Università degli Studi di Catania Facoltà di Ingegneria Corso di laurea in Ingegneria Industriale Disegno Tecnico Industriale Collegamenti albero-mozzo Prof. Ing. S. M. Oliveri
Collegamenti albero-mozzo Accoppiare due o più elementi di un qualsiasi complessivo, significa predisporre dei collegamenti in modo da renderli, in qualche maniera, solidali. Ciò si realizza introducendo dei vincoli capaci di impedire, in parte o del tutto, i movimenti relativi dei pezzi accoppiati. Le macchine, sia motrici che operatrici, comprendono degli organi meccanici che realizzano il collegamento tra parti distinte al fine di controllare il loro moto relativo ed in particolare di trasmettere il moto
Collegamenti albero-mozzo In particolare ci occuperemo dei collegamenti albero-mozzo, cioè di quei collegamenti fra elementi di macchina chiamati ALBERI e altri organi rotanti quali PULEGGE, RUOTE DENTATE, destinati a ricevere o a trasmettere il moto. L albero ed il mozzo di una puleggia o di una ruota dentata, accoppiati coassialmente e solidalmente, M = P consentono la trasmissione del momento torcente, t ovvero del moto dall uno all altro. ω
Collegamenti albero-mozzo L ALBERO è un corpo cilindrico con spallamenti (o gradini) su cui sono montati organi rotanti, da cui riceve o a cui trasmette il moto di rotazione; esso è sostenuto da supporti ricavati nella struttura rigida della macchina. Tra i supporti e l albero vengono interposti dei cuscinetti.
Collegamenti albero-mozzo Per evitare squilibri e vibrazioni durante il moto, gli organi rotanti devono essere sempre posizionati coassialmente all albero, e resi ad esso solidali attraverso dei vincoli che ne limitano la possibilità di movimento o la impediscano del tutto. In questi tipi di accoppiamento i movimenti possibili sono due: moto di traslazione lungo una direzione parallela all asse dell albero; moto di rotazione intorno all asse dell albero. Quando è impedito il solo moto traslatorio, l organo rotante si dice FOLLE SULL ALBERO, mentre quando sono impediti tutti i movimenti l organo rotante si dice CALETTATO SULL ALBERO.
Collegamenti albero-mozzo Per rendere possibile il collegamento con l albero, gli organi rotanti hanno la parte centrale forata che prende il nome di MOZZO. Quando l organo è di grandi dimensioni si preferisce alleggerirlo collegando mozzo e corona con delle razze.
Collegamenti albero-mozzo Per rendere possibile la trasmissione del moto fra albero e organo rotante munito di mozzo, è necessario l intervento di forze che sono in direzione assiale nel caso di scorrimento e tangenziali nel caso di rotazione. La conoscenza dell entità di queste forza rende possibile la scelta del tipo di collegamento da effettuare. Qualunque sia il tipo di collegamento prescelto, esso può esplicare la sua funzione in uno dei seguenti due modi. 1. PER OSTACOLO: con linguetta, con profili scanalati, con spine trasversali o longitudinali, con anelli elastici, con grano filettato. 2. PER ATTRITO: con collegamento diretto con interferenza, con chiavetta, con accoppiamento conico e vite, con estremità d albero filettata e vite, con collare a vite.
Collegamenti: classificazioni In base alle caratteristiche costruttive Rigidi Parziali Completi Elastici In base al principio tecnologico Per fusione Per ostacolo Per incollaggio Per attrito e ostacolo Per attrito
Collegamenti: classificazioni
Collegamenti per attrito Limitano i movimenti mediante forze di attrito. Esse sono in genere ottenute mediante forzamento.
Collegamenti per attrito a freddo collegamenti filettati chiavette collegamento conico a caldo chiodatura
Collegamenti per ostacolo anelli elastici ribattitura chiodatura a freddo perni cilindrici copiglie linguette
Modi di accoppiare l albero con il mozzo 1. Forzamento 2. Estremità prismatica e codolo filettato per dado di arresto 3. Estremità conica con dado e ghiera di forzamento 4. Chiavetta 5. Linguetta (e dado d arresto) 6. Spina trasversale 7. Accoppiamento scanalato 8. Brasatura o saldatura
Modi di accoppiare l albero con il mozzo
Chiavetta È un organo di collegamento di forma prismatica cuneiforme a sezione rettangolare, con la superficie superiore inclinata di 1:100. Viene forzata in una cava ricavata in parte sull albero e in parte nel mozzo per renderli solidali. La cava sull albero è parallela all asse, mentre la cava sul mozzo ha la stessa inclinazione della chiavetta, cosi una volta accoppiati, le due superfici piane combaciano. Per la sua costruzione si utilizzano acciai da bonifica.
Chiavette Le chiavette effettuano il collegamento trasmettendo lo sforzo tra le superfici di contatto superiore e inferiore, mentre sulle facce laterali esiste un gioco, che favorisce il montaggio forzato. Agiscono per attrito impedendo sia il moto relativo di rotazione, sia quello di traslazione. La chiavetta lavora di testa senza pressione laterale ed è soggetta a compressione. Forma e dimensioni delle chiavette sono unificate; le dimensioni sono tabellate in funzione del diametro dell albero su cui vengono applicate e sono tali da sopportare la coppia massima trasmissibile sull albero.
Chiavette Le chiavette, per il loro modo di agire, possedendo gioco sui fianchi, generano eccentricità fra albero e mozzo e l ovalizzazione del foro del mozzo, per cui sono indicate per montaggi di organi di trasmissione lenti e poco precisi: pulegge per cinghie in applicazioni navali, macchine agricole. Possono essere utilizzate per trasmettere piccole potenze o piccoli momenti torcenti.
Chiavette unificate
Per la designazione si scrive: Chiavette CHIAVETTA forma sezione b x h lunghezza l N tabella UNI ESEMPI: Chiavetta B 22 x 14 x 140 UNI 6607 di forma B, con sezione 22 mm x 14 mm e lunghezza 140 mm; Chiavetta 22 x14 x 140 UNI 6608 con nasetto, con sezione 22 mm x 14 mm e lunghezza 140 mm;
Tipi di chiavette
Diritta Forma B Tipi di chiavette Arrotondata Forma A Ribassata Forma B Concava Forma B
Chiavette incassate arrotondate La cava viene eseguita con frese ad asse verticale. Esiste anche una forma C, in cui un estremità della chiavetta è diritta e l altra arrotondata, che può essere usata quando la cava si trova all estremità di un albero
Chiavette incassate diritte Chiavetta diritta e relativa cava di lunghezza circa doppia rispetto alla chiavetta e sono in genere eseguite con frese a disco Le cave nei mozzi sono passanti per tutta la lunghezza
Chiavette con nasello Le chiavette con nasello presentano un rialzo all estremità, che consente di rimuovere la chiavette quando non sia possibile fare ciò dal lato opposto a quello da cui è stata inserita, come generalmente avviene. N.B. Sarebbe opportuno ricoprire il nasello con un anello di protezione, per motivi antinfortunistici.
Chiavette ribassate e ribassate concave
Chiavette tangenziali Sono un particolare tipo di collegamento usato per trasmettere grandi potenze e velocità non elevate: sono montate in coppia e collocate a 120 fra loro
Chiavette Tangenziali Gli alloggiamenti sono costituiti da due coppie di cave di forma diversa nell albero e nel mozzo, in cui vengono poste due chiavette, simili a quelle normali, inserite in verso opposto, a contatto fra loro sulle superfici inclinate. La forma delle cave è fatta in modo da trasmettere correttamente le forze per entrambi i versi di rotazione.
Criterio di scelta delle chiavette
Chiavette (Osservazioni)
Chiavette (Osservazioni)
Chiavette (Osservazioni) Chiavetta incassata Chiavetta ribassata M : M : M = i r c 1: 1 2 : Chiavetta concava 1 3
Chiavette (Osservazioni)
Chiavette (Osservazioni)
Linguetta È un organo di collegamento di forma prismatica che viene inserita in una cava ricavata in parte sull albero e in parte nel mozzo. Le dimensioni delle cave sono unificate e riportate, con le relative tolleranze, in tabelle, in funzione del diametro dell albero su cui si deve realizzare. Per la fabbricazione di linguette si usano acciai da bonifica con Rm ³ 500 N/mm2. La lunghezza della linguetta è circa 1,5 volte il diametro dell albero ed è sempre più corta della larghezza del mozzo. CAVA SUL MOZZO CON GLI ELEMENTI DA QUOTARE CAVA SULL'ALBERO CON GLI ELEMENTI DA QUOTARE
Linguette La linguetta effettua il collegamento trasmettendo lo sforzo sulle pareti laterali, mentre radialmente esiste un gioco variabile tra 0,2 e 0,5 mm; quindi agisce per ostacolo impedendo il moto relativo di rotazione, ma non quello di traslazione. La linguetta lavora sui fianchi senza pressione radiale, quindi è soggetta a sforzi di taglio.
Linguette Il valore dello sforzo di taglio che sopporta la linguetta vale: M t T = D (N) mentre l area della sezione resistente è data dal prodotto della lunghezza per la larghezza (b*l), e quindi si avrà: τ = T t A = D M b L Le linguette, per il loro modo di agire, possedendo gioco sulla testa, non generano eccentricità fra albero e mozzo, per cui sono indicate in tutti i casi dove è richiesta una rigorosa coassialità fra mozzo ed albero corrispondente: organi di trasmissione veloci e precisi come ruote dentate, pulegge, giranti di pompe. Possono essere utilizzate per trasmettere piccole potenze o piccoli momenti torcenti.
Tipi di Linguette Forma e dimensioni delle linguette sono unificate. le dimensioni sono tabellate in funzione del diametro dell albero su cui vengono applicate e sono tali da sopportare la coppia massima trasmissibile sull albero.
Linguette Per la designazionesi scrive: Linguetta forma sezione b x h lunghezza l riferimento norma unificata Esempi di designazione: Linguetta B 22 x 14 x 140 UNI 6604 di forma B, con sezione 22 mm x 14 mm e lunghezza 140 mm; Linguetta A 22 x 14 x 140 UNI 6604 di forma A, con sezione 22 mm x 14 mm e lunghezza 140 mm;
Linguette (Montaggio) I mozzi collegati all albero con linguetta devono poter contare su di un arresto assiale: in figura, da un lato uno spallamento sull albero e dall altro una rondella con vite.
Criterio di scelta delle linguette
Linguette a disco Facili montaggi, non idonei a forti momenti torcenti, la cava (molto profonda) indebolisce l albero Linguetta a disco con relativa cava sull albero, con fondo parallelo all asse (a) od inclinato (b)
Linguette a disco Fresa per cave di linguette a disco
Linguette (Esempi di quotature)
Linguette (Esempi di quotature)
Linguette (Osservazioni) Alcune forme di linguette, fra quelle previste nelle norma UNI 6605: Per bloccare eventualmente le linguette nella sede possono essere previsti fori che ne consentono il fissaggio sull albero mediante viti.
Linguette (Osservazioni) N.B. Chiavette, linguette e spine non si sezionano longitudinalmente
Linguette (Osservazioni)
Profili scanalati Alberi troppo piccoli o alberi che devono trasmettere elevati momenti torcenti non sono collegabili al mozzo con semplici linguette: le cave infatti indebolirebbero troppo l albero, per eccessiva profondità rispetto al diametro nel primo caso, e per numero troppo alto di linguette occorrenti per ripartire il carico nel secondo. In questi casi si utilizzano i PROFILI SCANALATI
Profili scanalati Sono costituiti da un tratto di albero che si accoppia con un mozzo, su cui sono ricavati dei risalti e delle cave in direzione assiale. La trasmissione del moto è assicurata dalle forze tangenziali che si scambiano le superfici laterali a contatto. Lavorano sui fianchi, quindi per ostacolo, infatti può essere pensato come un accoppiamento con linguette multiple disposte sulla circonferenza comune albero-foro con passo costante. ALBERO SCANALATO (o scanalato esterno) MOZZO SCANALATO (o scanalato interno)
Profili scanalati Sono adatti a trasmettere grandi potenze. Questi tipi di collegamento, anche se costosi, sono largamente usati nell industria per la facilità di montaggio e smontaggio, per il perfetto centraggio del mozzo sull albero, per lo scorrimento assiale del mozzo sull albero anche sotto carico, per la simmetria. Rappresenta il miglior compromesso tra ingombro e coppia torcente trasmettibile. Richiedono lavorazioni di elevata precisione, per garantire condizioni di montaggio e di funzionamento ottimali
Profili scanalati La forma e le dimensioni dei profili scanalati sono previsti dalle tabelle UNI, in funzione del diametro interno dell albero e dal tipo di applicazione in cui vengono utilizzati. Sono previsti profili scanalati a fianchi paralleli (UNI 8953) utilizzati per cambi di velocità di macchine utensili, e a fianchi ad evolvente (UNI ISO 4156) utilizzati nel settore automobilistico. Scanalatura a fianchi paralleli Scanalatura a fianchi ad evolvente
Profili scanalati a fianchi paralleli Precedentemente chiamati a fianchi diritti, sono formati da un certo numero di sporgenze (sull albero) e di cave (sul mozzo) longitudinali diritte, a sezione rettangolare.
Profili scanalati a fianchi paralleli L accoppiamento viene centrato sulla superficie interna, il cui diametro d è l elemento per la definizione dell accoppiamento. In precedenza erano previsti scanalati con centraggio sui fianchi (precedente unificazione UNI) ed anche con centraggio sul diametro esterno
Profili scanalati a fianchi ad evolvente Realizzano un ottimo centraggio sui fianchi stessi, consentendo alte velocità di rotazioni: sono costruiti in modo analogo alle dentature per ingranaggi e risultano pertanto di esecuzione più economica rispetto ai precedenti, che richiedono lavorazioni di fresatura con frese di forma Elementi caratteristici del profilo scanalato ad evolvente UNI ISO 4156 (m = modulo; p = passo; α = angolo di pressione)
Profili scanalati a fianchi ad evolvente Profili scanalati UNI ISO 4156: a) con fondo piatto, α = 30,m = da 0,5 a 10 b) con fondo raccordato, α = 30,m = da 0,5 a 10
Profili scanalati a fianchi ad evolvente Profili scanalati UNI ISO 4156: c) a fondo raccordato, α = 37,5,m = da 0,5 a 10 d) a fondo raccordato, α = 45,m = da 0,25 a 2,5
Profili scanalati (designazione) La normativa internazionale ha stabilito delle regole semplificative di designazione e rappresentazione (norma UNI EN ISO 6413 ) Tipo di scanalatura riferimento norma dimensioni caratteristiche tolleranze finitura superficiale
Profili scanalati (rappresentazione) Esempi di rappresentazione semplificata dei vari tipi di accoppiamenti scanalati
Profili scanalati (rappresentazione) Alcune scanalature devono essere disegnate quando se ne voglia precisare la posizione rispetto ad altri elementi
Profili scanalati (rappresentazione) Indicazione sintetica di accoppiamenti scanalati, in vista frontale e longituduinale
Altri tipi di collegamento Albero striato, con rilievi longitudinali a sezione triangolare In genere l accoppiamento è forzato, con l inserzione dell albero dentato in un foro liscio, con deformazione elastica N.B. La rappresentazione semplificata è uguale a quella degli scanalati ad evolvente
Altri tipi di collegamento Estremità di perno con zigrinatura spianata, in funzione di accoppiamento forzato. Metodo analogo al precedente per ottenere il forzamento di un estremità di un albero in un foro liscio, sfruttando la deformazione elastica degli elementi accoppiati.
Altri tipi di collegamento Manicotto compensatore: la deformazione della superficie laterale, costretta fra albero e mozzo, genera una forza sufficiente ad assicurare il collegamento
Altri tipi di collegamento Bussola conica da espansione: collegamenti forzati, non smontabili. Le bussole coniche sono rese elatiche mediante intagli longitudinali e sono forzate ad espandersi impegnandosi assialmente su parti coniche degli alberi
Altri tipi di collegamento Collegamento con dentatura frontale, formate da una serie di scanalature poste slla faccia terminale, ad esempio di un albero, incastrabili in corrispondenti dentature su un altro albero, realizzando una giunzione di minimo ingombro ed in grado di trasmettere elevati momenti torcenti
Altri tipi di collegamento Chiavette trasversali: si tratta di collegamenti rigidi, di costo elevato a causa dei preci aggiustamenti richiesti, efficienti particolarmente in senso assiale, non adatti in presenza di forti momenti torcenti Nel collegare due pezzi, la chiavetta, che ha un lato con inclinazione di 1:50, li spinge assialmente in senso opposto
Altri tipi di collegamento Collegamento fra due tiranti mediante manicotto e chiavette trasversali
Altri tipi di collegamento Anelli di sicurezza e di arresto Si utilizzano per impedire lo spostamento assiale relativo di due elementi. Sono costituiti da anelli in acciaio per molle, aperti per un breve tratto circonferenziale, con diametro interno leggermente inferiore a quello dell albero su cui verranno collocati, in modo da subire al montaggio un deformazione elastica che provoca una reazione diretta radialmente in grado di bloccarli nella sede
Altri tipi di collegamento Anelli elastici tipo Seeger per alberi: dimensioni caratteristiche degli anelli e dei relativi alloggiamenti Sono a sezione rettangolare (leggermente maggiore nella zona diametralmente opposta a quella di taglio, dove si ha la maggiore sollecitazione di flessione). Sono provvisti di appositi appoggi per pinze destinate a divaricare gli anelli per alberi e facilitarne montaggio e smontaggio. Sono collocate in apposite cave a sezione rettangolare ricavate sugli alberi.
Altri tipi di collegamento APPLICAZIONE Sostituzione di vite e rosetta con un anello elastico
Altri tipi di collegamento Anelli elastici per fori: dimensioni caratteristiche degli anelli e degli alloggiamenti Il diametro esterno è leggermente maggiore di quello della sede
Altri tipi di collegamento Anelli elastici di sicurezza per montaggio su alberi senza cave Sono in grado di sopportare leggere spinte assiali solo grazie all azione di compressione da essi esercitata direttamente sull albero
Altri tipi di collegamento APPLICAZIONE Semplificazione del montaggio di un cuscinetto a sfere con uso di anelli elastici invece di collegamenti filettati
Collegamenti albero-mozzo (Conclusioni)