Articulația cardanică

Funcționarea cardanului

În ingineria mecanică , articulația cardanică , articulația Cardano sau pur și simplu cardanul ^[1] ( AFI : / karˈdano / ^[2] ) (în engleză numită Universal Joint ) este un patrulater articulat spațial. Permite transmiterea mișcării între două axe rotative ale căror extensii sunt incidente într-un singur punct și, prin urmare, pot fi clasificate ca organ de transmisie .

Inventia

Busola nautică

Invenția acestui tip de articulație datează cel puțin în secolul al III-lea î.Hr. , de către oameni de știință greci, cum ar fi Filon din Bizanț , care o descrie clar ( karkesion ) în lucrarea sa Belopoiika ^[3] . Mai mult, încă din secolul al IV-lea î.Hr. , cu invenția catapultei, a fost folosită pentru a ținti arma. A fost redescoperită în 1545 , din opera matematicianului italian Gerolamo Cardano (1501-1576), care a raportat inițial autorul său lui Joanello Torriani . Celebrul om de știință italian s-ar fi inspirat dintr-o busolă pentru navigația maritimă, fixată pe două cercuri articulate. El a descris articulația care îi poartă numele într-un tratat intitulat De subtilitate rerum .

Constructie

Se compune (pe lângă axele între care se transmite mișcarea, care nu fac parte în mod corespunzător din articulație) din două perechi de rotație dispuse pe același element îndoit la 90 °, fiecare pe o parte, conectate la o axă. Acest element central, adesea în formă de cruce, se numește cruce .

Raportul de transmisie

Viteza relativă a arborelui antrenat în raport cu arborele de antrenare în funcție de unghiul dintre cele două arbori

Raportul de transmisie instantanee, adică raportul dintre vitezele unghiulare ale arborelui motor și arborele antrenat este dat de formula:

\tau ={\frac {\omega _{2}}{\omega _{1}}}={\frac {\cos \alpha }{1-\mathrm {sen} ^{2}(\alpha )\cos ^{2}(\theta )}}

{\ displaystyle \ tau = {\ frac {\ omega _ {2}} {\ omega _ {1}}} = {\ frac {\ cos \ alpha} {1- \ mathrm {sen} ^ {2} (\ alfa) \ cos ^ {2} (\ theta)}}}

{\ displaystyle \ tau = {\ frac {\ omega _ {2}} {\ omega _ {1}}} = {\ frac {\ cos \ alpha} {1- \ mathrm {sen} ^ {2} (\ alfa) \ cos ^ {2} (\ theta)}}}

În cazul în care ω ₂ și ω ₁ sunt turațiile unghiulare respective ale arborelui 2 și arborelui 1, α este unghiul de nealiniere a axei arborelui antrenat față de axa arborelui de acționare (suplimentar la unghiul dintre axele doi arbori) și θ este unghiul descris de latura elementului conectat la arborele 1 în timpul rotației aceluiași arbore.

Îmbinarea cardanică nu este homokinetică , adică viteza unghiulară instantanee a arborelui antrenat nu este constantă în timpul unei rotații complete, dar așa cum este descris mai sus, este o funcție a unghiului θ, în timp ce viteza medie de rotație a celor doi arbori este egală. Acest lucru determină dezavantajul evident al unei transmisii non-fluide care, în cazul turațiilor mari, poate duce la probleme legate de vibrații, de exemplu.

O transmisie homokinetică poate fi obținută prin utilizarea a două îmbinări universale în serie între ele care au același α, pentru a conecta, prin urmare, doi arbori paraleli neincidenți.

Utilizare

Articulația cardanică

Gimbal utilizat în agricultură

Îmbinarea cardanică este utilizată pe scară largă în mecanică pentru proprietățile sale, dar și pentru simplitatea relativă și rentabilitatea sa în comparație cu alte tipuri de legături între arbori de tipul menționat anterior.

În mecanică este utilizat în general în arbori de direcție și transmisie
În mașinile agricole , un arbore telescopic cu două îmbinări cardanice este utilizat pentru a transmite mișcarea rotativă de la preluarea puterii tractorului la instrumentele conectate (de exemplu, mașina de frezat). Este important să subliniem că utilizarea articulației cardanice este necesară în cazul în care axa care transmite mișcarea nu coincide perfect cu axa condusă sau când aceasta din urmă este susceptibilă chiar și de dezalinieri minime. De exemplu, arborele osiei autovehiculelor și axul roții nu sunt aproape niciodată perfect coincidente, datorită efectului de amortizare, astfel încât este necesară utilizarea arborelui cardanic. Și în orice caz, chiar și mișcările constante milimetrice sau alternante între 2 axe fac necesară utilizarea articulației cardanice, altfel organele se vor rupe.