Come scegliere il profilo di camma: angolo di pressione e contatto

Una camma trasforma una rotazione in un movimento programmato del seguace (follower). Con un profilo ben definito e una legge di moto adeguata, il meccanismo lavora fluido, riduce urti e vibrazioni e prolunga la vita dei componenti. In questa guida chiariremo concetti, passi pratici e verifiche essenziali per un disegno affidabile.

Capirai che cos’è una camma, come funziona e come disegnare un profilo solido: dalla scelta del follower alla legge di moto, fino ai controlli su angolo di pressione e contatto, con esempi chiari e suggerimenti pratici.

Che cos’è una camma e come funziona?

Una camma è un meccanismo che converte una rotazione in uno spostamento desiderato del seguace. La geometria del profilo comanda lo spostamento nel tempo, definendo fasi tipiche: salita (alzata), sosta (dwell) e ritorno. L’energia proviene dall’albero motore che trascina la camma.

Esistono camme radiali (a disco) e assiali (a tamburo). I follower possono essere a rullo, a pattino o a punta; il contatto scorrevole o volvente influisce su rendimento e usura. La qualità del profilo incide su rumore, precisione e manutenzione.

Come si progetta il profilo della camma?

Il progetto parte dalla legge di moto desiderata: SVAJ (Spostamento, Velocità, Accelerazione e Jerk, cioè la variazione dell’accelerazione). Da qui si fissano dimensioni, si genera il profilo e si eseguono i controlli.

Scelta del follower

Il follower a rullo riduce attrito e usura, utile per velocità medio‑alte. Il pattino è semplice ma può aumentare perdite e riscaldamento; si usa quando costi e semplicità sono prioritari. La punta è rara e adatta a carichi leggeri.

Parametri geometrici chiave

Imposta il cerchio di base (raggio minimo da cui dipende la fattibilità del profilo) e l’alzata (spostamento massimo del follower). Definisci la durata della salita, dell’eventuale sosta e del ritorno, in gradi di albero. Considera gioco, lubrificazione e rigidità.

Controllo dell’angolo di pressione

L’angolo di pressione misura quanto il carico “spinge di lato” sul follower: più è grande, maggiori sono attriti e rischio di perdita di contatto. In pratica si mantiene al di sotto di circa 30° per applicazioni generiche, e più basso ad alte velocità.

Passi essenziali di progetto

• Definisci la legge di moto (SVAJ) e le fasi: salita, sosta, ritorno.
• Scegli il tipo di follower: a rullo, a pattino o a punta.
• Fissa i parametri base: cerchio di base, alzata, velocità massima, durata delle fasi.
• Costruisci spostamento, velocità e accelerazione; verifica continuità e limiti di jerk.
• Genera il profilo teorico della camma dalla legge di moto scelta.
• Controlla l’angolo di pressione e l’assenza di sottosquadra/contatto perso.
• Simula il meccanismo, valuta interferenze e lubrificazione.
• Ottimizza dimensioni e materiali; valida con prototipo o stampa 3D.

Quale legge di moto conviene scegliere?

La scelta dipende da precisione richiesta, velocità e rumorosità accettabile. Le leggi trapezoidali sono semplici, ma possono generare picchi di accelerazione ai tratti di transizione. Le leggi sinusoidali attenuano gli urti, ma non sempre limitano il jerk ai capi.

Le leggi polinomiali 3‑4‑5 azzerano velocità e accelerazione agli estremi; le 4‑5‑6‑7 aggiungono continuità del jerk, riducendo vibrazioni e rumorosità in applicazioni veloci. Se lo spazio è limitato, preferisci durate di salita più lunghe per contenere picchi dinamici. Nelle sequenze con sosta, pianifica dwell sufficienti a stabilizzare il sistema.

1. Se cerchi semplicità, valuta una legge trapezoidale con ramping curato.
2. Per velocità medio‑alte, preferisci polinomi 3‑4‑5 o 4‑5‑6‑7.
3. Per applicazioni silenziose, considera leggi ciclodali ben raccordate.

Quali errori evitare nel disegno della camma?

Prima di passare alla produzione, verifica gli errori più comuni. Una revisione attenta evita rilavorazioni e fermi macchina.

• Trascurare il dimensionamento del cerchio di base. Un raggio troppo piccolo genera sottosquadra e contatto instabile. Meglio accettare una camma più grande che un profilo non producibile.
• Ignorare il bilancio SVAJ. Senza una legge di moto continua compaiono urti, vibrazioni e usura precoce. Programma transizioni dolci e durate adeguate alle velocità.
• Scelta del follower non coerente. Un pattino su camme veloci innalza l’attrito; un rullo troppo piccolo aumenta pressioni di contatto. Coerenza tra carico, velocità e materiali.
• Nessun controllo dell’angolo di pressione. Valori eccessivi causano spinta laterale, rumorosità e rischio di salto. Riduci alzata o aumenta il raggio di base.
• Trascurare lubrificazione e tolleranze. Senza lubrificante idoneo e giochi controllati, crescono temperatura e usura. Prevedi vie d’olio e protezioni da contaminanti.
• Non verificare flessione e contatto. Bracci esili e rulli piccoli si deformano aumentando perdite. Stima le pressioni di contatto e la rigidezza del supporto.
• Assenza di simulazione. Anche un modello semplificato mette in luce interferenze e perdite di contatto. Valuta cinematica e dinamica a regime.
• Passaggio diretto alla produzione. Un prototipo rapido (CNC o stampa 3D) consente prove di montaggio e migliorie prima delle lavorazioni definitive.

Domande frequenti

In sintesi operativa

• Chiarisci fasi e SVAJ prima di disegnare.
• Dimensiona cerchio di base, alzata e tempi.
• Controlla angolo di pressione e contatto.
• Simula e prototipa prima di produrre.
• Ottimizza materiali e lubrificazione.

Progettare buone camme significa integrare forma, movimento e contatto. Parti dagli obiettivi di moto, traduci in una legge SVAJ coerente e verifica i limiti dinamici. Riduci l’attrito con contatti volventi, angoli moderati e un profilo privo di sottosquadra; la differenza si vedrà in efficienza e affidabilità.

Procedi in modo iterativo: dimensioni, simulazioni, aggiustamenti e un prototipo rapido. Così intercetti interferenze e picchi indesiderati prima della produzione. Con metodo, anche profili complessi diventano gestibili e ripetibili, favorendo qualità, durata e manutenzione semplificata.