Tema d'anno/progetto (Progettazione Meccanica II)

FUNZIONE PRINCIPIO FISICO PRINCIPIO DI

FUNZIONAMENTO

1) Accettare MECCANICO 1.1 AGGANCIO RAPIDO

energia

meccanica 1) Terzo principio della

dinamica

Per ogni forza, o momento,

che un corpo

A esercita su un altro corpo

B, ne esiste

istantaneamente un'altra

uguale in modulo e

direzione, ma opposta in

verso, causata dal corpo

B che agisce sul corpo A:

= −

2) Per ostacolo

La presenza di un corpo

intermedio, posizionato in 1.2 ROTULA SFERICA

una apposita sede,

garantisce la trasmissione

della forza tra i due corpi,

consentendone comunque

la mutua rotazione. 34 2.1 PERNO SFILABILE

2) Trasmettere MECCANICO CERNIERA SEMPLICE

energia

meccanica alla Per ostacolo: la presenza di

trave del telaio un corpo intermedio,

posizionato in una apposita

sede, garantisce la

trasmissione della forza tra

i due corpi, consentendone

comunque la mutua

rotazione. 35 CERNIERA A FORCELLA

3) Trasmettere 1.MECCANICO 1.1 COLLEGAMENTO

energia ai FILETTATO

corpi di lavoro Per ostacolo: la presenza di

un corpo intermedio,

posizionato in una apposita

sede, garantisce la

trasmissione della forza

tangenziale tra i due corpi,

bloccandone gli

scostamenti assiali

reciproci.

2.ELETTROSTATICO

L’interazione elettrostatica

che si viene a creare tra

molecole e/o atomi di

materiali diversi porta alla

formazione di legami a

livello microscopico, che

uniscono tra loro tali 1.2 CHIODATURA

particelle. 36 1.3 RIVETTATURA

2.1 SALDATURA

4) Lavorare il MECCANICO VERSOIO ELICOIDALE

terreno Traslazione degli organi di

lavoro: l’aratro trascina gli

organi di lavoro nel terreno

ad una velocità costante,

imprimendo loro una certa

forza che permette il

sollevamento e il

ribaltamento della zolla di

terra. =∙ 37 VERSOIO CILINDRICO

VERSOIO FENESTRATO

VERSOIO A LOSANGA

38

5) Smorzare MECCANICO 1.1 SMORZATORE ELASTICO

vibrazioni 1) Supporto elastico

L’equazione che regola il

sistema è ()

̈ + =

mentre il fattore di

amplificazione è dato da

1

=∙ 2

1 −

dove T è la trasmissibilità e 2.1 BOCCOLE ANTIVIBRANTI

è il rapporto tra la

pulsazione della forza Il dispositivo è costituito tra due

eccitatrice e la pulsazione boccole metalliche, di diametro

naturale del sistema. differente, tra le quali viene

posizionato del materiale gommoso

2) Smorzamento con proprietà viscoelastiche.

viscoelastico

L’equazione che regola il

sistema è ()

̈ + ̇ + =

mentre il fattore di

amplificazione è dato da

1

= 2 2 2 2

)

√(1− +4

in cui ζ è il coefficiente di

smorzamento, pari a

= 2

39 2.2 TERZO PUNTO

AMMORTIZZATO

Come suggerisce il nome, questa

soluzione viene applicata sul terzo

punto dell’attacco a tre punti posto

sulla trattrice, e consiste in un

dissipatore viscoso che trasforma il

moto vibratorio di un pistone

immerso in un fluido in attrito

viscoso.

6) Sistema di 1. MECCANICO 1. SISTEMA DI SICUREZZA

sicurezza CON BULLONE DI TRANCIO

contro gli Raggiungimento di una

ostacoli coppia massima: il valore

del momento M esercitato

durante il lavoro non deve

superare un valore limite di

sicurezza

= ∙ <

2. IDRAULICO

Raggiungimento di una Il suddetto sistema comporta

pressione massima: il l’installazione di un bullone

valore della forza esercitata speciale, tarato per un determinato

durante il lavoro deve carico di rottura, sugli organi di

essere tale da non generare lavoro. Quando l’aratro impatta con

una pressione su un degli ostacoli lungo il tragitto, ad

pistone, di sezione A, che esempio pietre, provocando una

40

ecceda un valore limite di sollecitazione superiore a quella

sicurezza consentita, il bullone si trancia in

due parti e consente all’organo di

lavoro di sollevarsi dal terreno.

= <

2. SISTEMA DI SICUREZZA

IDRAULICO

Quando viene rilevato un carico

superiore a quello massimo

ammissibile, l’organo di lavoro

viene spinto verso l’alto da un

pistone idraulico; la pressione del

fluido contenuta all’interno di

quest’ultimo può essere modificata

dall’operatore, in maniera tale da

impostare un carico massimo

variabile a seconda delle condizioni

del terreno su cui si opera.

7) Accettare MECCANICO 1.1 INTERRUTTORE A LEVA

segnale

regolazione 1) Azionamento di una

larghezza leva: tramite l’applicazione

di una forza, una leva viene

messa in rotazione rispetto

ad un punto fisso, in modo

tale da provocare la

chiusura di un contatto

elettrico.

· = ·

1 1 2 2 41

2) Legge di Hooke: 1.2 INTERRUTTORE A

l’operatore esercita una BILANCIERE

forza che contrasta la

reazione di una molla,

secondo la relazione

F=k∙∆x

dove ∆x è la deformazione

che subisce la molla stessa.

3) Traslazione di un

corsoio: l’operatore applica

una certa forza ad un

corsoio, in modo tale da 2.1 INTERRUTTORE A

provocarne lo spostamento PULSANTE

lungo una guida rettilinea:

L=F∙s

4) Rotazione di una

manopola, grazie

all’applicazione di un

momento torcente applicato

su di essa: M=F∙b Tale soluzione viene scartata a priori

in quanto poco conforme alla

funzione di regolazione, che prevede

la possibilità di selezionare più

configurazioni in maniera intuitiva

per l’operatore.

42 2.2 INTERRUTTORE A

GRILLETTO

3. INTERRUTTORE A SLITTA

4. INTERRUTTORE A

MANOPOLA

43

8) Regolare il 1. 1. ELETTROVALVOLA

passaggio di ELETTROMAGNETICO

fluido in Il movimento dell’otturatore può

pressione Forza di Lorentz: un corpo essere lineare o rotatorio, ed è

elettricamente carico ed comandato da un solenoide immerso

immerso in un campo in un campo elettromagnetico

magnetico è soggetto ad oppure da un motore elettrico.

una forza, il cui modulo è

pari a

= ∫ ×

2. IDRAULICO

Superamento di una

pressione di soglia: il fluido

esercita sui componenti una

certa pressione, pari a

= >

2.1 IDROVALVOLA A

dove A è la sezione di MEMBRANA

passaggio del fluido stesso.

3. PNEUMATICO

Superamento di una

pressione di soglia: un

fluido comprimibile

esercita su dei componenti

mobili una certa forza, pari

a = ∙

dove A è la sezione di

passaggio del fluido stesso. A causa degli ingombri decisamente

eccessivi, tale soluzione viene

scartata a priori.

44

4. TERMICO 2.2 IDROVALVOLA A PISTONE

Dilatazione termica

volumica: un corpo solido o

liquido subisce una

variazione in volume pari a

∆ = ∆

1

dove è la variazione di

∆

temperatura ad esso

applicata e prende il

nome di coefficiente di

dilatazione cubica. 3. VALVOLA PNEUMATICA

4. VALVOLA TERMOSTATICA

45

9) Trasportare MECCANICO TUBI FLESSIBILI IN GOMMA

il fluido in

pressione Equazione di Bernoulli:

assumendo l’ipotesi di

fluido ideale, la somma dei

contributi relativi

all’energia potenziale,

cinetica e di pressione si

mantiene costante lungo

una linea di flusso:

2

+ + ℎ = .

2

Nota la velocità del

flusso, la portata di tale TUBI FLESSIBILI IN

fluido è esprimibile come METALLO

=∙

con A pari alla sezione

trasversale del flusso. TUBI FLESSIBILI IN

FLUOROPOLIMERO

46 TUBI FLESSIBILI

TERMOPLASTICI

10) IDRAULICO CILINDRO IDRAULICO A

Trasformare SEMPLICE EFFETTO

energia di Superamento di una forza

pressione in minima: il fluido in

energia pressione esercita sui

meccanica componenti una certa forza,

pari a

= · >

dove A è la sezione di

passaggio del fluido stesso

e è il valore minimo

CILINDRO IDRAULICO A

della forza da raggiungere DOPPIO EFFETTO

per consentire lo

spostamento degli organi

mobili. 47

CAPITOLO 6: MATRICE MORFOLOGICA

SOLUZIONE 1

SOLUZIONE 2

FUNZIONE PRINCIPIO DI PRINCIPIO DI PRINCIPIO DI PRINCIPIO DI PRINCIPIO DI

SOLUZIONE 1 SOLUZIONE 2 SOLUZIONE 3 SOLUZIONE 4 SOLUZIONE 5

Accettare Aggancio rapido Rotula sferica Perno sfilabile

energia

meccanica

Trasmettere Cerniera semplice Cerniera a forcella

energia

meccanica

alla trave del

telaio

Trasmettere Collegamento Chiodatura Rivettatura Saldatura

energia ai filettato

corpi di

lavoro 48

Lavorare il Versoio elicoidale Versoio cilindrico Versoio Versoio a losanga

terreno fenestrato

Smorzare Smorzatore Boccole antivibranti Terzo punto

vibrazioni elastico ammortizzato

Sistema di Sistema di Sistema di sicurezza

sicurezza sicurezza con idraulico

contro gli bullone di trancio

ostacoli

Accettare Interruttore a leva Interruttore a Interruttore a Interruttore a Interruttore a

segnale bilanciere grilletto slitta manopola

regolazione

larghezza 49

Regolare il Elettrovalvola Idrovalvola a Valvola Valvola

passaggio di pistone pneumatica termostatica

fluido in

pressione

Trasportare Tubi flessibili in Tubi flessibili in Tubi flessibili in Tubi flessibili

il fluido in gomma metallo fluoropolimero termoplastici

pressione

Trasformare Cilindro idraulico a Cilindro idraulico a

energia di semplice effetto doppio effetto

pressione in

energia

meccanica 50

CAPITOLO 7: RATEI

Durante la stesura della matrice morfologica, sono state individuate due possibili

soluzioni realizzative per il prodotto in questione.

SOLUZIONE 1: questa soluzione tende ad incrementare al massimo le prestazioni e

l’efficienza di funzionamento del prodotto, in maniera tale da garantire anche un livello

di sicurezza superiore nella regolazione, nello svolgimento della lavorazione e nella

stabilità durante il lavoro ed il trasporto.

L’aggancio a rotula sferica consente di ottenere una mobilità superiore rispetto

all’aggancio rapido, aumentando le possibili configurazioni ottenibili durante la

regolazione dell’aratro; il collegamento con chiodi garantisce invece una