GIUNTI RIGIDI E GIUNTI ELASTICI: QUALI DIFFERENZE?

Nel vasto mondo della trasmissione meccanica di potenza, i giunti rivestono un ruolo cruciale nell’assicurare l’efficienza, la sicurezza e la durata degli impianti. Tra le molteplici tipologie disponibili ci sono due macro categorie in cui si possono dividere i giunti di trasmissione: giunti torsionalmente rigidi e quelli torsionalmente elastici. Ciascuna di queste soluzioni presenta caratteristiche costruttive e funzionali differenti, che le rendono più adatte a specifiche applicazioni. In questo articolo analizzeremo nel dettaglio le principali differenze tra queste due tipologie di giunti e forniremo una guida ragionata alla scelta del componente più idoneo, in funzione delle condizioni operative. Prima di addentrarci in questo argomento specifico facciamo un passo indietro e andiamo a chiarire cosa sia un giunto e come vengano suddivise le varie famiglie di giunti.

Cos’è un giunto e come si classificano

I giunti sono organi meccanici che servono a collegare le estremità di due alberi coinvolti nella trasmissione del moto, in modo tale da consentire il corretto funzionamento del cinematismo, compensando i disallineamenti (angolare, radiale ed assiale) che tipicamente sono presenti in ogni tipo di accoppiamento meccanico.

In realtà esistono anche collegamenti completamente rigidi che non consentono nessuna compensazione dei disallineamenti, in questo caso abbiamo un collegamento iperstatico che obbliga altri organi di trasmissione, come ad esempio i cuscinetti, a sopperire ai disallineamenti meccanici della linea d’asse.

Esistono anche giunti con caratteristiche particolari, come i giunti di sicurezza, che svincolano la parte motrice da quella condotta in caso di sovraccarico di coppia, tutelando gli organi di trasmissione che sono a valle del giunto di sicurezza stesso.

Riassumendo:

• Giunti rigidi: ulteriormente suddivisibili in giunti a manicotto, a flangia e a gusci.
• Giunti torsionalmente rigidi e torsionalemente elastici: ulteriormente suddivisibili in base al materiale, se metallici o elastomerici. Le tipologie di torsionalmente rigidi più comuni sono in materiale metallico a soffietto o lamelle, mentre per i torsionalmente elastici i più usati sono i giunti a molla, con  inserti elastomerici.
• Giunti articolati: suddivisibili in assiali, trasversali, angolari e misti. Tra i più comuni abbiamo i giunti di Oldham, giunti cardanici.
• Giunti di sicurezza: impediscono la trasmissione di momenti torcenti troppi elevati.

Cos’è un giunto torsionalmente rigido?

Un giunto torsionalmente rigido è un dispositivo meccanico progettato per trasmettere coppia compensando piccoli disallineamenti assiali, radiali e angolari. La rigidità torsionale consente un trasferimento diretto del moto, garantendo un’elevata precisione e sincronizzazione tra le parti accoppiate.

Vediamo nel dettaglio l’esempio del giunto a soffietto e del giunto a lamelle metalliche.

Figura 1 – Giunti a Soffietto

Il giunto a soffietto metallico è composto da 3 parti: i due mozzi di accoppiamento e il soffietto metallico. La caratteristica principale di questa tipologia di giunti è data dalla loro capacità di trasmettere il moto in maniera molto precisa con un bassissimo momento d’inerzia; soluzione tecnica particolarmente ricercata in tutte quelle applicazioni ad elevata dinamica.

Figura 1 – Giunto a Lamelle Metalliche

Lo schema di base del giunto a lamellare differisce da quello del giunto a soffietto relativamente alla tipologia di elemento di compensazione che, in questo caso, è costituito da un pacco lamellare multi strato.

Il giunto è torsionalmente rigido con basse capacità di smorzamento delle vibrazioni, ma consente la compensazione dei disallineamenti degli alberi correggendo errori di tipo angolare e assiale. Per poter compensare anche il disallineamento radiale è necessario utilizzare un doppio pacco lamellare. Si può aumentare la flessibilità del giunto introducendo un elemento intermedio tubolare, come nelle figure, che può trasmettere movimento anche tra organi di trasmissione distanti tra loro.

Cos’è un giunto torsionalmente elastico?

I giunti torsionalmente elastici sono dispositivi che, grazie all’utilizzo dell’inserto elastomerico come elemento di compensazione, consentono una precisa trasmissione del moto, unitamente alla capacità di smorzare eventuali vibrazioni generate dal sistema.

Tra i tipi più comuni vi sono il giunto a molla, il giunto con inserti elastomerici e il giunto Periflex.

Figura 3 – Giunto a Molla, della categoria dei giunti elastici torsionalmente elastici

Nel giunto a molla la trasmissione della coppia si trasmette per deformazione a flessione e a torsione del nastro di acciaio avvolto a serpentina su due mozzi solidali agli alberi da collegare mentre l’involucro esterno contiene grasso o lubrificante ad alta viscosità a seconda della velocità di rotazione. Con l’aumentare della coppia, il nastro si appoggia sulle sedi andando ad aumentare la rigidezza del sistema fino ad arrivare al punto in cui il nastro è a contatto con tutto il dente e l’elasticità del giunto è data solo dal breve tratto di nastro compreso tra i due semigiunti. Questa soluzione meccanica permette correzioni di piccoli spostamenti assiali (3-5 mm), radiali (0.5-1.5 mm) e angolari (1-2°). Lo smorzamento delle vibrazioni avviene sia per l’effetto della molla elastica che per l’attrito tra nastro e sedi.

Figura 4 – Giunto con Tasselli elastomerici

Il giunto ad elastomero è costituito da due mozzi opportunamente lavorati per consentire il montaggio con gli inserti elastomerici. Grazie alla sua struttura, è in grado di assorbire urti e vibrazioni derivanti da carichi discontinui o alternati, ed inoltre  compensa disallineamenti tra l’albero motore e quello condotto. Può operare in entrambi i sensi di rotazione, risultando adatto anche per applicazioni con funzionamento reversibile.

Figura 5 – Giunto Periflex

Il giunto Periflex è un giunto elastico a manicotto progettato per collegare due alberi in modo affidabile, garantendo la trasmissione della coppia anche in presenza di disallineamenti. La sua struttura si basa su due mozzi metallici uniti da un manicotto in elastomero ad alta resistenza, che rappresenta il cuore funzionale del sistema. Questo elemento elastico permette al giunto di assorbire efficacemente vibrazioni, urti e discontinuità di carico, proteggendo così le macchine collegate da sollecitazioni dannose.

Grazie alla sua capacità di compensare disallineamenti angolari, assiali e radiali, il Periflex si adatta bene a condizioni di montaggio non perfettamente allineate, come accade spesso negli impianti industriali. Il funzionamento è silenzioso e regolare, proprio per via dell’elasticità del manicotto, che smorza i picchi di coppia e riduce il rumore. Inoltre, essendo privo di parti da lubrificare e soggetto a una minima usura, richiede una manutenzione molto contenuta: in genere è sufficiente sostituire il manicotto dopo lunghi cicli di utilizzo.

Confronto diretto tra giunti torsionalmente rigidi ed elastici

Quando usare un giunto torsionalmente rigido e quando usare un giunto torsionalmente elastico

Il giunto torsionalmente rigido è indicato in tutte quelle applicazioni dove la precisione del moto è fondamentale. Ad esempio:

• Sistemi di posizionamento (CNC, servomotori)
• Trasmissione di coppie elevate con disallineamenti minimi
• Linee di produzione automatizzate
• Applicazioni dove è necessario mantenere la sincronizzazione perfetta tra i componenti

Tuttavia, è importante considerare che questi giunti non sono in grado di smorzare eventuali moti vibrazionali e non forniscono alcuna protezione contro i carichi d’urto o le vibrazioni. L’installazione deve essere eseguita con estrema precisione, pena un rapido degrado del sistema.

I giunti torsionalmente elastici, invece, sono ideali quando si desidera:

• Attenuare vibrazioni torsionali
• Proteggere i componenti a valle da carichi impulsivi
• Gestire carichi variabili o ciclici
• Mantenere la longevità del sistema in condizioni dinamiche variabili

Sono dunque perfetti per:

• Macchine rotanti con avviamenti frequenti
• Impianti di generazione di energia (motori diesel, generatori)
• Trasmissioni soggette a rampe di accelerazione e decelerazione comandate da inverter
• Applicazioni con elevata inerzia e possibilità di risonanza

Quindi, riassumendo, prima di cercare la soluzione più adatta all’applicazione in esame è opportuno conoscere i seguenti dati:

• Tipo di carico: statico o dinamico, continuo o impulsivo
• Precisione richiesta: trasmissione del moto sincronizzata o solo trasferimento di potenza
• Condizioni ambientali: presenza di umidità, agenti chimici, temperature estreme
• Comportamento dinamico del sistema: rischio di risonanza torsionale, cicli di carico variabili

In fase progettuale è utile eseguire un’analisi torsionale dell’intero sistema, per individuare le frequenze naturali e le condizioni operative critiche. La rigidezza del giunto influisce direttamente sulle frequenze proprie del sistema, e quindi sulla sua stabilità.

Il ruolo del fornitore di componenti

Durante la progettazione di macchine complesse è necessario compiere delle scelte tecniche influenzate anche da ciò che il mercato ha da offrire. Per questo motivo è sempre meglio affidarsi a fornitori di componenti dalla grande esperienza, come R+W, azienda leader nella produzione di giunti di svariate tipologie e alberi di trasmissione. R+W, grazie al suo ampissimo catalogo di prodotti e alla possibilità di personalizzazione delle geometrie, è capace di soddisfare ogni richiesta e fornire soluzioni ai clienti anche alle problematiche più complesse.

Ad esempio, i giunti ad elastomero di R+W sono caratterizzati da un design che garantisce un’assenza di gioco, ottenuto grazie a una speciale geometria dei morsetti e a un inserto in elastomero precaricato. Gli inserti in elastomero sono disponibili in diversi valori di durezza Shore che consentono di adattare il giunto con precisione ai requisiti di smorzamento, rigidità torsionale e compensazione del disallineamento dell’applicazione.

I giunti lamellari R+W prevedono l’utilizzo di pacchi lamellari in acciaio Inox ad alta flessibilità. Il fissaggio dei pacchi lamellari ai mozzi viene eseguito tramite 6 viti rinforzate 12.9 che devono garantire un perfetto accoppiamento tra le boccole dei pacchi lamellari e le controsedi in tolleranza ricavate sui mozzi, in modo tale che la trasmissione di coppia sia totalmente a carico dei pacchi lamellari e non per sollecitazione a taglio. I giunti a singolo pacco lamellare compensano disallineamenti assiali ed angolari; in configurazione a doppio pacco lamellare otteniamo anche la compensazione dei disallineamenti radiali.