Disegno Meccanico - Appunti

Corso di disegno meccanico - I anno 6cfu

Prof. A. Pellegrino

Disegno meccanico

• Metodi di rappresentazione
• Serie di Renard
• Tolleranze
• Materiali per l’ingegneria meccanica
• Rugosità
• Processi di lavorazione
• Collegamenti meccanici
• Trasmissione del moto

Metodi di rappresentazione

I metodi di rappresentazione comunemente usati sono:

• Il metodo della doppia proiezione (o di Monge)
• L’assonometria (ortogonale o obliqua)
• La proiezione quotata
• Il metodo della proiezione centrale (prospettiva)

Metodo della doppia proiezione ortogonale o di Monge

È comunemente usato nel disegno tecnico per due motivi fondamentali:

• Realizzare una corrispondenza biunivoca tra oggetto rappresentato e relativa rappresentazione
• Conserva le misure e la forma delle linee piane parallele ad uno dei piani di proiezione, proiettate su tale quadro.

La disposizione nello spazio dell’oggetto è tale da garantire la massima conservazione delle dimensioni lineari e superficiali.

Metodo dell’assonometria

Il metodo dell’assonometria si impiega allorché si intende dare “impressione visiva” dell’oggetto da rappresentare, senza tuttavia ricorrere ad un metodo di rappresentazione a centro proprio (prospettiva), più idoneo allo scopo, ma più laborioso nell’esecuzione.

Alcuni tipi di assonometrie: Isometrica, Cavaliera, Monometrica

Relazione tra sistema di riferimento assonometrico e sistema cartesiano associato all’assonometria ortogonale e quindi dalle tre relazioni si deduce che se poniamo che α, β, γ.

Nell’assonometria isometrica ( = = ) otteniamo:

Teorema di Pohlke

Il teorema di Pohlke o teorema fondamentale dell'assonometria, è un teorema di geometria descrittiva enunciato da Karl Wilhelm Pohlke nel 1853 e dimostrato dal matematico Hermann Schwarz nel 1864.

Esso afferma che, assegnati sul piano di quadro tre segmenti unitari, U', U', U', aventi un estremo comune O' e lunghezza e direzione qualsiasi, esiste in ogni caso nello spazio un centro proiezione improprio, tale che sia possibile considerare i tre segmenti assegnati come proiezione da quel centro di tre segmenti uguali uscenti da un origine o, perpendicolare tra loro a due a due.

Numeri di Renard

I valori numerici possono essere ordinati secondo una progressione aritmetica o geometrica.

• La progressione aritmetica viene usata di rado nella tecnica (è usata però per la lunghezza dei gambi delle viti) e consiste nel far rimanere costante la differenza fra due termini consecutivi: a_i+1 - a_i = K.
• La progressione geometrica è molto applicata nella tecnica perché riesce a coprire un ampio intervallo di dimensioni con un numero minimo di valori. Nella progressione geometrica risulta costante il rapporto: a_i+1/a_i = K.
• La serie di numeri normali o di Renard è una serie geometrica con primo termine 1 e ragione della serie K^10/n, quindi: a_i+1 = a_iK^10/n (con n = 5, 10, 20, 40).

Si definiscono così quattro serie numeriche diverse (chiamate R5, R10, R20, R40), i cui elementi prendono il nome di numeri di Renard e presentano l’interessante proprietà di dividere l’unità esponenziale in un numero n di parti intermedie.

Proprietà della serie di Renard

• I prodotti ed i rapporti dei termini di una serie sono pure termini della stessa.
• Il valore della R10 pari a 3,15 approssima abbastanza bene il valore di π e pertanto le superfici cilindriche possono essere termini della serie.
• Il valore di R10 pari a 1,4 approssima abbastanza bene il valore di √2 quindi le diagonali dei quadrati sono elementi della serie.

Tolleranze

Tolleranze dimensionali

Dimensioni e forme reali si discostano da quelle ideali, pertanto è necessario precisare entro quali limiti le inesattezze dimensionali non compromettono le funzionalità del componente.

Grado di tolleranza normalizzato

Nel sistema ISO sono previsti 20 gradi di tolleranza normalizzati che sono funzione della dimensione nominale del componente (più grande è il componente maggiore è la tolleranza).

La posizione delle tolleranze

• Per fori, lo scostamento fondamentale è quello inferiore E per posizioni da A ad H e quello superiore per posizioni da K a Z. La posizione H è quella per cui lo scostamento fondamentale è nullo.
• Per gli alberi, lo scostamento fondamentale è quello superiore per posizioni da a ad ih e quello inferiore per posizioni da k a z. La posizione h è quella per cui lo scostamento fondamentale è nullo.

Accoppiamenti albero-base

Vantaggi: è richiesta una minore dotazione di calibri per esterni, più costosi di quelli per interni; è facile reperire barre trafilate già rettificate e unificate con tolleranza h.

Svantaggi: è necessario lavorare una più estesa gamma di fori, lavorazione costosa.

Accoppiamenti foro-base

Vantaggi: è richiesta una minore lavorazione dei fori evitando quindi costose operazioni.

Svantaggi: è richiesto un numero maggiore di calibri per il controllo dei fori.

Tolleranze geometriche

Limitano lo scostamento di un elemento in rapporto a forma, orientamento e posizione, senza tener conto delle dimensioni.

Principio di indipendenza

Ciascuna prescrizione dimensionale o geometrica specificata su un disegno deve essere rispettata in modo indipendente.

Le eccezioni che impongono l’interdipendenza fra dimensione e geometria sono:

• Esigenze di inviluppo (non deve essere superato l’inviluppo della forma perfetta).
• Applicazione della condizione di MASSIMO o minimo materiale.

Condizione di massimo materiale (Maximum Material Condition – MMC [M])

Condizione in cui il pezzo contiene la massima quantità di materiale entro i limiti dimensionali stabiliti; ad es. il perno più grande e il foro più piccolo.

Condizione di minimo materiale (Minimum Material Condition – LMC [L])

Condizione in cui il pezzo contiene la minima quantità di materiale entro i limiti dimensionali stabiliti; ad es. il perno più piccolo e il foro più grande.

Materiali per l’ingegneria meccanica

Per secoli il materiale ingegneristico più utilizzato è stato il legno, con l’ausilio di piccoli componenti in metallo. Solo dopo la rivoluzione industriale, con lo sviluppo della siderurgia, si è passati al progressivo incremento dei metalli e all’eliminazione del legno come materiale tecnico. Tra le due guerre mondiali si è sviluppata, soprattutto in Germania e negli Usa, la tecnologia delle materie plastiche. I materiali ceramici, per quanto antichissimi, hanno subito comunque una evoluzione nell’ultimo secolo. I compositi appartengono agli ultimi 60 anni di tecnologia.

Suddivisione dei materiali ingegneristici moderni

• Metalli
  • Tecnicamente formati da metallo puro o da leghe.
  • Materiale principale: acciaio-ghisa lega di ferro, carbonio ed altri elementi.
  • Lavorazione principale: Innalzamento temperatura sino a fusione, Formatura allo stato fluido in apposita forma, Consistenza col raffreddamento.
  • Caratteristica fondamentale:
    • Buona conducibilità elettrica e termica,
    • Buona resistenza meccanica,
    • Discreta resistenza all’usura,
    • Elevato peso specifico,
    • Saldabilità e lavorabilità meccanica elevata.
• Ceramici
  • Tecnicamente formati da ossidi metallici.
  • Materiali principali: silice, allumina, ma anche carburi, nitruri etc.
  • Lavorazione principale: Formatura a freddo di polveri. Reazioni di sinterizzazione con innalzamento della temperatura ma senza arrivare a fusione. Raffreddamento.
  • Caratteristica fondamentale:
    • Buon isolamento elettrico e termico.
    • Buona resistenza alle alte temperature.
    • Buona resistenza all’usura ed elevata durezza.
    • Contenuto peso specifico.
    • Scarsa lavorabilità dopo cottura.
• Resine o materie plastiche
  • Tecnicamente formati da catene polimeriche.
  • Materiale principale: carbonio.
  • Lavorazione principale: Polimerizzazione di monomero (materia prima). Innalzamento della temperatura sino allo stato semifluido. Formatura allo stato fluido in apposita forma. Consistenza col raffreddamento.
  • Caratteristica fondamentale:
    • Buon isolamento elettrico.
    • Scarsa resistenza alla temperatura.
    • Costo contenuto.
    • Basso peso specifico.
    • Elevata riciclabilità.
• Compositi
  • Tecnicamente formati da materiali eterogenei: metallo + ceramico, ceramico + resina, metallo + resina.
  • Lavorazione principale: Coesione di un componente allo stato di fibra o polvere o granulare con una matrice.
  • Caratteristica fondamentale:
    • Si cerca di ottenere in un unico prodotto i vantaggi dei diversi materiali.
    • Ad esempio: elevata resistenza meccanica e basso peso.
    • Oppure: elevata resistenza meccanica e elevata resistenza termica.

La resistenza dei materiali

• Metallici: resistenza a compressione quasi uguale alla resistenza a trazione.
• Ceramici: resistenza a compressione molto maggiore di quella a trazione (anche di 10 volte).
• Resine: resistenze paragonabili.
• Metallici: resistenza a fatica.
• Ceramici: resistenza ad usura, resistenza alle intemperie.

La scelta del progettista

• Utilizzazione (funzionalità)
• Costo
• Lavorabilità
• Durata di vita prevista
• Estetica e Ergonomia

Rugosità

La rugosità della superficie è l’insieme delle irregolarità superficiali lasciate dal processo di lavorazione.

Definizione secondo la UNI 3963 (1978)

Rugosità R è il valore medio delle ordinate (y₁, y₂ … y_n) del profilo rilevato rispetto alla sua linea media.

L’indice di rugosità medio R_a è dato da:

R_a = (1/l) Σ |y_i|

(dove l è la lunghezza del tratto di misura, parallelo alla linea media; y_i = ordinata riferita alla linea media, misurata perpendicolarmente a questa)

oppure approssimativamente:

R_a = (Σ |y_i|)/n

Rugosità R_z

Rugosità R_z è la distanza tra due linee parallele alla linea media passanti mediamente per i 5 picchi più alti e le 5 valli più basse entro i limiti della lunghezza di base.

R_z è dato da:

R_z = ((y₁ + y₃ + ... + y₉) - (y₂ + y₄ + ... + y₁₀))/5

(dove y_i sono l’ordinata dei picchi più alti e y_i l’ordinata delle valli più basse rispettivamente dispari e pari)

Processi di lavorazione

I processi di lavorazione si possono suddividere in due grandi categorie:

• Lavorazione senza asportazione di truciolo
  • Fonderia
  • Lavorazione plastiche
  • Lavorazione della lamiera
• Lavorazione con asportazione di truciolo
  • Tornitura
  • Fresatura
  • Trapanatura
  • Fucinatura o forgiatura

Forgiatura o fucinatura

La forgiatura o fucinatura è un processo di produzione industriale di trasformazione plastica di pezzi metallici, solitamente portati allo stato e lavorati quindi con ripetute scosse di un maglio, una pressa per forgiatura (o con martello ed incudine per i maniscalchi).

La resistenza meccanica del materiale forgiato è maggiore rispetto a quella dello stesso materiale fuso.

Una variante della forgiatura è la forgiatura a stampo, detta anche stampaggio. Consiste nella trasformazione di pezzi mediante una pressa, il cui utensile è costituito da due stampi che, oltre a malleare il metallo, imprimono una determinata geometria al pezzo lavorato.

Macchine utensili

• Tornio

  Macchina a moto rotatorio più diffusa e antica, funziona tenendo in rotazione il pezzo in lavorazione mentre un utensile tagliente ne asporta il materiale in eccesso rispetto alla forma voluta.

• Fresatrice

  Più versatile del tornio,