Dimensionamento Giunto Cardanico

[Serginho]

Buongiorno
mi è stato chiesto di dimensionare un cardano per una macchina per la raccolta e la potatura.
La mia esperienza è solo per il settore industriale e non quello applicato ai motori.
La macchina ha un motore diesel con pompa e motore idrostaico.
Le informazioni che posso dare sono: potenza del motore, bar per pompa e motore idrostatico, rapporti cambio e differenziale, diametro ruote, peso e pendenza.
C'è qualche utente che ha esperienza con questi calcoli?
Grazie e buona giornata a tutti

[mefito]

che parti mette in connessione il cardano?

[Serginho]

I cardani sono due collegano il cambio con il differenziale anteriore e posteriore, sono quattro ruote motrici.
La difficoltà è che non posso basarmi sulla potenza del motore e i giri in uscità del cambio perche devo calcolare la coppia la pompa idrostaica da 250 bar e il motore variabile da 80/160 bar

[mefito]

Per dimensionare il cardano devi conoscere la coppia,per cui devi avere la coppia del motore idraulico (rilevabile nelle caratteristiche del motore),saper se dal motore ai tuoi giunti cardanici è interposto un rapporto di moltiplica o demoltiplica ed hai già il valore massimo di coppia applicata su un solo albero.,indipendentemente da ciò che ci sta a valle.
Applichi il coefficiente di sicurezza ed il gioco è fatto.
Conoscere la coppia resistente dopo l'albero servirebbe solo a dimensionare il motore ,ma quello tu già ce l'hai.

[Serginho]

Non è così semplice, il motore diesel ha 50 HP a 3200 giri. il rapporto del cambio per calcolare la coppia è 1:7,13.
Consideranto che il cardano, alla velocità di 1 Km/ora fa 36 giri, mi viene una coppia massima di 994 Nm, ma il cardano montato, che dovrebbe resistere fino a 1000 senza deformazioni permanenti si è rotto.
Quanto devo considerare per il peso? (6000 Kg a pieno carico), per il coefficiente di attrito per le ruote diam. 0.38? l'asperità del terreno e la pendenza?
Credo di conoscere la funzione del motore e della pompa idrostatica ma no so coem viene utilizata nella macchina.
Ho solo pressione della pompa, 250 bar e del motore , (var. 80/160) non so come calcolare la pressione in bar nei conteggi del momento torcente e se si aggiunge a quella del motore diesel.

[mefito]

Scusami,ma non hai una trasmissione data da motore idraulico?
Se cosi fosse la coppia massima è data dalla coppia massima del motore per le eventuali rapportature prima dei cardani e la calcoli, tutto ciò che c'è dopo non conta,perchè il limite è sempre il motore.

Diverso il caso di trasmissione meccanica,allora oltre ai giri c'è anche una componente inerziale che aumenta enormemente i picchi di coppia,qual'è il tuo caso?

Se il cardano si è rotto(che cosa si è rotto in particolare?)ed era in buone condizioni,evidentemente puoi aver calcolato male la coppia.

Potresti inserire i valori calcolati e come sei arrivato a calcolarli?

[doctor46]

Il fattore principale per dimensionare un cardano è sicuramente la coppia max da trasmettere, e già quì vedo che ci sono parecchi dubbi su quale sia effettivamente, ma non vanno trascurati nemmeno il numero di giri, il fattore di servizio, e l'angolo risultante della trasmissione stessa.
Una combinazione gravosa di questi fattori può richiedere una trasmissione 4 o 5 volte più robusta di quanto calcolato dal solo parametro di coppia max.

[Serginho]

Completo le informazioni che mancano e mi scuso se mi dilungherò.
Mi occupo di trasmisisoni cardaniche pricipalmente per il settore industriale, laminatoi, macchine lavorazione legno, imbottigliamento ecc., dove è importante il momento torcente ma sopratutto la durata in ore in funzione dell'angolo di lavoro e del numero di giri.
Importante nella applicazioni fisse la durata in ore, nelle applicazioni agricole , dove la durata in ore è legata all'utlizzo durante la stagione è molto importante che la coppia in servizio non sia superiore a quella del cardano.
Nell'applicazione che ho descritto nella prima fornitura non è stato fatto alcun dimensionamento perchè mi è stato comunicato la misura della flangia e ho fornito la grandezza del cardano con flangia corrispondente alle misure comunicatemi.
Dopo 15 ore di lavoro si è rotta sullo scanalato eprecisamente sul diametro inferiore necessario per far uscire l'utensile utlizzato per la dentatura.
La rottura è avvenuta nella parte più debole del cardano che a differenza di quello agricolo prevede uno scanalato e non un tubo sagomato per lo scorrimento.
A questo punto il cliente ha chiesto di verificare se il cardano fornito era corretto per l'applicazione in questione o se è meglio aumentare di una o due grandezze, con la flangia speciale in modo di avere sempre l'intercambiabilità.
La difficoltà nel determinare il momento torcente è che non conosco a fondo gli spunti del motore idrostatico e quanto incide la massa del mezzo e il coefficiente di aderenza delle ruote.
Se avete conoscenza di questa applicazione o una similare dove viene utilizzato un motore idrostatico posso fornirvi i dati in mio possesso, nel frattempo vedo di parlare con il cliente e farmi dare ulteriori informazioni.
Se volete come informazioni per voi posso mandarvi la foto del cardano rotto e lo schema molto semplificato dell'applicazione

[doctor46]

Prova a vedere se queste informazioni possono tornarti utili.

http://www.trasmec.net/ita/norme_tecniche.htm

[Serginho]

Grazie ma sono quelle per impianti industriali con i fattori di correzione per il motore diesel, per esempio collegate a delle pompe, ma non considerano altri fattori per un applicazione automobilistica.
Ho i dati del cambio dove al massimo può entrare una coppia di 200 Nm, significa che a valle la coppia supera i 1000 Nm

[enovob]

Completo le informazioni che mancano e mi scuso se mi dilungherò.
Mi occupo di trasmisisoni cardaniche pricipalmente per il settore industriale, laminatoi, macchine lavorazione legno, imbottigliamento ecc., dove è importante il momento torcente ma sopratutto la durata in ore in funzione dell'angolo di lavoro e del numero di giri.
Importante nella applicazioni fisse la durata in ore, nelle applicazioni agricole , dove la durata in ore è legata all'utlizzo durante la stagione è molto importante che la coppia in servizio non sia superiore a quella del cardano.
Nell'applicazione che ho descritto nella prima fornitura non è stato fatto alcun dimensionamento perchè mi è stato comunicato la misura della flangia e ho fornito la grandezza del cardano con flangia corrispondente alle misure comunicatemi.
Dopo 15 ore di lavoro si è rotta sullo scanalato eprecisamente sul diametro inferiore necessario per far uscire l'utensile utlizzato per la dentatura.
La rottura è avvenuta nella parte più debole del cardano che a differenza di quello agricolo prevede uno scanalato e non un tubo sagomato per lo scorrimento.
A questo punto il cliente ha chiesto di verificare se il cardano fornito era corretto per l'applicazione in questione o se è meglio aumentare di una o due grandezze, con la flangia speciale in modo di avere sempre l'intercambiabilità.
La difficoltà nel determinare il momento torcente è che non conosco a fondo gli spunti del motore idrostatico e quanto incide la massa del mezzo e il coefficiente di aderenza delle ruote.
Se avete conoscenza di questa applicazione o una similare dove viene utilizzato un motore idrostatico posso fornirvi i dati in mio possesso, nel frattempo vedo di parlare con il cliente e farmi dare ulteriori informazioni.
Se volete come informazioni per voi posso mandarvi la foto del cardano rotto e lo schema molto semplificato dell'applicazione

Salve Serginho
Perdonami l'intrusione,ma per non dare per scontato com'è fatto l'impianto di trasmissione, ti pongo alcune domande(scusami se ti sembreranno ovvie):
1) il motore idrostatico trasmette moto contemporaneamente ai cardani?
2) il diametro delle ruote è uguale (anteriori e posteriori)?
3) i differenziali dei ponti hanno lo stesso rapporto di trasmissione finale?
Saluti

[mefito]

Se come sembra la trasmissione è data da un motore idraulico,la coppia massima è in funzione di questo.
Visto che è già stata calcolata questo valore si dovrebbe conoscere.
Il valore calcolato è a 1 kmh,ma riducendo ancora la velocità,la coppia non aumenta (tenendo conto delle peculiarità di un motore idraulico)?

[Serginho]

Ho contattato il cliente per avere uno schema dell'applicazione per poter dare più informazioni.
Sono d'accordo che se considero solo i 50 HP del motore ho una coppia bassa ma sono sicuro che deve essere considerata la coppia in uscita del motore idraulico, mi hanno solo indicato che il motore idrostatico lavora a 130 bar, mi farò trasformare dal cliente il valore da bar in Nm.
Nello schema che ho si vede che il cardano viene applicato fra un rinvio, dove sono attaccati i due cardani che collegano i differenziali (uno anteriore e uno posteriore), risulta quindi applicato sul candano il 50% della coppia, le ruote hanno lo stesso diametro (0,38) e i due differenziali hanno lo stesso rapporto,1:4,375,
In 1° il rapporto è 1:31,21 - in 2° 1:7,71.
Nella determinazione del momento torcente il cliente mi ha indicato di considerare il rapporto del cambio a 1:7,13(si ha la coppia maggiore?)
Per la potatura la velocità diminuisce ancora a 35 metri/ora, la coppia penso aumenti ma la rottura è avvenuta durante la raccolta a 1 Km/ora.

[doctor46]

Per determinare la coppia max del motore devi conoscere la sua cilindrata, se è a portata vairabile considera la max raggiungibile con piatto a fine corsa.
A questo punto con la formula Cilindrata (Cm3) x Pressione (Bar) / 560 ottieni il vlore in Kgm della coppia max erogata da quel motore idraulico indipendentemente dal numero di giri.

[mefito]

Ho contattato il cliente per avere uno schema dell'applicazione per poter dare più informazioni.
Sono d'accordo che se considero solo i 50 HP del motore ho una coppia bassa ma sono sicuro che deve essere considerata la coppia in uscita del motore idraulico, .

I)nfatti,il motore termico potrebbe essere anche il doppio,ma la coppia massima al motore idraulico dipende solo dalla pressione.

mi hanno solo indicato che il motore idrostatico lavora a 130 bar, mi farò trasformare dal cliente il valore da bar in Nm..

Questo è un dato fondamentale.

Nello schema che ho si vede che il cardano viene applicato fra un rinvio, dove sono attaccati i due cardani che collegano i differenziali (uno anteriore e uno posteriore), risulta quindi applicato sul candano il 50% della coppia, .

No,se non c'è differenziale centrale la coppia può essere anche tutta su un solo asse motrice(e rispettivo cardano).

Nella determinazione del momento torcente il cliente mi ha indicato di considerare il rapporto del cambio a 1:7,13(si ha la coppia maggiore?).

La coppia massima si ha con la demoltiplicazione maggiore ed allo spunto.
Immagina le ruote bloccate.

Per la potatura la velocità diminuisce ancora a 35 metri/ora, la coppia penso aumenti ma la rottura è avvenuta durante la raccolta a 1 Km/ora.

La coppia massima è certa,ma a velocità fissa la coppia"resistente" ha un valore variabile.
A 1kmh in salita o discesa credo debba essere significatamente diversa.

[Serginho]

Grazie tutte osservazioni corrette.
Domani spero di avere ulteriori informazioni.
In allegato ho messo due fogli con un'applicazione penso simile alla mia (senza il ripartore) e la formula che pensavo di utilizzare.
Nelle decrizione ho segnato i dati in mio possesso e con un pallino quelli che dovrei avere per inserire nella formula.

[Serginho]

Ecco lo schema completo:
Motore diesel-pompa/motore idrostaico-cambio-differenziale
All'uscita di questo differenziale è montato il cardano che si collega con l'altro differenziale
Il rapporto in prima marcia è1:7,13 in seconda 1:1.76 (giri max del cardano 680) e una velocità max di 19 Km/ora rapporto del differenziale 1:4,373.
Alle ruote il rapporto in prima marcia è 1:31.21
La pressione della pompa/motore idrodtatico è 250 (valore massimo per superare piccole pendenze avvallamenti nel terreno) e 150/200 bar di lavoro, la cilindrata è 130 cm3
Per trasformare i bar in momento torcente la formula è la seguente:

Bar x cilindrata / 680 = Kgm

Nei calcoli ilcliente e per esperienza su questo tipo di applicazione considera il 50% del peso del mezzo e della coppia su ogni ponte.
Su questo ho dei dubbi se un differenziale è fissato all'uscita del cambio cosa succede se le altro ruote, per esempio su terreno bagnato, slittano?
Sapete quale può essere il coefficiente di aderenza delle ruote su un terreno non eccessivamente irregolare magari con erba (sicuramente non arato)?

Ho provato a simulare velocemente un calcolo con la formula e con i dati in mio possesso e mi risulta circa 146 Kgm in prima a pieno carico e 250 bar, quasi tre volte la coppia del motore e mi sembra troppo.
Non ho inserito i dati del ripartitore perchè dalla descrizione del cliente (il tecnico con cui ho parlato, ma non è il pregettista, non lo sa) non mi pare ci sia.

[mefito]

Ecco lo schema completo:
Motore diesel-pompa/motore idrostaico-cambio-differenziale
All'uscita di questo differenziale è montato il cardano che si collega con l'altro differenziale.

A me era più chiaro prima della spiegazione...
Quindi c'è il cambio e poi un differenziale centrale da cui partono i due cardani?

Nei calcoli ilcliente e per esperienza su questo tipo di applicazione considera il 50% del peso del mezzo e della coppia su ogni ponte.
Su questo ho dei dubbi se un differenziale è fissato all'uscita del cambio cosa succede se le altro ruote, per esempio su terreno bagnato, slittano?

Se c'è un differenziale la massima coppia è data dalla ruota con la minor resistenza al rotolamento(o slittamento),se non c' differenziale centrale dalla massima resistenza di un asse e quindi solo su quel cardano.

Sapete quale può essere il coefficiente di aderenza delle ruote su un terreno non eccessivamente irregolare magari con erba (sicuramente non arato)?.

Ma per dimensionare i cardani non devi ipotizzare la condizione peggiore di massima coppia resistente?

Ho provato a simulare velocemente un calcolo con la formula e con i dati in mio possesso e mi risulta circa 146 Kgm in prima a pieno carico e 250 bar, quasi tre volte la coppia del motore e mi sembra troppo.

.

dipende solo dalle demoltiplicazioni,visto che la coppia è inversamente proporzionale alla velocità degli alberi.

[enovob]

...Nei calcoli ilcliente e per esperienza su questo tipo di applicazione considera il 50% del peso del mezzo e della coppia su ogni ponte.
Su questo ho dei dubbi se un differenziale è fissato all'uscita del cambio cosa succede se le altro ruote, per esempio su terreno bagnato, slittano?...

Salve Serginho
...altra domanda ovvia,correggimi se sbaglio, si tratta di un prototipo?
in totale i differenziali sono 2 o 3? Nel caso, il 3.o bisogna considerarlo con funzione di ripartitore?
Saluti

[Serginho]

Non considerate le prime informazioni, la descrizione non era corretta mentre ora che è giusta non è chiara, vedo di risolvere.
Confermo che le trasmissioni cardaniche sono due e sono montate in serie perchè non è possibile montarne una sola. Devono abbassarsi per passare sotto il motore e alzarsi per collegare l'altro differenziale, immaginate un trapezio isoscele, con la base maggiore in alto, dove la base maggiore è l’asse che unisce i due differenziali la base minore è il rinvio che sostiene i due cardani mentre i lati del trapezio sono i cardani.
Immaginate inoltre tutto il sistema, motore diesel+pompa+motore idrostaico+cambio+differenziale, come un blocco unico.
Questo sistema ha il differenziale collegato al ponte anteriore, da qui parte la prima trasmissione cardanica che si collega con il differenziale posteriore per mezzo del secondo cardano, i due cardani sono sostenuti da un rinvio (un albero rigido sostenuto da due cuscinetti, la base minore del trapezio isoscele).



Salve Enovob
i differenziali sono due
il mio cliente ha tre modelli a catalogo ma penso che questo da 50 HP sia una nuova versione, diciamo pure prototipo anche sene ha costriti almeno 5



Salve Mefito
-c'è un cambio collegato direttamente al perno del differenziale
-C’è un differenziale ma il cardano collega cambio-differenziale, come faccio a calcolare se c’è una variazione di coppia in caso di slittamento delle ruote? Penso convenga calcolare la coppia massima del motore e tenere un fattore di sicurezza da valutare.
-Si, devo conoscere la coppia massima che la macchina può avere e fornire un cardano che abbia una coppia massima almeno identica se non superiore,
-Giusto l’osservazione della coppia inversamente proporzionale alla velocità.


Nei calcoli che sono abituato a fare per gli impianti industriali con 51 Kgm e un motore elettrico i cuscinetti del cardano possono durare 3000 ore teoriche (che a 8 ore al giorno significa circa poco più di un anno) mentre in agricoltura lavorando solo 3/4 mesi la vita teorica dei cuscinetti è di oltre 5 anni.
Ma nell’industria con questi calcoli non mi si è mai rotto, in questa applicazione invece con le coppie di spunto, la massa, le variazioni di velocità, l’asperità del terreno, le pendenze ecc. si è rotto dopo 15 ore
Credo per partendo dalla coppia massima del motore debba essere aggiunti i fattori di sicurezza (o correzzione) legati all'applicazione

[enovob]

...Confermo che le trasmissioni cardaniche sono due e sono montate in serie perchè non è possibile montarne una sola. Devono abbassarsi per passare sotto il motore e alzarsi per collegare l'altro differenziale, immaginate un trapezio isoscele, con la base maggiore in alto, dove la base maggiore è l’asse che unisce i due differenziali la base minore è il rinvio che sostiene i due cardani mentre i lati del trapezio sono i cardani.
Immaginate inoltre tutto il sistema, motore diesel+pompa+motore idrostaico+cambio+differenziale, come un blocco unico.
Questo sistema ha il differenziale collegato al ponte anteriore, da qui parte la prima trasmissione cardanica che si collega con il differenziale posteriore per mezzo del secondo cardano, i due cardani sono sostenuti da un rinvio (un albero rigido sostenuto da due cuscinetti, la base minore del trapezio i...

Salve Serginho
...ti assicuro che son riuscito a capire perfettamente la prima parte della quota, mi areno quando parli di differenziale attaccato al cambio...collegato al ponte anteriore,come? Scusami,forse sarò un pò duro di..
Saluti

[Serginho]

Non credo sia un problema tuo ma ho descritto l'applicazione come ho capito dalla conversazione con il cliente.
Sono sicuro di una cosa, il perno del differenziale è collegato al cambio.
Allego uno schema fatto a mano.
Si notano i due differenziali che il cliente chiama "Punti vettura" che per me sono i due differenziali
Come si nota i due cardani sono in linea e possono prendere il moto da un lato solo