L'obiettivo principale dell'ottimizzazione della progettazione strutturale dell'albero è migliorarne la resistenza, la rigidità, la durata a fatica e le prestazioni di assemblaggio, considerando anche i costi di produzione e la producibilità. Le seguenti sono strategie di ottimizzazione sistematiche basate sulla pratica ingegneristica:
1. Ridurre la concentrazione dello stress e migliorare la resistenza alla fatica
La concentrazione dello stress è una delle principali cause di frattura per fatica dell'albero. Le misure di ottimizzazione includono:
Transizioni graduali: utilizzare transizioni con raggio di raccordo ampio (valore R quanto più grande possibile) in corrispondenza delle modifiche del diametro dell'albero per evitare angoli acuti o retti.
Evitare scanalature trasversali: evitare il più possibile fori, tagli o scanalature orizzontali sull'albero; se è necessaria una scanalatura, allargare l'area di transizione.
Ottimizza la progettazione delle sedi per chiavetta: utilizza le frese a candela per lavorare le sedi delle chiavette (più lisce rispetto alle frese a disco) e dai la priorità alle spline ad evolvente rispetto alle spline rettangolari per ridurre la concentrazione delle sollecitazioni.
2. Ottimizza il posizionamento dei componenti e migliora le condizioni di sollecitazione
Ridurre il momento flettente e i picchi di coppia regolando la disposizione dei componenti sull'albero:
Posiziona ingranaggi, pulegge e altri componenti della trasmissione più vicino ai supporti dei cuscinetti, accorcia la lunghezza del cantilever e riduci il massimo stress di flessione. Quando la potenza deve essere erogata da due ruote, posizionando la ruota di ingresso in posizione centrale si dimezza la coppia massima sull'albero.
3. Miglioramento della rigidità e della resistenza dell'albero
Diametro albero crescente: Secondo le formule della meccanica dei materiali, la resistenza alla torsione è proporzionale al cubo del diametro; un piccolo aumento del diametro dell'albero può migliorare significativamente la resistenza.
Utilizzo di alberi cavi: nelle applicazioni in cui il peso è limitato o dove sono richiesti cavi/condutture, gli alberi cavi offrono una maggiore rigidità torsionale a parità di massa.
Ottimizzazione della struttura di supporto: aumentando il numero di punti di supporto dei cuscinetti o selezionando cuscinetti ad alta-rigidità (come i cuscinetti a rulli cilindrici) si riduce la deflessione dell'albero.
