2.2.3 Comportamento degli organi che trasformano l energia meccanica Effetti inerziali Effetto della rigidezza e dello

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1 Indice Prefazione IX 1. Un nuovo approccio alla progettazione e costruzione di macchine Sistemi tecnici nella costruzione di macchine: esempi Concetti essenziali del nuovo approccio alla progettazione e costruzione delle macchine 5 2. Componenti meccanici Trasferimento di energia meccanica Panoramica e funzioni degli organi per il trasferimento di energia meccanica Configurazione degli organi meccanici per il trasferimento di energia Suddivisione in base alla funzione Suddivisione in base al principio di funzionamento Classificazione degli organi per il trasferimento di energia meccanica Organi per il trasferimento di energia meccanica con moto rotatorio (alberi con cuscinetti) Organi per il trasferimento di energia meccanica con movimenti di traslazione (elementi di trazione e compressione con guide) Organi per la trasformazione dell energia meccanica Panoramica degli organi per trasformare l energia meccanica e descrizione della loro funzione Classificazione dei meccanismi Meccanismi analoghi a quello della bicicletta Suddivisione in base alla funzione Suddivisione in base al principio di funzionamento Suddivisione in base alla forma costruttiva Classificazione dei meccanismi trasformatori di energia 30

2 VI Indice Comportamento degli organi che trasformano l energia meccanica Effetti inerziali Effetto della rigidezza e dello smorzamento Effetto dell attrito Effetto dell usura Rotismi Rotismi ad accoppiamento di forma (ingranaggi) Rotismo ad accoppiamento per attrito Meccanismi a vite ed a camma Meccanismi a vite e madrevite Meccanismi a camma Meccanismi a glifo Meccanismi con organi flessibili (trasmissioni a cinghia) Organi flessibili ad accoppiamento di forma (trasmissioni a catena e cinghia dentata) Trasmissioni a catena Trasmissioni a cinghia dentata Organi flessibili ad accoppiamento per attrito (trasmissioni a cinghia piatta o trapezoidale) Meccanismi articolati Accumulatori di energia Energia e lavoro Panoramica degli accumulatori di energia Classificazione degli accumulatori di energia Classificazione in base alla funzione Classificazione in base al principio di funzionamento Classificazione degli accumulatori di energia Comportamento degli accumulatori di energia Energia interna Densità d energia, livello di utilizzo e durata Accumulatori di energia meccanica Accumulatori a gravità Accumulatori a massa oscillante Volani Accumulatori a molla Accumulatori pneumatici Accumulatori a gas compresso Accumulatori a pistone o a membrana Accumulatori capacitivi Accumulatori elettrochimici (pile e batterie) Organi di regolazione meccanici (accoppiamenti per l innesto e il distacco) Panoramica e funzioni degli accoppiamenti di innesto e distacco Classificazione degli innesti e dei giunti limitatori di coppia 81

3 Indice VII Suddivisione in base alla funzione Suddivisione in base al principio di funzionamento Innesti e limitatori di coppia con accoppiamento per attrito Innesti e giunti limitatori di coppia, ad accoppiamento di forma Classificazione degli innesti e dei giunti limitatori di coppia Innesti a frizione Innesti ad accoppiamento di forma Creazione di modelli di sistemi e componenti meccatronici Motivazione e obiettivi Un semplice esempio di creazione dei modelli: rotore di un compressore Dal sistema reale al modello Equazione differenziale e schemi a blocchi Simulazione: alcuni risultati relativi al rotore di un compressore Elementi fondamentali per la creazione di un modello Elementi meccanici (traslazione, rotazione) Elementi dell elettrotecnica Elementi dell idraulica e della pneumatica Elementi della tecnica della regolazione Strumenti software di simulazione Esempi di creazione di modelli di sistemi tecnici (meccatronici) Sedile del conducente per camion e autoveicoli Pompa con motore asincrono e accoppiamento magnetico Il sistema meccatronico della bilancia a compensazione Componenti meccatronici: attuatori Descrizione e funzioni degli attuatori Classificazione degli attuatori Classificazione in base alla funzione Classificazione in base al principio di funzionamento Trapano con motore elettrico, regolatore di tensione e riduttore Servosterzo idraulico Classificazione degli attuatori Attuatori elettromeccanici Principi di funzionamento di base per gli attuatori elettromeccanici Principio elettrodinamico La legge di induzione magnetica Principio dell elettromagnetismo Classificazione degli attuatori elettromeccanici 149

4 VIII Indice Il motore a corrente continua Configurazione di base di un motore a corrente continua con commutatore Equazioni di base del motore a corrente continua (creazione del modello) Comportamento a regime (curve caratteristiche del motore) Comportamento dinamico Grandezze variabili di regolazione e regolatore di energia Tipi diversi di configurazione Esempi di applicazione dei motori a corrente continua Pro e contro dei motori a corrente continua Il motore asincrono Configurazione di base del motore asincrono Creazione del modello ed equazioni fondamentali del motore asincrono Funzionamento a regime (curve caratteristiche del motore) Comportamento dinamico Variabili di regolazione e regolatore di energia Tipi diversi di configurazione di rotore Esempi di applicazione dei motori asincroni Il motore sincrono a corrente alternata Configurazione di base del motore sincrono Funzionamento e caratteristiche della macchina sincrona Variabili di regolazione e regolatore di energia Tipi diversi di configurazione Esempi di applicazione dei motori sincroni Il motore passo passo Configurazione di base dei motori passo passo a riluttanza Funzionamento del motore passo passo a riluttanza Controllo del motore passo passo Tipi diversi di configurazioni: motore passo passo a magneti permanenti e motore passo passo ibrido Esempi di applicazione dei motori passo passo Vantaggi e svantaggi dei motori passo passo Motori elettrici lineari Struttura di base di un motore lineare asincrono Funzionamento e comportamento del motore lineare Tipi diversi di configurazioni del motore lineare Esempi di applicazione dei motori lineari Vantaggi e svantaggi dei motori lineari 205

5 Indice IX 4.4 Attuatori a fluido Introduzione alla fluidotecnica Principi di base della fluidotecnica Conversione di energia con moto di traslazione Conversione di energia con moto rotatorio Trafilamento attraverso sezioni ristrette (sezioni trasversali delle valvole) Comprimibilità del fluido (capacità idraulica) Classificazione degli attuatori a fluido Variabili di regolazione e regolatore di energia Principio del controllo tramite la resistenza Principio del controllo volumetrico Valvole come regolatori di energia Equazioni del moto per la valvola e per il cilindro idraulico Attuatori di nuova generazione Panoramica degli attuatori di nuova generazione Attuatori piezoelettrici Struttura e comportamento degli attuatori piezoelettrici Equazioni di base degli elementi piezoelettrici Funzionamento degli attuatori piezoelettrici Tipi di attuatori piezoelettrici Esempi di applicazione degli attuatori piezoelettrici Vantaggi e svantaggi degli attuatori piezoelettrici Componenti meccatronici: regolatori e dispositivi di comando Panoramica e funzioni dei dispositivi di regolazione e di comando Dispositivo con regolazione di un sistema tecnico, ad anello aperto Dispositivo di regolazione di un sistema tecnico, regolazione ad anello chiuso Esempi di comando e di regolazione dei sistemi Regolazione della temperatura Regolazione del numero di giri di una macchina a vapore La guida di un autoveicolo Classificazione dei regolatori Classificazione in base alla funzione Classificazione in base al principio di funzionamento Regolatori meccanici Regolatori pneumatici Regolatori elettrici Regolatori digitali Comportamento dinamico e statico dei circuiti di regolazione Funzioni di prova per la valutazione del comportamento dinamico dei circuiti di regolazione 262

6 X Indice Effetto del tipo di regolatore sul comportamento di un anello con disturbi esterni Esempi di regolazione di sistemi tecnici Regolazione della bilancia a compensazione Circuiti di regolazione multiloop Componenti meccatronici: sensori Descrizione e funzioni dei sensori Classificazione dei sensori Classificazione in base alla funzione Classificazione in base al principio di funzionamento Proprietà dei sensori Esempi di sensori L accelerometro Il sensore di spostamento induttivo (LVDT) Comportamento statico e dinamico dei sistemi meccatronici Esempio di sintesi: progetto di un robot verniciatore Impostazione del problema Selezionare i componenti e combinarli in un sistema Verificare che il sistema globale soddisfi i requisiti specificati Eseguire analisi di sensibilità Cercare soluzioni globali alternative 312 Indice analitico 315

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