantire la trasmissione unidirezionale. Lo strato esterno è realizzato con un filo di acciaio di diametro maggiore e alcuni modelli non includono un'asta centrale, migliorando sia la resistenza all'usura che la flessibilità.
2. Albero flessibile di tipo controllato
Gli alberi flessibili di tipo controllato sono progettati principalmente per la trasmissione del movimento. La coppia che trasmettono viene utilizzata principalmente per superare la coppia di attrito generata tra l'albero flessibile in filo metallico e il tubo flessibile. Oltre ad avere una bassa rigidità flessionale, questi alberi devono anche possedere una sufficiente rigidità torsionale. Rispetto agli alberi flessibili di tipo controllato, gli alberi flessibili di tipo controllato sono caratterizzati da caratteristiche strutturali, che includono la presenza di un'asta centrale, un numero maggiore di strati di avvolgimento e diametri del filo inferiori.
Struttura dell'albero flessibile
Gli alberi flessibili sono solitamente costituiti da diversi componenti: albero flessibile in filo metallico, giunto dell'albero flessibile, tubo flessibile e giunto del tubo flessibile.
1. Albero flessibile in filo metallico
Un albero flessibile in filo metallico, noto anche come albero flessibile, è costituito da più strati di filo d'acciaio avvolti insieme, formando una sezione trasversale circolare. Ogni strato è costituito da diversi fili di filo avvolti simultaneamente, conferendogli una struttura simile a una molla multifilo. Lo strato di filo più interno è avvolto attorno a un'asta centrale, con gli strati adiacenti avvolti in direzioni opposte. Questa configurazione è comunemente utilizzata nelle macchine agricole.
2. Giunto albero flessibile
Il giunto flessibile è progettato per collegare l'albero di uscita ai componenti in funzione. Esistono due tipi di collegamento: fisso e scorrevole. Il tipo fisso è in genere utilizzato per alberi flessibili più corti o in applicazioni in cui il raggio di curvatura rimane relativamente costante. Al contrario, il tipo scorrevole viene utilizzato quando il raggio di curvatura varia significativamente durante il funzionamento, consentendo un maggiore movimento all'interno del tubo flessibile per adattarsi alle variazioni di lunghezza dovute alla curvatura.
3. Tubo flessibile e giunto flessibile
Il tubo flessibile, noto anche come guaina protettiva, serve a proteggere l'albero flessibile dal contatto con componenti esterni, garantendo la sicurezza dell'operatore. Inoltre, può contenere i lubrificanti e impedire l'ingresso di sporco. Durante il funzionamento, il tubo flessibile fornisce supporto, rendendo l'albero flessibile più facile da maneggiare. In particolare, il tubo non ruota con l'albero flessibile durante la trasmissione, consentendo un funzionamento fluido ed efficiente.
Comprendere le diverse tipologie e funzioni degli alberi è fondamentale per ingegneri e progettisti per garantire prestazioni e affidabilità ottimali nei sistemi meccanici. Selezionando il tipo di albero più adatto per applicazioni specifiche, è possibile migliorare l'efficienza e la longevità dei macchinari. Per ulteriori approfondimenti sui componenti meccanici e le loro applicazioni, rimanete sintonizzati per i nostri ultimi aggiornamenti!
Data di pubblicazione: 15-ott-2024
