Calcolo e progetto di sistemi meccanici - prima parte

SISTEMI MECCANICI

Un sistema meccanico e un insieme integrato di componenti (meccanici, elettrici, elettronici) per svolgere una determinata funzione industriale.

Esempi -> sistemi meccanici per la misura (bilancia di precisione)

massa

i - corrente

bobina

elettromagnete

sensore ottico

la corrente serve per equilibrare il sistema - da questa si deriva la massa

sistemi meccanici per il collaudo (banco per prove a fatica)

sistemi meccanici dedicati alla produzione (presse, presso-colata)

Requisiti di progetto:

• prestazione: velocita di risposta, precisione nella misura.
• durata: resistenza (statica, a fatica), rigidezza.

Fasi di progettazione:

• progettazione funzionale -> sistema fisico
• scelta dei componenti
• scelta dei parametri di funzionamento
• progettazione strutturale -> statica
• fatica
• rigidezza

Schema a blocchi di un sistema meccanico

elemento che decide quanta energia prelevare dalla fonte

Trasformazione -> cambiare le caratteristiche (coppia e giri)conversione -> cambi forma d'energia

FONTE D'ENERGIA

REGOLATORE D'ENERGIA

TRASFERIMENTO O TRASFORMAZIONE O CONVERSIONE

UTILIZZATORE

REGOLATORE

SENSORE

confronto con F,T,v,p desiderata

informazione fisica sullo stato dell'utilizzatore (F,T,v,p)

resione dell'olio

Area, perdita nelle tenute

F

provino

F = p A

sistema meccanico a livello aperto - senza anello arancione con quello interno e ad anello chiuso

monitoraggio dell'utilizzatore (cella di carico)

Monitorare lo stato fisico del provino - rilevare istante per istante ora accade sul provino - e un sensore di misura.

CIRCUITI OLEODINAMICI

Pompa che mette in pressione l'olio, con un motore idraulico che converte l'energia in meccanica, che serve per movimentare un sistema. La valvola di sicurezza e sempre presente per by-passare nel caso fosse necessario il motore idraulico e porta l'olio al serbatoio.

2) L'apertura della valvola e pilotata dalla pressione a monte, che viene percepita dal canale tratteggiato.

3) La chiusura e garantita dalla molla

1) Normalmente la valvola di sicurezza e chiusa

parte in pressione

manometro

valvola di sicurezza

portata Q

motore

pompa idraulica

filtro 3um

serbatoio

motore idraulico

utenza

10um

I filtri vengono classificati sulla base della capacita filtrante - Attualmente sono in metallo sinterizzato che bloccano particelle >1=3um; in fibre metalliche che bloccano particelle >5um; in poliestere che bloccano particelle >10=20um; in carta che bloccano particelle >20um.

Generalmente si usano filtri piu chiusi in ingresso - bisogna fare attenti alle perdite di carico, che non provochino cavitazione alla pompa.

Δp filtro (bar)

T=cost -> v=cost

viscosita cinematica

La trasmissione di potenza in un circuito oleodinamico e rigida - se la pompa gira ad una data velocita la portata e univocamente determinata indipendentemente dalla coppia resistente (HM).

variabili dipendenti e indipendenti:

Pompa

Circuito

Motore

• velocita
• carico
• potenza

Wp

Q

Wh

Hp = coppia

Δp = salto di pressione

HM = in bare all'applicazione

Wp · Hp

Q · Δp

ωH · HH

Le variabili indipendenti di velocita e carico sono disaccoppiate - RIGIDEZZA nella trasmissione della potenza. La rigidezza e garantita dall'uso di macchine volumetriche.

pompa volumetrica

n=cost

ideale

reale

-> la portata e indipendente dalla contropressione.

La variabile di carico del circuito e la pressione.

In accordo con Bernoulli abbiamo che:

H = Δz + Δp/ρg + (c²m - c²A)/2g

unico termine considerato nella tabella precedente

dislivello tra mandata e aspirazione

Stimiamo: Δz ≃ 0,20 m    Δp = 30 bar = 30 · 10⁵ Pa    ρ = 850 kg/m³ → Δp/ρg ≃ 360 m

valore molto sottostimato (~300 bar)

cA = 1 m/s    cM = 3 m/s    Δc²/2g ≃ 0,40 m

H = Δz + Δp/ρg + (c²m - c²A)/2g → si vede che questi due termini possono essere trascurati

Pompe oleodinamiche

Simbolo:

Osservazioni:

→ la portata in uscita e minore a causa del rendimento volumetrico  Q = η_v · vp · fp (1)

→ la potenza idraulica Pidr = η_m · η_v · ρp (2)

Quindi:

(2) Δp · Q = η_m · η_v · ω_p · M_p

sostituendo (1) Δp · η_v · vp · fp = η