Spiegazione del diagramma del giunto a U: parti, tipi e come misurare un giunto universale

Quando un albero di trasmissione inizia a rumoreggiare durante i cambi di marcia o a tremare a velocità autostradale, la decisione di ripararlo di solito si riduce a un problema pratico: identificare l'esatto giunto universale montato sul veicolo, spesso dopo che anni di sale stradale hanno offuscato il numero di parte stampato sull'albero trasversale. Un diagramma congiunto a U è lo strumento più diretto per questo lavoro. Letto correttamente, converte una parte usurata in tre o quattro dimensioni misurabili e tali dimensioni nella giusta sostituzione. Questo articolo tratta ciò che viene etichettato in un diagramma standard, come si comporta la geometria della croce e della forcella sotto carico, i tipi di giunti distinti dalla maggior parte dei grafici e la routine di misurazione che le officine e gli acquirenti di ricambi seguono prima di ordinare.

Ciò che un diagramma congiunto a U etichetta effettivamente

Ogni schema convenzionale di un giunto cardanico di tipo cardanico è incentrato su un componente: l'albero trasversale, spesso chiamato spider. Quattro perni di articolazione lucidati si estendono dal centro a intervalli di 90 gradi e ciascun perno porta un cuscinetto a rullini racchiuso all'interno di un cappuccio del cuscinetto. I gioghi motore e condotto si inseriscono su coppie opposte di perni, in modo che la coppia possa passare attraverso un angolo mentre entrambi gli alberi continuano a girare.

Le parti mostrate in ogni diagramma

Albero trasversale (ragno): il centro portante; la durezza del perno e la finitura superficiale determinano in gran parte la durata dell'usura.
Cappucci dei cuscinetti con rullini: quattro per giunto; gli aghi distribuiscono il carico e consentono a ciascun giogo di articolarsi di alcuni gradi sotto coppia.
Sigilli: tenere dentro il grasso e tenere fuori l'acqua e la sabbia; il cedimento della tenuta è il normale punto di partenza dell'usura del giunto.
Passaggio e raccordo del grasso: sui giunti ingrassabili, un percorso forato attraverso l'albero trasversale alimenta tutti e quattro i tappi da un unico raccordo.
Hardware di conservazione: anelli elastici, fermagli iniettati o piastre di supporto che bloccano i cappucci nelle orecchie del giogo.

Le versioni ingegneristiche del diagramma aggiungono un'altra variabile: l'angolo operativo tra i due alberi, solitamente scritto con la lettera greca alfa. Quel singolo angolo separa un'immagine che si limita a nominare le parti da un diagramma che prevede come si comporterà il giunto in servizio.

Come si comporta la geometria della croce e della forcella sotto carico

Il meccanismo è costituito da due cerniere disposte a 90 gradi e unite da una croce. Questa disposizione trasporta la coppia attraverso un angolo, ma non a velocità perfettamente costante: un singolo giunto cardanico che gira ad angolo fa girare il suo albero di uscita leggermente più velocemente, poi leggermente più lentamente, due volte per giro. Lo swing cresce con l'angolo. A 10 gradi, la velocità di uscita devia di circa l'1,5% su entrambi i lati della media; al di sotto di pochi gradi la fluttuazione è appena percettibile, mentre oltre i 20 gradi circa si trasforma in vibrazioni e usura accelerata.

Questo è il motivo per cui gli angoli di lavoro dominano la progettazione della trasmissione. La pratica comune OEM mantiene l'angolo operativo di ciascun giunto al di sotto di circa 3 gradi e corrisponde agli angoli accoppiati entro circa 1 grado, quindi la variazione di velocità di un giunto annulla quella dell'altro. Laddove un singolo giunto non può farcela (alberi corti, coppia elevata, corsa estrema delle sospensioni) il diagramma cambia forma: una disposizione a doppio cardano aggiunge un giogo di centraggio e una seconda croce, sopprimendo la maggior parte delle fluttuazioni.

Per vedere dove si trova il giunto universale tra la scatola del cambio e l'asse, accanto alla forcella di scorrimento, al cuscinetto centrale e alle flange di collegamento, la guida a ciò che costituisce una trasmissione completa lo inserisce nel contesto completo dell'assembly. L'albero che trasporta questi giunti nella maggior parte dei layout a trazione posteriore è l'albero dell'elica:

Prop Shaft for Rear-Wheel-Drive Drivelines

Albero di trasmissione per trasmissioni a trazione posteriore Questo albero intermedio collega la trasmissione e l'asse motore nei layout a trazione posteriore, trasportando i giunti universali discussi qui. La sua struttura in acciaio legato ad alta rigidità, il cuscinetto di supporto di precisione e il bilanciamento dinamico meritano una revisione quando si seleziona un gruppo completo dell'albero dell'elica. Visualizza il prodotto →

I tipi di giunti coperti dalla maggior parte dei diagrammi

Le tabelle di identificazione classificano i giunti cardanici lungo due assi: architettura interna e modalità di ritenzione dei cappelli dei cuscinetti. L'architettura si divide nella singola croce cardanica, nel doppio gruppo cardanico e nella scelta tra ingrassabile e sigillato. Lo stile di ritenzione è particolarmente importante durante la sostituzione, perché decide di quali strumenti ha bisogno il lavoro e se il giogo deve essere modificato.

Gli stili di ritenzione determinano il modo in cui un giunto a U si smonta, motivo per cui appaiono in primo piano nei diagrammi di identificazione.
Stile di conservazione	Come lo mostra il diagramma	Applicazione tipica
Anello elastico interno	Anelli elastici posizionati in una lamatura all'interno di ciascuna orecchio del giogo	La maggior parte degli alberi delle autovetture e dei camion leggeri
Anello elastico esterno	Clip montate attorno all'esterno delle orecchie del giogo	Alberi fuoristrada e per carichi pesanti
Blocco iniettato (C-clip)	Un anello piatto di plastica iniettato in una scanalatura	Molti alberi di trasmissione di primo equipaggiamento
Tondo completo con piastre portanti	Piastre imbullonate che fissano i cappelli dei cuscinetti	Carrelli commerciali e trasmissioni industriali

Le serie dimensionali restringono ulteriormente il campo. La pratica del mercato post-vendita nordamericano raggruppa i giunti in serie numerate: 1310, 1330, 1350, 1410 e oltre, ciascuno definito da una combinazione fissa di diametro del cappuccio e larghezza complessiva del giunto. Conoscere la serie trasforma una vaga richiesta in una parte esatta.

Misurazione di un giunto a U rispetto al diagramma

Le guide di misurazione dei principali produttori di cuscinetti seguono la stessa sequenza e un calibro digitale è l'unico strumento richiesto dalla maggior parte dei lavori. Lavora in questo ordine:

Conferma lo stile di conservazione. Anello elastico, clip iniettata o piastra portante: questo decide come esce il vecchio giunto.
Misurare il diametro del cappello del cuscinetto. Misurare la parte esterna di ciascun cappuccio, non il perno usurato; l'usura cambia il perno ma non il cappuccio.
Misurare la larghezza complessiva del giunto. Dalla faccia esterna di un cappuccio del cuscinetto alla faccia esterna del cappuccio opposto: il diagramma indica i punti di riferimento corretti per ogni stile di ritenzione.
Controllare l'ingrassatore. Nota se il giunto è ingrassabile e dove si trova il raccordo: in un cappuccio, a croce o su un'imbracatura.
Abbina i numeri a un grafico in serie. Una differenza di mezzo millimetro indica solitamente una serie diversa, non una parte usurata.

Due misurazioni: diametro del cappuccio del cuscinetto e larghezza complessiva del giunto, separano le serie comuni di dimensioni dei giunti a U.
Serie	Diametro del cappuccio del cuscinetto	Larghezza complessiva del giunto
1310	1,062 pollici (27,0 mm)	3,219 pollici (81,8 mm)
1330	1,062 pollici (27,0 mm)	3,625 pollici (92,1 mm)
1350	1,188 pollici (30,2 mm)	3,625 pollici (92,1 mm)
1410	1,188 pollici (30,2 mm)	4,188 pollici (106,4 mm)

Due abitudini prevengono la maggior parte degli errori di ordinazione. Per prima cosa, misurare con il giunto pulito: il grasso impaccato e le incrostazioni di ruggine distorcono le letture del calibro abbastanza da oltrepassare il limite della serie. In secondo luogo, ricontrolla sia lo sprone che l'articolazione, perché un'orecchio dello sprone allungato non manterrà un'articolazione della misura corretta anche quando l'articolazione stessa misura esattamente correttamente.

Utilizzo del diagramma per leggere usura e guasti

Lo stesso diagramma funge anche da mappa dei guasti, perché ogni parte etichettata si guasta in modo riconoscibile:

Perni brinellati: ammaccature squadrate sotto i rullini causate dal carico d'urto; si sentiva come un rumore metallico quando si innestava una marcia.
Sigilli del cappuccio guasti: il grasso fuoriesce, l'acqua entra, gli aghi si corrodono: il classico inizio dell'usura finale.
Cappucci dei cuscinetti a secco: un mancato ingrassaggio fa collassare gli spilli producendo vibrazioni che aumentano con la velocità di marcia.
Orecchie del giogo allungate: la croce oscilla all'interno del giogo, provocando rumore di gioco anche dopo l'installazione di un nuovo giunto.

Un dettaglio conta di più durante l'installazione: su un albero a due giunti, i gioghi saldati a ciascuna estremità devono essere fasati, con le orecchie allineate sullo stesso piano, in modo che la fluttuazione di velocità di un giunto annulli quella dell'altro. Il riassemblaggio di un albero fuori fase ricrea la stessa vibrazione che i nuovi giunti avrebbero dovuto correggere.

Dove finiscono i diagrammi dei giunti a U e iniziano i diagrammi dei giunti omocinetici

Le due famiglie unite risolvono problemi diversi. Un giunto universale a croce è semplice, torsionalmente rigido e poco costoso da manutenere, ma non è un dispositivo a velocità costante, quindi è adatto agli alberi di trasmissione che funzionano ad angoli piccoli e fissi. Un giunto omocinetico, di tipo Rzeppa o treppiede, mantiene la velocità di uscita veramente costante attraverso angoli di 40 gradi o più , motivo per cui lo utilizzano gli assali a trazione anteriore e i semiassi delle sospensioni indipendenti.

Sui veicoli a trazione anteriore e integrale, il gruppo completo costruito attorno ai giunti omocinetici è l'asse stesso, uno dei gruppi di trasmissione che Quaconst produce e fornisce per i programmi OEM e la distribuzione aftermarket:

Gruppo assale CV/albero motore Costruito secondo gli standard OE con lavorazione CNC di precisione, questo gruppo assale CV completo ospita i giunti CV all'estremità della ruota sopra descritti. È adatto ai veicoli a trazione anteriore e integrale e costituisce il naturale passo successivo una volta identificato il diagramma della disposizione degli assi. Visualizza il prodotto →

La distinzione si sfuma anche nel caso dei veicoli commerciali leggeri. Molti assali posteriori ATV e UTV accoppiano un giunto universale all'estremità del differenziale con un giunto omocinetico all'estremità della ruota, mentre le macchine affiancate più pesanti spesso eseguono giunti a U lungo l'intero albero. L'approvvigionamento della parte giusta inizia quindi con il diagramma corretto per la disposizione dell'asse:

Semiasse ATV/UTV/SSV Gli assali leggeri spesso combinano un giunto universale all'estremità del differenziale con un giunto omocinetico all'estremità della ruota. Questo semiasse in cromo 4340, con giunti ad alta articolazione e stivali in TPEE sigillati, si adatta a quel layout misto e resiste all'uso fuoristrada ad alto carico. Visualizza il prodotto →

Entrambe le famiglie congiunte siedono all'interno della più ampia catena di fornitura della trasmissione, e il catalogo dei componenti della trasmissione mostra come sono organizzati i semiassi, gli alberi dell'elica e i singoli giunti per i programmi OEM e per la distribuzione aftermarket.

Un diagramma del giunto a U è un'istruzione di misurazione, non solo un'immagine. Il diametro del cappuccio, la larghezza complessiva del giunto, il tipo di ritenzione e la posizione dell'ingrassatore identificano qualsiasi giunto di tipo a croce; abbinate correttamente, quelle stesse dimensioni decidono se la sostituzione funziona silenziosamente per i prossimi centomila chilometri o si presenta con un problema di vibrazioni. Gli acquirenti che trattano il diagramma in questo modo - e verificano ogni misurazione rispetto a un grafico di serie prima di ordinare - eliminano la maggior parte del rischio derivante dalla sostituzione del giunto a U, indipendentemente dal fatto che la parte sia destinata all'albero motore di un'autovettura, all'albero di trasmissione di un veicolo commerciale o all'asse di un veicolo utilitario.