Progetto d'anno 2023-2024 Meccanica dei materiali e progettazione meccanica

Esame di meccanica dei materiali e progettazione meccanica

Anno accademico: 2023-2024

Prof. Ing. B. Trentadue

Candidato: Carrabs Michele

Matricola: 582010

“Riduttore del dispositivo di comando dei cingoli di un complesso semovente di frantumazione e cernita del pietrame.”

Relazione del progetto d’anno

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Meccanica dei materiali e progettazione meccanica

“Riduttore del dispositivo di comando dei cingoli di un complesso semovente di frantumazione e cernita del pietrame.” = 35KW n(giri/min): 1429

Nome: Michele Cognome: Carrabs

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Schema cinematico e dinamico

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Introduzione progetto

In questa trattazione si illustreranno le fasi e i calcoli tecnici della progettazione di un riduttore del dispositivo di comando dei cingoli di un complesso semovente di frantumazione e cernita del pietrame.

Di seguito vengono elencate le fasi che verranno descritte e illustrate nei paragrafi successivi:

• Dimensionamento ruote dentate;
• Dimensionamento degli alberi;
• Verifiche cinematiche (torsione e deflessione massima);
• Verifica a fatica degli alberi;
• Scelta e dimensionamento dei cuscinetti;
• Collegamenti bullonati;
• Dimensionamento e progettazione dei collegamenti albero-mozzo.

Nella pagina precedente è raffigurato un riduttore di velocità ad assi ortogonali rappresentato in due sezioni differenti: la rappresentazione in alto è la vista in pianta e quindi ortogonale alla rappresentazione in basso.

Inoltre è rappresentato lo schema cinematico che aiuta nel definire i componenti del riduttore, e si osserva come sia costituito da:

• 5 alberi, in cui la potenza fluisce dall’albero 1 a sbalzo fino all’albero 5 in uscita.
• 4 accoppiamenti relativi alle ruote cilindriche R1-R2, coniche R3-R4, cilindriche R5-R6, e l’ultimo accoppiamento cilindrico R7-R8. Inoltre tramite lo schema cinematico si può osservare come la ruota 1, 3, 5 e 7 siano di pezzo, mentre le restanti smontabili.

Inoltre:

• Sono presenti un totale di 11 cuscinetti (di cui uno aggiunto in corrispondenza della mezzeria del tratto di albero 1 sporgente dalla cassa e questo fa in modo da rendere l’albero 1 un albero che presenta tre appoggi (che possono essere cerniere o carrelli) e quindi una struttura iperstatica.
• Sull’albero 1, come da traccia, si considera una forza FR1 a sbalzo pari alla forza radiale R1,2 causata dall’ingranamento tra la ruota R1 e R2.
• Presenta una linguetta L1 sull’albero 2.
• 2 ghiere filettate (una sull’albero 1 e una sull’albero 2).

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• Inoltre verranno dimensionate le vite e i bulloni presenti in B1, B2 che collegano il tappo alla carcassa, mentre il B3 che collega la base della ruota dentata a una corona di denti montata sulla base.

L’elaborato è stato suddiviso in capitoli in base alla fase trattata.

Indice

1-Dimensionamento ruote dentate.

Introduzione 1.1………………………………………………………………………… pag.7

Accoppiamento 1 (ruota dentata 1-ruota dentata 2) 1.2………………..……….... pag.9

Accoppiamento 2 (ruota dentata 3-ruota dentata 4) 1.3………………..……..... pag.12

Accoppiamento 3 (ruota dentata 5-ruota dentata 6) 1.4………………..……..... pag.15

Accoppiamento 4 (ruota dentata 7-ruota dentata 8) 1.5………………..………... pag.18

Scelta del materiale 1.6……………………………………………………………….... pag. 23

2-Dimensionamento alberi.

2.1 Introduzione ………………………………………………………………………….. pag.27

2.2 Dimensionamento albero 1………………………………………………………… pag.28

2.2.1 Dimensionamento diametro minimo……………………..…………………........ pag.35

2.2.2 Verifica cinematica a torsione……………………………………………….... pag.35

2.2.3 Verifica a deflessione massima……………………………………………….. Pag.36

2.3 Dimensionamento albero 2………………………………………………………… pag.43

2.3.1 Dimensionamento diametro minimo……………………..……………………... pag.47

2.3.2 Verifica cinematica a torsione…………………………………………................... pag.48

2.3.3 Verifica a deflessione massima……………………………………………….. pag.48

2.4 Dimensionamento albero 3………………………………………………………… pag.55

2.4.1 Dimensionamento diametro minimo………………..…………………………... pag.59

2.4.2 Verifica cinematica a torsione…………………………………………………. pag.60

2.4.3 Verifica a deflessione massima………………………………………………... pag.61

2.5 Dimensionamento albero 4…………………………………………………………. pag.67

2.5.1 Dimensionamento diametro minimo……………………………….………….pag.72

2.5.2 Verifica cinematica a torsione………………………………………….................... pag.73

2.5.3 Verifica a deflessione massima………………………………………………… pag.74

2.6 Dimensionamento albero 5…………………………………………………………. pag.80

2.6.1 Dimensionamento diametro minimo…………………………………………….. pag.84

2.6.2 Verifica cinematica a torsione…………………………………………………. pag.84

2.6.3 Verifica a deflessione massima………………………………………………... Pag.85

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3-Verifica a fatica.

3.1 Introduzione …………………………………………………………………………. pag.92

3.2 Verifica a fatica albero 1……………………………………………………..…….. pag.93

3.3 Verifica a fatica albero 2……………………………………………………..…….. pag.97

3.4 Verifica a fatica albero 3……………………………………………………………. pag.102

3.5 Verifica a fatica albero 4……………………………………………………..…….. pag.106

3.6 Verifica a fatica albero 5……………………………………………………..…….. pag.110

4-Scelta e dimensionamento dei cuscinetti.

4.1 Introduzione …………………………………………………………………………. pag.115

4.2 Cuscinetti albero 1…………………………………………………………………… pag.116

4.3 Cuscinetti albero 2…………………………………………………………………… pag.120

4.4 Cuscinetti albero 3…………………………………………………………………… pag.124

4.5 Cuscinetti albero 4…………………………………………………………………… pag.127

4.6 Cuscinetti albero 5……………………………………………………………………. pag.129

5-Collegamenti bullonati.

5.1 Introduzione ………………………………………………………………………….. pag.131

5.2 Bulloni relativi al tappo albero 2………………………………………………..… pag.132

5.3 Bulloni relativi al tappo albero 3………………………………………………….. pag.133

5.4 Collegamento portatreno-ruota 4…………………………………………………. pag.135

6-Dimensionamento e progettazione dei collegamenti albero-mozzo.

6.1 Introduzione ………………………………………………………………………….. pag.139

6.2 Collegamento A2-R2 ……………………………………………………………….. pag.139

6.3 Collegamento A3-R4 ………………………………………………………………… pag.141

6.4 Collegamento A4-R6 ………………………………………………………………... pag.143

6.5 Collegamento A5-R8 ………………………………………………………………… pag.144

7-Elementi di bloccaggio………………………………………………………………… pag.146

8-Conclusione………………………………………………………………....................... pag. 147

9 Rappresentazione CAD.........................................................................................pag. 148

10 Rappresentazione 3D.........................................................................................pag. 149

11 Analisi FEM.........................................................................................................pag. 171

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1. Dimensionamento delle ruote dentate

1.1 Introduzione

Per il dimensionamento delle ruote dentate viene utilizzato un metodo iterativo con la quale sarà possibile ottenere un valore del modulo “m” adatto a quelli che sono i dati iniziali.

La progettazione di ogni accoppiamento si effettua sulla ruota avente diametro minore, o anche detta pignone. Per la ruota più grande verrà effettuato solamente il dimensionamento utilizzando questo schema:

Per determinare il modulo “m” si impostano dei valori, quali:

• Numero minimo di denti della ruota pari a Z=17
• Angolo di pressione =20°

In base a questi valori è possibile, con l’utilizzo della tabella che segue, determinare il valore del coefficiente “K”:

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• Il k che verrà considerato sarà K=0,730.
• Si parte da un λ=10, ma in base alle esigenze del progetto sarà possibile utilizzare un valore di λ compreso fra 7 e 20.
• Anche per il si parte da un valore stabilito pari a 25 Kg/mm², ma sarà possibile variare utilizzando un valore del compreso fra 20 e 40.
• α=0.7

Definiti tali valori è possibile progettare il primo accoppiamento.

Gli accoppiamenti che seguono e i loro parametri caratteristici finali tengono conto delle proporzioni della traccia e dell’ingombro di ogni singola ruota all’interno della cassa.

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1.2-Accoppiamento 1 (ruota 1-ruota 2)

Il primo accoppiamento è tra due ruote cilindriche, di cui la ruota 1 di pezzo e la ruota 2 montata. La progettazione, come scritto precedentemente viene effettuata sulla ruota più piccola, che in questo caso è la ruota 1.

Dati di progetto iniziali =35KW = =1429 giri/min 1

Possiamo determinare la velocità angolare della ruota 1 che sarà uguale alla velocità angolare di ingresso:

2= = =149,644[rad/s] 1 60

Per la prima iterazione si utilizzano i valori λ=10, Ϭ=25 kg/mm²

Mentre la coppia trasmessa sarà uguale a:

Ci=C1= =233,888 [Nm]=233888 [Nmm]

Il rapporto di ingranaggio τ verrà misurato dal progetto stesso e sarà uguale a:

1τ= =0.2282

Si calcola “σ” definito come “sollecitazione penalizzata” dovuta agli effetti d’inerzia:

σ=α x =17.5 [kg/mm²].

Si procede calcolando il valore del modulo, applicando la formula di Lewis:

3√m= =3.756 mm

Utilizzando la tabella che segue è possibile stabilire il valore unificato di “ ” che sarà il successivo consigliato rispetto a quello appena determinato. Tale tabella

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riporta i valori del modulo unificato secondo la normativa UNI S3521 e DIN 780, e verrà utilizzata in ogni accoppiamento presente nel progetto.

F 2igura

Quindi =4mm. ×1

Calcolo del raggio primitivo unificato della ruota 1: = = 31,93 1, 2

Calcolo della velocità periferica: 1 = 1 × 1 = 4,77 /

E quindi il nuovo α’u che permette di ricalcolare il tutto e di ottenere un modulo il più possibile unificato attraverso un procedimento iterativo (il modulo è scelto quando esso risulta stazionario per almeno due volte consecutive).

6′ = = 0,5567 6 + 1

Prima iterazione:

Per la seconda iterazione viene considerato un valore di λ e di σ differenti a quelli scelti per la prima iterazione in modo che il modulo unificato abbia un valore minore di 4 mm, scegliendo un valore di 3,5mm.

Seconda iterazione:

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In conclusione, l’iterazione è soddisfatta e si ottiene: mu=3,5; quindi per mu=3,5mm; R1u= 29,71 mm; V1u= 4,4465 m/s; αu=0,57436.

Si procede con la verifica ad usura, utilizzando la teoria di Hertz:

0,59 (1 + )×√, = (2)

E(modulo di Young)=210000 N/mm²;

11,2( ) = = 7860,72;

11(ℎ ) = × = 49;

quindi otteniamo un = 1512,8201N/mm².,

La durezza Brinell che il materiale deve possedere per resistere senza rompersi sarà, uguale a:

≥ .0,25

Nel mio caso risulta una ≥ 616,848/².

Convertita in durezza Rockwell HRC 56,077