Giunto cardanico: viti, spine e sistemi di fissaggio

Il giunto cardanico, o cardano, è un organo meccanico che trasmette il moto rotatorio e la coppia, ovvero il momento torcente, tra due alberi inclinati l’uno rispetto all’altro. Nella configurazione classica, il movimento passa attraverso due forcelle collegate da una crociera, che consente l’articolazione del giunto durante la rotazione.

L’affidabilità della trasmissione dipende anche da come ciascuna forcella viene fissata al proprio albero. Il collegamento deve trasferire la coppia e impedire spostamenti assiali indesiderati: queste funzioni possono essere svolte dallo stesso elemento oppure ripartite tra spine, viti e accoppiamenti sagomati, secondo la costruzione del mozzo, cioè la parte della forcella che accoglie l’estremità dell’albero.

Funzionamento e scelta del collegamento

Quando lavora con un angolo diverso da zero, un giunto cardanico singolo produce una variazione periodica della velocità dell’albero condotto, anche se quello motore ruota a velocità costante.

Tale irregolarità aumenta all’aumentare dell’angolo e dev’essere considerata nella scelta della trasmissione. Utilizzando due articolazioni, è possibile compensarla rispettando precise condizioni geometriche: uguali angoli di lavoro e corretto orientamento delle forcelle sull’albero intermedio.

Il dimensionamento deve quindi mettere in relazione coppia, regime di rotazione e inclinazione, considerando anche avviamenti, urti e inversioni di marcia. Le stesse condizioni interessano il fissaggio albero-mozzo, la cui capacità dev’essere verificata insieme a quella del giunto.

Per scegliere il fissaggio occorre individuare innanzitutto come viene trasferita la coppia. Su un albero cilindrico privo di linguetta, il collegamento può essere realizzato mediante una spina inserita in appositi fori trasversali oppure attraverso il serraggio per attrito di un mozzo a morsetto. Con una linguetta o un profilo scanalato, invece, la coppia passa attraverso le superfici dell’accoppiamento geometrico; un ulteriore elemento può essere necessario per mantenere la posizione assiale. Nei collegamenti con linguetta, per esempio, un grano può svolgere questa funzione di arresto.

Spine trasversali e accoppiamento dei fori

Una spina che attraversa mozzo e albero può assicurare sia la trasmissione della coppia che il mantenimento della posizione assiale. Nel collegamento diametrale passante, lo sforzo interessa generalmente due sezioni di taglio della spina, poste alle interfacce tra albero e mozzo.

La resistenza di questo collegamento nel giunto cardanico dipende però anche dai componenti attraversati. Il diametro del foro deve risultare compatibile con la sezione dell’albero, mentre le pareti del mozzo devono avere materiale sufficiente per sostenere le pressioni esercitate dalla spina. La scelta riguarda quindi l’intero accoppiamento, non soltanto la resistenza del fissaggio.

Quando previste dal progetto, le spine elastiche a spirale si trattengono mediante la pressione radiale sviluppata nel foro e conservano una deformabilità utile sotto carichi dinamici. Diametro e serie devono essere scelti in relazione alle sollecitazioni e ai materiali dell’albero e del mozzo.

I fori nel mozzo e nell’albero devono inoltre essere allineati e avere diametri compatibili: differenze eccessive tra questi diametri possono favorire movimenti relativi, mentre tratti di spina insufficientemente sostenuti possono subire flessione. Queste spine di collegamento vanno distinte dai perni interni dell’articolazione, che richiedono procedure di montaggio e ritenuta specifiche.

Grani, viti e morsetti per il giunto cardanico

I grani a cava esagonale agiscono attraverso un foro filettato radiale nel mozzo, portando la propria estremità a contatto con l’albero.

La forma della punta determina il tipo di contatto: quella a coppa può incidere la superficie, mentre un codolo cilindrico può impegnare una sede predisposta. La scelta deve quindi considerare geometria e durezza dell’albero, oltre alla necessità di smontare o riposizionare il giunto cardanico.

Il mozzo a morsetto utilizza un principio diverso. Il serraggio della vite riduce l’apertura dell’intaglio, facendo stringere il mozzo attorno all’albero; nell’accoppiamento cilindrico liscio, la pressione di contatto così generata permette di trasferire la coppia per attrito. Le viti a testa cilindrica con esagono incassato impiegate nel serraggio devono corrispondere alle caratteristiche prescritte per il componente.

La coppia di serraggio della vite e la coppia trasmissibile dal mozzo sono grandezze differenti. La capacità del collegamento dipende anche dalle tolleranze, dalle superfici a contatto e dalla profondità d’inserimento dell’albero. Il montaggio deve rispettare questi parametri e le indicazioni del costruttore.

Durante l’esercizio, rumori, vibrazioni o aumento del gioco richiedono una verifica sia dei fissaggi che dell’articolazione, perché usura e lubrificazione insufficiente possono compromettere anche un giunto perfettamente serrato.