MECCANICA DEGLI AZIONAMENTIIlcampoeffettivamente utilizzato è di solito minore di quello teoricamente disponibile 2 ... Macchine - Seconda Parte: Elementi di Meccanica degli Azionament

MECCANICA DEGLI AZIONAMENTI

Presentazione06: Variatori** presentazione liberamente ispirata alle dispense dell’ing. M. Carricato

• Caratteristiche: R9

– CAMPO DI VARIAZIONE:

max 3 10R

Reff4

0 1 32

out

in

11min

3 0 0 1 32

12

13

21Sovente: 

Il campo effettivamente utilizzato è di solito minore di quello teoricamente disponibile

2min max max

max

1 R R

Il campo effettivamente utilizzato è di solito minore di quello teoricamente disponibile:

max,

i

4 5effeffff

R

Se min 0   R (variatore a campo di variazione infinito) out 0, in 0.

min,eff

Se min 0   è possibile invertire il moto.

Variatori

• Variatori meccanici– con membri rigidi e superfici di frizione

– con membri flessibili

• Variatori idraulicit ili d t t t– con pompa e motore a cilindrata costante

– con pompa a cilindrata variabile e motore a cilindrata costante o variabile

• Variatori elettrici– corrente continuacorrente continua

– corrente alternata

Variatori meccanici– VELOCITÀ DI VARIAZIONE:

È la velocità (modesta) con cui si può variare  (anche molti secondi per coprire R).

– POTENZA TRASMISSIBILE Pmax:

Modesta (di solito, decine di kW); dipende dal valore di .

– COPPIA TRASMISSIBILE Cmax:

M d t ( i h ti i di N ) di d d l l diModesta (sino a  poche centinaia di Nm); dipende dal valore di .

– RAPPORTO POTENZA TRASMISSIBILE / MASSA DEL VARIATORE:

ModestoModesto.

– RENDIMENTO :Compreso tra 0.75 e 0.95; dipende dal valore di .

– TIPOLOGIA:

• con superfici di frizione;l fl b l• con elemento flessibile.

– COSTO:

BassoBasso.

Variatori meccanici

• Variatori con superfici di frizione:p

– FORMA E DIMENSIONI DELLE SUPERFICI CONIUGATE:

le superfici coniugate sono di norma piane, cilindriche, coniche, sferiche o toroidali;

una superficie ha dimensioni piccole rispetto all’altra (rotella);

– MATERIALI DELLE SUPERFICI ACCOPPIATE:

acciaio/materiale ad alto attrito (elastomeri): elevato attrito (fa 0.50.7),basse pressioni di contatto, funzionamento a secco, potenze trasmissibili modeste.

acciaio/acciaio: basso attrito (fa 0.030.05), elevate pressioni di contatto,acciaio/acciaio: basso attrito (fa 0.030.05), elevate pressioni di contatto,lubrificazione ad olio, potenze trasmissibili significative.

r1Fn

M2 Ft fa Fnr1

r2

2Ft

1

2

Cmax faFnr21

Variatori meccanici

– VARIATORE CON DISCO PIANO E ROTELLA TOROIDALE O CILINDRICA:

Caso ideale: contatto puntiforme in C; moto di puro rotolamento.

2 11 1 2 2

1 2

Crv r rr

r1 r1  var.

r2  cost.r1a2

è possibile invertire il moto

1 2r

Cr2

2

a2

(rotella a ‘sinistra’ o a ‘destra’ di a1);

r10   020.11

a1

Variatori meccanici

Caso reale: 2e

Caso reale:

contatto esteso;

moto di puro rotolamento in un solo punto (C), r2

2

Cstrisciamento altrove.

1 1 2 2Cv r r

r

A BC

1 2 2 1 1 2 2 1

1 2 2 1 1 2 2 1

0

0

C

A A

B B

v r r r e r e

v r r r e r e

r1

rB

rA

in tutti i punti di contatto diversi da C, v’è slittamento;

ciò determina dissipazione calore usura ecc

1

v

vA ciò determina dissipazione, calore, usura, ecc.

è opportuno che una superficie di frizione sia molto piccola;

vA

ABC

le forze normali di contatto sono bassee dunque basse sono le potenze trasmissibili.

A

vB

Variatori meccaniciApplicazione  Variatore per Pressa a Vite:

due dischi di frizione girano solidalmente ad un albero (il moto è trasmesso al disco di frizione  sinistro mediante una cinghia gpiatta).

l’albero può essere traslato, a sinistra o a destra, mediante un cilindro pneumatico;

se l’albero è spostato verso destra(ossia se il disco sinistro è premuto contro la ruota di frizione), la vite è ruotata in modo 

r1

da avvitarsi verso l'alto nella madrevite; se l’albero è spostato verso sinistra(ossia se il disco destro è premuto contro la 

d f ) l è d2r2

ruota di frizione), la vite è ruotata in modo da avvitarsi verso il basso nella madrevite;

nella corsa di discesa,  aumenta(l i t è i ll’i i i )(la coppia trasmessa è massima all’inizio);

i dischi e la ruota di frizione fungono da volano;P 12230kW; r 3751700mm; R 2 P 12230kW; r2 3751700mm; R 2.

Variatori meccanici

– VARIATORE CON DISCHI PIANI E ROTELLA BI‐CONICA:

1 1 1 3 3 3 32 1 1 Cv r r r r rv r r r r r

2r32 2 2 3 3 1 2 3 3 2C

v r r r r r 2r3

3

1r1, r2

r1

r2C1

C2

r2

2

Variatori meccanici

– VARIATORE CON DISCO CONICO ED ANELLO PIANO:VARIATORE CON DISCO CONICO ED ANELLO PIANO:

2 11 1 2 2

1 2

Crv r rr

1 2

M

F2 FF   Fa

M2

r22

r1

1C

NOTA:La forza di contatto F2 è generata sia dalla molla (FF)sia dal profilo della camma frontale (Fa).s a da p o o de a ca a o ta e ( a)Fa dipende dal carico M2.La forza di contatto F2 è modesta nel funzionamento a vuoto, mentre aumenta rapidamente all’aumentare della

i d t ttcoppia da trasmettere.

Variatori meccanici

– VARIATORE CON DISCHI TOROIDALI E ROTELLE SFERICHE:

C2

r1, r21 1 1 3 3 3 32 1 1Cv r r r r r

r1r2

C12

2 2 2 3 3 1 2 3 3 2

Cv r r r r r

21

3

2r3

Variatori meccanici

– ULTERIORE VARIATORE CON DISCHI TOROIDALI E ROTELLE SFERICHE:

1 1 1 3 31 3 32 322 1Cv r r r rr

C1

r31, r32

r32

3

2

3 32 322 1

2 2 3 32 1 2 3 31 31

Cv r r r r r

r2 r1r1

C2r31

1 21 2

Nota:L’anello di contenimento delle sfere(che reagisce alle forze centrifughe) ruota liberamente e non influenza il rapporto di trasmissione.

Variatori meccanici

• Variatori con elemento flessibile:

Trasmissioni con elemento flessibile a geometria variabile.

– PARAMETRI GEOMETRICI VARIABILI:

r1, r2, a(uno dei tre è di norma costante) r(uno dei tre è di norma costante).

– MEMBRO FLESSIBILE:

cinghia;1 2

r1r2

cinghia;

catena.

– PULEGGE:

a

puleggia espandibile (rj variabile),costituita da 2 semipulegge a distanza variabile;

l i i id ( t t )

2 1

1 2

rr

puleggia rigida (rj costante).

Variatori meccanici

• Geometria della trasmissione:• Geometria della trasmissione:

r1

r21 22

a

2

2 11 2 2

r rL r r a

a

Poiché la lunghezza del membro flessibile è costante (L cost.), se varia una grandezza tra r r a deve variarne almeno un’altra:

a

grandezza tra r1, r2, a, deve variarne almeno un altra:– variatori con 2 pulegge espansibili ed interasse fisso: r1 e r2 variabili, a costante;– variatori con 1 puleggia espansibile ed interasse variabile: r1 o r2 variabile, avariatori con 1 puleggia espansibile ed interasse variabile: r1 o r2 variabile, a

variabile.

Variatori meccanici

l b l h d l• Puleggia espansibile per cinghia trapezoidale:

sjb jbsjb

rj

rj

tanj js

r

tan2 j

r

Variatori meccanici

– VARIATORE A CINGHIA CON 2 PULEGGE ESPANSIBILI ED INTERASSE FISSO:S2mS2f

r2

VARIATORE A CINGHIA CON 2 PULEGGE ESPANSIBILI ED INTERASSE FISSO:

Pulegge:

S S i l fi

2

S1f, S2f: semipulegge fisse;

S2m: semipuleggia mobile comandata in modo attivo;

a

config. 1config. 2

S1m: semipuleggia mobile comandata in modo passivo(una molla spinge S1m contro S1f);

C t llControllo:

il comando agente su S2m impone r2;

( )

r1 21 2 2

1 8 8 42 2ar r a a a r L

S1m adatta automaticamente r1 (r2 r1):

1S1fS1m

Configurazione 1: r1  r1min, r2  r2max;

Configurazione 2: r1  r1max, r2  r2min.

Variatori meccanici

Applicazione Motovariatore SEWApplicazione Motovariatore SEW VARIBLOC (P 45kW, R 8):1. pulegge espansibili

h d l l2. cinghia trapezoidale larga3. carcassa variatore (in due parti)4. motore asincrono trifase5 di iti i di d5. dispositivi di comando6. calotte supporto puleggia 

condotta7 riduttore coassiale7. riduttore coassiale

Variatori meccaniciconfig. 2

– VARIATORE A CINGHIA CON 1 PULEGGIA ESPANSIBILE ED INTERASSE VARIABILE:

r1

VARIATORE A CINGHIA CON 1 PULEGGIA ESPANSIBILE ED INTERASSE VARIABILE:

Pulegge:

S S i l ibili d i d i

1

S1m, S1m: semipulegge espansibili comandate in modo passivo(spinte l’una contro l’altra da 2 molle);

S2: puleggia non espansibile (rigida);

S1m

1

S1m

2 p gg p ( g );

a: interasse comandato in modo attivo;

C t ll aconfig. 1Controllo:

il comando stabilisce a, r2 è costante;

( )

21 2 21 8 8 4

2 2ar r a a a r L

le semipulegge S1m si adattano automaticamente (a r1):

2 r2

S2 Configurazione 1: r1  r1min, aamax;

Configurazione 2: r1  r1max, aamin.

Variatori meccanici

O

Applicazione  Variatore per Motociclo:

S1S2

S1mO

Motociclo:

S1:  puleggia motriceespansibile e basculante;

S : semipuleggia fissa; fS1f:  semipuleggia fissa;S1m: semipuleggia mobile

a comando centrifugo;S : puleggia condotta rigida;

S1fconf. 1

S2:  puleggia condotta rigida;O:  fulcro del gruppo motore;conf. 1: velocità min, r1  r1min, aamax;conf 2: velocità max r1 r1 aa iconf. 2: velocità max, r1  r1max, aamin.

conf 2conf. 2

Variatori meccanici

• Confronto con altre tecnologie:

Caratteristiche Variatori Azionamenti AzionamentiCaratteristiche VariatoriMeccanici

Azionamenti Oleodinamici

AzionamentiElettrici

Potenza trasmissibile modesta elevata elevata 

Rendimento buono medio variabile(dipende dai tipi)

Campo di variazione modesto ampio medio

Potenza trasmissibile / Massa del Variatore modesto elevato medio

Costo di fabbricazione e /Costo di fabbricazione einstallazione modesto competitivo per potenze medio/alte medio

Costo di manutenzione modesto elevato medio

Variatori meccanici

Bibliografiag

• E. Funaioli, A. Maggiore, U. Meneghetti, Lezioni di Meccanica Applicata alleMacchine - Seconda Parte: Elementi di Meccanica degli Azionamenti, Patron, Bologna 2009Bologna, 2009.

• Ghigliazza R., Galletti C.U., Meccanica Applicata alle Macchine, Utet, Torino, 1986

G Ni H Wi t El ti di M hi V l III EST S i Mil 1986• G. Niemann, H. Winter, Elementi di Macchine, Vol. III, EST-Springer, Milano, 1986.

• SEW-Eurodrive, MANUALE DEGLI ORGANI DI COMANDO,Tecniche Nuove, Milano 1985Milano, 1985.