Chi si diletta di meccanica conosce bene il problema della connessione sincronizzata tra due organi ruotanti.
Trattandosi di un collegamento meccanico, è necessario considerare la perdità di potenza dovuta all’atrito, soprattutto con l’utilizzo di pignoni, puleggie, cinghie e catene.
Un’alternativa alle ginghie di trasmissione, è l’utilizzo di “giunti”, rigidi o flessibili, che permettono di collegare meccanicamente, gli organi ruotanti di una apparecchiatura meccanica con limitato spostamento dall’asse di rotazione.
I giunti possono essere costruiti in metallo, inserendo un blocco elastico per smorzare le sollecitazioni e attenuare l’eventuale disallineamento tra i due perni rotanti.
la soluzione ottimale consiste nell’evitare qualsiasi accoppiamento fisico tra gli assi di rotazione, che si ottiene utilizzando un giunto magnetico, che sfrutta la forza di attrazione dei poli magnetici opposti, lasciando uno spazio vuoto, tra i due magneti contrapposti, quindi senza contatto fisico, eliminando ogni contatto meccanico che potrebbe generare atrito tra le due parti da connettere.
E’ importante che i due assi di rotazione, siano allineati in modo da evitare eventuali vibrazioni dovute disallineamento dell’accoppiamento.
un raccordo metallico, oppurtunamente forato, permette di allineare i due assi prima di bloccare gli oggetti da collegare magneticamente.
Con l’utilizzo di una stampante 3D è possibile stamparsi in proprio le strutture in plastica, per il supporto dei magneti interni ed esterni, affacciati ad una distanza di 3 mm, evitando qualsiasi contatto meccanico.
La soluzione adottata, prevede di utilizzare 8 magneti al Neodimio di dimensione 40x10x5 mm con forza di attrazione da 9,5 Kg.
I poli dei magneti sono contrapposti, la distanza tra i magneti interni e quelli esterni, permette un forte accoppiamento tra i due perni rotanti, senza contatto fisico.
spaccato dell’accoppiamento tra un motore elettrico e un generatore
Per evitare che, a causa della forza centrifuga, i magneti si stacchino dalle loro sedi, è opportuno proteggerli con un involucro esterno che li racchiude, evitando, in questo modo, anche le eventuali turbolenze che potrebbero frenare la rotazione.
La protezione esterna può essere costruita avvolgento, il supporto dei magneti, con un tubo di plastica termorestringente, che riscaldato, con un soffiatore di aria calda, restringendosi, si adatta perfettamente al supporto dei magneti, evitando che possano fuoriuscire dalla loro sede.
Costruzione del giunto magnetico con con l’utilizzo della stampante 3D
disposizione dei magneti
magnete
Supporto magneti per la parte interna del giunto
Farò riferimento ai comandi di Rhino3D.
Stabilito il numero di magneti da accoppiare e il diametro del supporto, disegnerò un cerchio che utilizzerò come base da estrudere per tutta la lunghezza dei magneti, disegnerò anche il rettangolo, di dimensione leggermente maggiore del magnete, per favorire l’inserimento dei magneti sul supporto, che utilizzerò per formare l’incavo in cui incollerò i magneti
- estrusione del cerchio di 45 mm ( leggermente più lungo del magnete per favorire l’allineamento degli stessi)
- estrusione del rettangolo che utilizzerò con una operazione Booleana di sottrazione, per creare la cava che conterrà il magnete.
- utilizzando la funzione Array, farò 6 incavi sulla periferia del supporto.
- disegnerò un cerchio da estrudere per tutta la lunghezza e al centro del supporto, di dimensioni identiche al perno dell’asse di rotazione su cui fisserò il supporto dei magneti.
- con una operazione Booleana, sottrarrò dal supporto dei magneti, il perno appena creato, formando il foro centrale del supporto portamagneti.
Disegnerò un cerchio con diametro 40 mm.
Disegnerò un rettangolo (in rosso) di dimensione maggiore dell’ingombro del magnete posizionandoloin modo che il magnete (in giallo) rimanga all’interno della circonferenza.
Disegnerò un cerchio da 8,1 mm; dimensione del perno del generatore è 8 mm.
utilizzando la modellazione solida con le Booleane di sottrazione, otterrò il solido porta magneti da stampare con la stampante 3D
costruzione della copertura per evitare la fuoriuscita dei magneti
Disegnerò due cerchi, uno a 0.5 millimetri di distanza dai magneti, l’altro a 2 mm del precedente per stabilire lo spessore della copertura.
Selezionerò i due cerchi per estruderli, come un unico solido, per tutta la lunghezza dei magneti, in modo che quando i magneti saranno incollati sul supporto, questa copertura, eviterà che i magneti fuoriescano a causa della forza centrifuga.
Supporto magneti per la parte esterna del giunto
per la costruzione della parte esterna del giunto, proseguirò con il metodo utilizzato in precedenza.
- Disegnerò un cerchio a 3mm di distanza dall’anello di protezione dei magneti costruito in precedenza (3 mm è la distanza tra le due parti del giunto) .
- Disegnerò un cerchio alla distanza di 10mm del precedente (è lo spessore della parte esterna del giunto).
- Estruderò i due cerchi in modo da formare un solido lungo 45mm.
- Posizionerò il rettangolo, utilizzato precedentemente per costruire gli incavi porta magneti.
- con il comando Array, costruirò 6 solidi lunghi 41 mm, da utilizzare con una Booleana di sottrazione, dall’anello porta magneti del giunto esterno, per creare gli alloggiamenti.
costruzione dell’anello di protezione dei magneti
Disegnerò 2 cerchi, il primo a 0,5mm di distanza dai magneti esterni, il secondo a 2mm dal primo cerchio.
Selezionerò i due cerchi e li estruderò per 45mm, in modo da formare il solido che impedirà la fuori uscita dei magneti sottoposti alla forza centrifuga.
La cuffia di protezione, attorno ai magneti, diminuisce la turbolenza e contrasta la forza centrifuga, a cui sono sottoposti i magneti che sono incollati con il cianoacrilato alla struttura in plastica.
Utile quando non è possibile trovare un giunto elastico che si adatti ai due differenti perni, questo sistema di collegamento, anche senza un allineamento perfetto, permette di accoppiare rigidamente i due perni.
dimensioni 5 x 10 x 40 mm
Questo è il risultato delle operazioni Booleane
Riccardo Monti