Appunti di Disegno di macchine

Corso di disegno di macchine 1

Indice

• Introduzione, 3
• Specifiche del foglio, 3
• Definizioni preliminari, 4
• Features geometriche, 4
• Iter di progettazione, 5
• Normative, 6
• Tecniche di rappresentazione, 7
  • Assonometrie, 7
  • Proiezioni ortogonali, 8
  • Viste esplose, 8
  • Sezioni, 9
• Esempi, 13
• Quotature, 15
• Tolleranze, 23
  • Tolleranze dimensionali, 23
  • Esempio di calcolo, 29
  • Tolleranze geometriche, 29
  • Esempi, 32
• Rugosità, 33
• Fenomeni meccanici, 34
  • Trasmissione del moto, 34
  • Trasmissione di potenza, 37
• Componenti meccanici e features, 39
  • Alberi di trasmissione, 39
  • Alberi scanalati, 41
  • Anelli di sicurezza e di arresto, 43
  • Calettamento, 44
  • Cuscinetti, 52
  • Dispositivi anti-svitamento, 56
  • Distanziale, 58
  • Filettatura, 58
  • Flangia, 62
  • Fori, 62
  • Giunti, 63
  • Gola, 66
  • Golfari, 67
  • Goffratura, 67
  • Molle, 67
  • Montaggio con gioco, 71
  • Montaggio per interferenza, 71
  • Mozzi, 71
  • Perni, 71
  • Raccordo, 71
  • Smussatura, 71
  • Spine, 72
  • Supporto, 72
  • Svasatura, 72
  • Valvole, 73
  • Viti, 74

Introduzione

Disegnare significa definire un progetto: il disegno tecnico è una rappresentazione sintetica realizzata secondo precise norme finalizzate a spiegare univocamente forme, dimensioni, modalità di funzionamento, materiali e caratteristiche di fabbricazione di un oggetto. Costituisce pertanto un documento che è il resoconto del progetto, con lo scopo di trasmettere informazioni.

Progettare vuol dire definire la struttura e le modalità di realizzazione di un prodotto, in modo tale che esso possa assolvere delle specifiche richieste.

Specifiche del foglio

La dimensione dei fogli da disegno è fissata dalla normativa secondo una serie di misure standard:

• A0 = 1m²
• A1 = 1/2 m²
• A2 = 1/4 m²
• A3 = 1/8 m²
• A4 = 1/16 m²

La scelta del foglio e la sua posizione viene effettuata in base alla complessità e alle proporzioni dell'oggetto da rappresentare (le messe in tavola si effettuano su A0). La rappresentazione preferibile è in scala 1:1 (se possibile), mentre sebbene il S.I. imponga il metro (m) come unità di misura, nei disegni tecnici-meccanici si adotta il millimetro (mm).

In basso a destra del foglio (all'interno dei margini di graduazione) va posizionato il cartiglio (di dimensione standard), riquadro di descrizione delle caratteristiche salienti del documento di progetto (riferimenti identificativi del prodotto, scopo del disegno, esecutore, revisionatore, approvatore, responsabile, date, stato del lavoro, materiale, condizioni di fabbricazione, scale, metodologia di proiezione*, specifica dei dati non quotati,...).

La zona di foglio intorno al cartiglio può essere utilizzata come riquadro aggiuntivo.

* simbolo del metodo europeo

Definizioni preliminari

• Prodotto = sistema (o meccanismo in assenza di elettronica, o assieme);
• Sistema: insieme di più componenti (in moto relativo tra loro);
• Componente: elemento unitario (unico corpo in blocco);
• Componente standard: componente da catalogo (possono cambiare le modalità di assemblaggio, in base alle esigenze del progettista/ingegnerie, che ha il compito di massimizzare l'efficienza risolvendo i relativi problemi);
• Interfaccia: integrazione di diversi componenti a formare assiemi;
• Corpo assial-simmetrico: corpo uguale rispetto all'asse centrale (corpi cilindrici).

La complessità delle forme da rappresentare in un disegno tecnico è determinata dall'insieme degli spigoli (intersezioni di superfici).

Feature geometrica

Una feature geometrica è una caratteristica di forma che descrive un dettaglio 3D di un volume. A livello concettuale una feature è una qualsiasi caratteristica ottenuta dalla lavorazione di un componente di partenza (ad esempio uno scavo, un foro, un raccordo, una sporgenza, una particolare simmetria, uno smusso ecc.).

Le feature basilari aggiungono o tolgono materiale e si distinguono in:

1. Protusioni
2. Scavi

Esse possono essere:

• Di estrusione normale
• Di rivoluzione
• Di scorrimento

Alle feature basilari si aggiungono poi lavorazioni più specifiche quali:

• Nervature;
• Spessoramento;
• Fori e filettature;
• Raccordi, smussi (feature di dettaglio)

Iter di progettazione

Da un'esigenza nasce la richiesta di progettare un prodotto. Tale progettazione prevede varie fasi:

1. Chiarimento del compito: si collezionano e organizzano i requisiti del sistema da progettare, focalizzandosi sul principio fisico su cui si baserà il sistema, sugli input/output primari e secondari e sull'ambiente in cui il sistema dovrà operare (lista dei requisiti, o capitolato/specifica di progetto).
2. Progetto concettuale: si definisce il principio di funzionamento, si elencano i requisiti del progetto (i vincoli), lo scopo ed un primo schema di massima del sistema (sketch, disegni di avamprogetto a mano). (manovellismo di spinta)
3. Progetto di massima: si definiscono le dimensioni e si ottimizzano le interfacce, per migliorare le prestazioni (disegni costruttivi, modellazione con CAD).
4. Progetto esecutivo: si indicano e risolvono tutte le problematiche di assemblabilità e funzionalità del sistema, definendo inoltre i materiali, la precisione (tolleranze e rugosità), la qualità di produzione richiesta e la sequenza di montaggio (disegni di fabbricazione).
5. Messa in tavola: produzione del modello ultimato su foglio A0 (disegni "come costruito"), tramite proiezioni ortogonali di più viste dell'oggetto. È fondamentale ridurre al minimo il numero di viste rappresentate, garantendo comunque la massima comprensione dell'oggetto.

Il livello di dettaglio nella definizione dei singoli componenti cresce esponenzialmente all'avanzare delle fasi. L'iter si conclude con la pianificazione del processo di produzione e la sua messa in pratica, che porterà al prodotto finito. In quest'ultima fase interviene l'ingegneria manifatturiera, poiché la fabbricazione è influenzata dai processi tecnologici che a loro volta influenzano le forme finali del prodotto.

Normative

Il disegno tecnico segue standard precisi, emanati in primo luogo dall'ente internazionale (mondiale) ISO (International Standard Organization), che ratifica gli standard di tutti gli ambiti, emettendo documenti (con titolo relativo all'ambito). Vi sono inoltre molti enti unificatori (differenti per paese), tra cui l'UNI (in Italia), il DIN (in Germania), l'ASME (negli USA), ecc. Essi non possono emettere norme differenti da quelle ISO, tuttavia possono proporre all'ISO norme differenti e convincere quest'ultimo ad adottarle.

Tali standard sono dei documenti che definiscono requisiti, specifiche di progetto, linee guida da impiegare per garantire la progettazione, realizzazione e gestione di prodotti, processi e servizi.

• 01 = spigoli (bordi) in vista/ le linee di quota (spessore inferiore, circa la metà)
• 02 = spigoli (bordi) nascosti
• 04 = assi di simmetria (per corpi assial-simmetrici, o la 08), tracce di sezione.

Tabella normative studiate

Tecniche di rappresentazione

Nel disegno tecnico si utilizzano proiezioni piane esclusivamente parallele (non è infatti previsto l'uso della prospettiva, che è una proiezione centrale, poiché non rende chiare le forme e le proporzioni). Fra queste vi sono:

Assonometrie

Sostituite da modelli CAD, sono rappresentazioni grafiche studiate in geometria descrittiva finalizzata a dare una visione delle tre dimensioni di un oggetto. Hanno lo scopo di far comprendere la forma generale del componente, ma alcune dimensioni si distorcono, in particolare, mentre le superfici e i lati paralleli al "quadro", si proiettano su di esso con grandezza e forma reali, qualsiasi sia l’angolo che la direzione dei raggi proiettanti forma con il quadro, le superfici e i lati non paralleli ad esso si proiettano in grandezza diversa a seconda dell’inclinazione dei raggi proiettanti. Le proiezioni di segmenti e superfici parallele fra loro (non con i raggi), hanno grandezze direttamente proporzionali agli elementi che proiettano; nella rappresentazione mantengono il parallelismo. Poiché nelle assonometrie le dimensioni degli elementi rappresentati non variano in base alla distanza degli stessi dal quadro (ma solo dall'inclinazione dei raggi e dall'orientamento dell'elemento rispetto al quadro), è possibile dedurre, dal disegno, le proporzioni, e, dato un opportuno riferimento di scala, anche le dimensioni reali dell'oggetto.

A seconda della direzione dei raggi di proiezione rispetto al quadro, si hanno due tipi di assonometrie:

• Assonometria ortogonale, con raggi di proiezione perpendicolari al quadro;
• Assonometria obliqua, con raggi di proiezione inclinati di un angolo ≠ 90° rispetto al quadro.

Il piano assonometrico deve essere tale che una sola proiezione assonometrica sia sufficiente per rappresentare completamente la forma dell’oggetto.

La struttura di riferimento per gli oggetti da rappresentare in assonometria sono tre rette orientate x’,y’,z’, uscenti dal medesimo punto O’, detti assi assonometrici, che sono la proiezione dei tre assi ortogonali x,y,z, associati nello spazio, all’oggetto da rappresentare.

La norma UNI EN ISO 5456-3 stabilisce alcune convenzioni:

• Uno degli assi assonometrici sia rappresentato verticalmente (in genere z’);
• L’oggetto da rappresentare deve essere disposto in posizione tale che i suoi assi e linee di contorno siano parallele agli assi per quanto possibile, per evidenziare le tre viste scelte per una eventuale proiezione ortogonale;
• Gli assi di simmetria non vanno tracciati se non strettamente necessari;
• Le linee di contorni e spigoli nascosti devono essere omesse se non strettamente necessarie alla comprensione della forma;
• I tratteggi delle sezioni devono essere tracciati secondo angoli di 45° rispetto agli assi.

Le assonometrie più utilizzate sono:

• L'assonometria isometrica (o monometrica): assonometria ortogonale in cui le dimensioni lineari parallele agli assi assonometrici subiscono tutte e tre la stessa variazione di lunghezza (per due si dice dimetrica; se tutte e tre variano diversamente, l'assonometria è trimetrica). La visione dei singoli piani rimane costante, pertanto questo tipo di assonometria si utilizza prevalentemente nelle viste esplose e nei disegni che hanno lo scopo di comunicare in modo rapido ma efficace la forma di un oggetto in contesti diversi.
• L'assonometria cavaliera: assonometria obliqua che prevede il piano di proiezione parallelo a uno dei piani coordinati. È di rapida esecuzione grafica e offre la possibilità di descrivere dettagliatamente particolari rappresentati. Due dei tre assi coordinati proiettati restano tra loro ortogonali, non subiscono pertanto variazioni di scala. L'asse y' è inclinato di 45° rispetto a x' (ma sempre ortogonale a z'). Tutti i segmenti paralleli a y' (quindi perpendicolari al quadro), sono proiettati secondo un rapporto di riduzione unitario. In conclusione, quindi, l'assonometria cavaliera cambia le lunghezze ma le mantiene in proporzione.

Proiezioni ortogonali

Utilizzate nelle messe in tavola, sono rappresentazioni grafiche in cui si riproduce una vista piana dell'oggetto secondo le sue reali proporzioni (descrivono un oggetto da più punti di vista ortogonali alla faccia principale - viste bidimensionali che se unite danno un'idea di 3D). Il metodo europeo prevede:

• L’osservatore ideale all’infinito;
• L’oggetto posizionato tra “quadro” (foglio) e osservatore.

N.B: la presenza di un bordo tangente è indicata con il simbolo: (la linea è sottile e leggera)

N.B:

• Il simbolo “+” indica il centro di circonferenze / archi di circonferenze;
• L’assenza dei bordi nascosti del foro indica che esso è un foro passante

(Nota: nella messa in tavola gli assi che separano le viste non devono essere riportati)

Viste esplose

Rappresentazioni che si applicano agli assiemi con lo scopo di chiarire il numero di componenti, la direzione e l’ordine di montaggio.

Viste in sezione

In alcuni componenti, specialmente in quelli cavi, le proiezioni possono essere insufficienti a descrivere in modo chiaro la forma degli stessi. In questi casi è doveroso ricorrere alle sezioni, definite dalla norma UNI ISO 128-40.

Le sezioni sono rappresentazioni dell'interno di un componente (o assieme) ottenute immaginando di tagliare con uno o più piani un oggetto (o un assieme), o una parte di esso in due e immaginando di disegnare su tale/i piano/i la proiezione ortogonale di una delle due parti ottenute.

Sono definite dalla traccia della sezione, immaginaria superficie che interseca l’oggetto creando la sezione, cioè proiezione ortogonale del piano di taglio. La traccia della sezione si rappresenta graficamente con la linea lunga-breve, che inizia e termina con un tratto più spesso, accompagnato da una lettera e ad una freccia: le due lettere insieme indicano il piano di sezione, mentre le frecce indicano il verso della sezione, cioè la direzione di proiezione della stessa (la traccia si rappresenta in un’unica vista, preferibilmente non in quella che richiede ribaltamento).

• Tra un piano di sezione ed un altro = ∆

Per rappresentare l’appartenenza al piano di taglio di un materiale, si effettua la campitura dello stesso, cioè si tracciano linee continue e parallele fra loro inclinate a 45°, distanziate opportunamente per rendere chiaro il disegno e limitate dai contorni del pezzo. Se è presente uno spigolo con tale inclinazione, l’angolo di campitura può essere modificato in un valore 30° ≤ ≤ 60°.

Possono essere più fitte nella rappresentazione di piccole sezioni, ma generalmente si raffigurano leggere e abbastanza distanziate. In particolare, oggetti di piccolo spessore (max 2mm), possono avere la sezione annerita completamente, invece di applicare il tratteggio (per distinguere due componenti si lascia un sottile spazio bianco).

Per superfici sezionate molto ampie le linee di campitura possono essere tracciate anche solo in corrispondenza dei margini. Il tratteggio va interrotto in corrispondenza di lettere o simboli grafici. Il cambio di inclinazione della campitura indica che le parti campite appartengono a diversi componenti.

In generale:

• Aree diverse dello stesso componente mantengono la medesima campitura;
• Componenti contigui devono avere tratteggi ad inclinazioni diverse o diverso intervallo di tratti.

Se un elemento è composto da più parti, ma è indicato con un unico numero di riferimento, può essere utilizzata un’unica campitura (UNI ISO 8826).

Le sezioni si differenziano per:

• Elemento secante (un piano, piani paralleli, piani concorrenti, superfici qualsiasi);
• Estensione della sezione (sezione completa, semisezione, sezione a strappo);
• Posizione (sezioni ribaltate in loco, sezioni in vicinanza, sezioni successive).

La sfasatura della campitura indica che le due parti campite appartengono a componenti differenti o a piani di sezione con offset.

Nelle sezioni non si rappresentano mai i bordi nascosti.

Sezione a piani paralleli

Il cambio di piano di sezione è evidenziato dall’ingrossamento dei tratti all’intersezione delle tracce dei piani di sezione.

Sezione con piani consecutivi o concorrenti

Nel caso di pezzi assial-simmetrici è possibile utilizzare due piani di sezione concorrenti: il piano di proiezione deve essere parallelo ad uno dei due piani di sezione e la parte del pezzo sezionata dall’altro piano deve essere rappresentata ribaltata sullo stesso piano (immaginare di ruotare il piano obliquo fino a sovrapporsi a quello parallelo al piano di proiezione).

Semisezioni

I corpi simmetrici spesso vengono rappresentati con una semivista e una semisezione: metà componente è rappresentato nella vista in sezione, l’altra metà in proiezione ortogonale. La linea di separazione è l’asse o la traccia del piano di simmetria.

Sezioni a strappo

Utilizzate nei pezzi in cui bisogna mettere in evidenza dettagli interni piccoli. Le sezioni a strappo sono delimitate da linee curve irregolari e continue, che iniziano e terminano sulle...