Giunto cardanico

I giunti di trasmissione sono organi necessari a collegare gli alberi delle macchine secondo diverse modalità, comprese quelle che prevedono piccole oscillazioni o disassamenti degli alberi stessi. Il presento progetto riguarda la simulazione di un giunto cardanico a crociera. Mediante il software Solidworks è stato realizzato un modello tridimensionale di un giunto cardanico. Sono poi state eseguite delle analisi numeriche con il software CosmosMotion.

Giunti di trasmissione

I giunti di trasmissione collegano gli alberi delle macchine secondo diverse modalità, comprese quelle che prevedono piccole oscillazioni o disassamenti degli alberi stessi. Il collegamento stabilito dai giunti può essere considerato quasi perfettamente rigido. Alcuni giunti consentono spostamenti assiali od angolari (in tal caso si dicono semi-elastici, elastici e mobili). Nel caso di giunti semi-elastici ed elastici, gli spostamenti sono consentiti dalle deformazioni elastiche. Gli spostamenti nei giunti mobili invece sono consentiti dallo schema cinematico del giunto.

Il giunto cardanico a crociera singolo è composto da due forcelle e da una crociera. Due cerniere con assi ortogonali e concorrenti nel punto di incidenza tra gli assi degli alberi uniscono le tre parti del sistema. Il giunto cardanico è utilizzato in campo agricolo, navale, motociclistico, nell’ambito dei beni strumentali e nel settore automotive.

Le quattro cerniere sono tutte concorrenti in uno stesso punto e caratterizzate da un angolo al centro pari a 90°. Il sistema è assimilabile ad un quadrilatero articolato sferico avente come biella la crociera. L’applicazione della formula di Grübler restituisce un sistema iperstatico senza possibilità di movimento. In realtà il meccanismo funziona perché si trova in una forma critica permanente. Nella realizzazione del giunto occorre rendere i quattro assi delle cerniere effettivamente concorrenti in un punto per permetter il moto. Il giunto cardanico ha quindi un solo grado di libertà.

Simulazioni numeriche

È stato effettuato prima il design e poi le verifiche di un giunto cardanico. Sono state calcolate le seguenti entità:

rapporto di trasmissione;
condizioni di omocineticità;
rendimento meccanico.

Il giunto cardanico non è omocinetico. Significa che data una velocità in ingresso constante la velocità di uscita non è uguale a quella di ingresso né costante. All’aumentare dell’angolo di incidenza, aumenta anche l’ampiezza di oscillazione della velocità angolare del membro cedente. Questo è stato ulteriormente verificato dalle analisi numeriche.

Utilizzando invece un doppio giunto cardanico si annullano gli effetti di non omocineticità. Il giunto risulta quindi omocinetico e le velocità di ingresso e uscita sono le stesse. L’uguaglianza delle velocità angolari si ottiene anche nel caso in cui l’albero di ingresso abbia una velocità variabile. Tutte le simulazioni fatte con Solidworks sono state confrontate con equazioni analitiche implementate in un programma in Matlab.

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