PROGETTAZIONE
MECCANICA
PREPARAZIONE ..............
Considerazioni personali:
Come unità di misura utilizzerò quelle più consone al mio senso pratico:
Peso di un corpo:kg Forza applicata:kgf Pressione (bar):kg/cm2 Lunghezza:mm
Carico unitario:kg/mm2 VISUAL NASTRAN asseconda il mio senso pratico.
P.S. per avere i N basta moltiplicare il valore dei kgf x 10
Tutto ciò che viene illustrato è rivolto all'"ambito" scolastico e non industriale.
Con la progettazione meccanica non bisogna inventare formule, sono già state
sperimentate da chi ci ha preceduto (dal 1700-1800) e sono state ampiamente
testate, bisogna solo capire quale formula applicare.
Quando si progetta un organo di una struttura meccanica
bisogna tenere conto di due condizioni:
Bisogna studiare e determinare quali forze verranno applicate
e di conseguenza scegliere il materiale più consono.
Un organo meccanico quando è sottoposto a delle forze esterne
subisce delle variazioni di volume e di forma.
Se le forze esterne non superano certi valori e cessano la loro azione
l'organo meccanico "riacquista" la sua forma iniziale.(corpo elastico)
Di ogni materiale ferroso(e non) è possibile verificare le condizioni di elasticità
grazie alla prova tecnologica di trazione:
Quando si progetta è necessario non oltrepassare un certo valore limite che viene chiamato
limite di elasticità.
Come scelgo il materiale da utilizzare nella fase di progettazione?
Onde evitare l’"impasse" vengono elencanti 6 tipologie di acciai, detti tipizzati, con i
quali è possibile
facilitarne la scelta, acciai da cementazione e bonifica
Gli acciai possono essere designati secondo :
COMPOSIZIONE CHIMICA
Acciai
da cementazione:
hanno un basso contenuto di carbonio C<0.20% adatti per gli organi meccanici sottoposti
ad urti e sollecitazione dinamiche.
Hanno una elevata durezza superficiale e nucleo adatto ad assorbire sollecitazioni dinamiche:
Ingranaggi,
alberi di trasmissione e distribuzione, boccole,spinotti,rulli,perni,coni
morse,ecc..
·
16
CrNi4
Pezzi di spessore fino
a 30 mm.
·
20
CrNi4
Pezzi di spessore fino
a 60 mm
· 18
NiCrMo5
Pezzi di tutte le dimensioni maggiori di 20 mm.
Acciai
da bonifica:
Gli acciai da bonifica sono richiesti anche per pezzi di grandi dimensioni per i quali la
cementazione
determinerebbe alte deformazioni.
Hanno un alto contenuto di carbonio C>0.20% adatti per organi meccanici sottoposti
sollecitazione
statiche e dinamiche.(tenacità elevata):
bulloneria,cingoli,semialberi,
bielle,leve,aste,perni,boccole,giunti
cardanici
·
39
NiCrMo3 per pezzi fino
a 100 mm.
·
40
NiCrMo7 per pezzi superiori a 100 mm.
·
C60
CARATTERISTICHE MECCANICHE
es.: Fe 45 Indica un acciaio con carico di rottura minimo di 45 kgf/mm2
es: Fe E 30 Indica un acciaio con carico di snervamento minimo di 30 kgf/mm2
Le
sollecitazioni a cui sono sottoposti gli organi meccanici possono essere:
SOLLECITAZIONI
SEMPLICI:
1.
TRAZIONE
2.
COMPRESSIONE
3.
TAGLIO
4.
FLESSIONE
5.
TORSIONE
SOLLECITAZIONI
COMPOSTE:
1.
COMPRESSIONE
e FLESSIONE
2.
FLESSIONE
e TAGLIO
3.
TORSIONE
e FLESSIONE
4.
FLESSIONE,
TORSIONE e TAGLIO
Gli organi meccanici li possiamo assimilare a tanti quadrotti dalla sezione
di
1 mm2
collegati
fra loro da un collante elastico infinitesimale.
Se in qualche area dell’organo meccanico ,la forza applicata ai quadrotti
supera un certo valore, il collante non riesce a tenere uniti i quadrotti
adiacenti
e si può avere il collassamento delle fibre.
Per comprendere bene quale deve essere il valore del carico,applicato ad
un
quadrotto da non superare, ci viene in aiuto la prova tecnologica di TRAZIONE.
Un provino di dimensioni standard viene sottoposto a trazione fino alla sua rottura,
tramite
una macchina universale, la più nota la GALDABINI
Durante questa fase vengono registrati, su foglio di carta millimetrata
avvolta su un tamburo, gli sforzi applicati,in kg, e gli allungamenti(mm.)-.
Premessa: allo stato attuale le macchine universali di trazione sono dotate di
celle di carico e righe ottiche, applicate alle traverse, il tutto viene gestito
da un P.C.(Carichi, allungamenti, ecc..)
Per i dati che mi occorrono sono rimasto al mio vecchio grafico generato dal
tamburo rotante, prima verificavo che il pennino, con un pò di saliva,"scrivesse".
Mi piace ancora fare a penna divisioni, moltiplicazioni e radici quadrate perchè
mi
da un senso di partecipazione intellettiva alla stesura dell'esito finale.
Il grafico ottenuto dalla Prova di TRAZIONE mi permette
di
evidenziare le caratteristiche meccaniche di un acciaio.
Es.: Prova eseguita anni fa.
Dal
grafico si evincono:
·
La
regione elastica – Le deformazioni sono proporzionali ai carichi
·
il
Carico di snervamento
·
il
Carico di rottura
La
regione elastica è quella interessata alla progettazione.
La
regione elastica termina con l’inizio del carico di snervamento
Come
si interpreta un diagramma:
Inizialmente
di un materiale conosciamo il suo diametro .
Es.: 20 mm. La sua area corrisponde a 314 mm2
Dopo la prova rileviamo dal quadrante il carico applicato,in kg,
che
ha determinato la rottura del provino.
In questo caso kg.
22250
Su ogni quadrotto è stato applicato un carico di 22250/340 =70.8 kgf/mm2
che ha determinato il collassamento del provino.
Il carico di snervamento è pari a 13000/340 = 38.2 kgf/mm2
In fase di progettazione su ogni quadrotto da 1 mm2 non deve essere
presente un carico superiore a 38.2 kgf
Inoltre vengono utilizzati i coefficiente di sicurezza in funzione della
sollecitazione a cui è sottoposto l'organo meccanico,che puo' essere:
STATICA di norma si utilizza un coefficiente tra 3-4
DINAMICA di norma si utilizza un coefficiente tra 8-10
In questo caso progetterò "l'oggetto misterioso" con un carico sui quadrotti:
38.2/4 circa 10 kgf/mm2 se la sollecitazione è statica
38.2/8 circa 4.7 kgf/mm2 se la sollecitazione è dinamica
esauriente tutte le caratteristiche tecniche degli acciai. Ed. Giugno 1979
ED. Bruno Mondadori -tratta in modo esauriente la classificazione degli acciai
Analizziamo alcuni dati significativi della tabella:
A cosa serve il:
MODULO DI ELASTICITA' Simbolo E
Il valore di E mi occorre quando devo effettuare i calcoli delle
"deformazioni" degli organi meccanici nel campo elastico.
Robert Hooke, nel 1675, constatò che nel campo elastico
le deformazioni sono direttamente proporzionali al carico applicato.
Mentre YOUNG (modulo Young), andò oltre, rappresentò in modo
matematico la relazione esistente tra carichi unitari e allungamenti.
Uno spezzone di una sbarra di lunghezza L0, sottoposta ad un carico
unitario F/A0 si allunga di una quantità Delta L.
Se il Carico diventa 2F l'allungamento diventa 2 x Delta L.
YOUNG giunse alla seguente rappresentazione matematica:
Rimanendo sempre nel campo campo elastico di proporzionalità la E viene indicata
come: Il carico da applicare ad uno spezzone di un metro per produrre un allungamento
di un metro, ossia lo farebbe diventare lungo il doppio.
Il valore di E è specifico per ogni materiale.
Per i materiali acciaiosi varia tra 19000-23000 kg/mm2
Prendendo spunto da una esercitazione effettuata dalla classe 5BM a.s. 2001/2002
dell'I.T.I.S.NEWTON di Varese:"Determinazione del modulo di elasticità dell'acciaio C40"
verrà verificato il Modulo di elasticità a Trazione anche con VISUAL NASTRAN.
La prova pratica consiste nell'applicare ad un provino una serie di carichi noti
e per ognuno di essi rilevare tramite l'uso dell'estensimetro a specchi "MARTENS"
il valore DELTA L.(Allungamento della provetta)
l0 = 100 mm. D0 = 20 mm. A0= 314 mm2
Ecco il risultato.
A NOI .... VISUAL NASTRAN !!!!
Importo un cilindro dalle dimensioni note,realizzato con VISICAD
Imposto i PARAMETRI dell'acciaio C40
Imposto il carico di 5000 kgf
Imposto la visualizzazione del Delta Z:
Errore di un micron !!!!!!!
Grazie ragazzi....
L'allungamento dovuto a sbalzo termico:
CONSIDERAZIONI INIZIALI:
Un aumento della temperatura provoca in un'asta un allungamento.
La temperatura di riferimento degli organi meccanici per le:
è fissata a 20°
significa che uno spezzone di acciaio di 1 metro si allunga di
0.0124 mm. per ogni incremento di temperatura di 1° C.
Facciamo un esempio.
Prendiamo la solita rotaia lunga 12 m.
La posizioniamo su due cavalletti di legno in un ambiente a 60° C.
Il giorno successivo,diamo tempo alla rotaia di stabilizzarsi a 60° C.
di quanto si sarà allungata?
