MECCANICA DEGLI AZIONAMENTI

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1 MECCANICA DEGLI AZIONAMENTI Presentazione06: Variatori * * presentazione liberamente ispirata alle dispense dell ing. M. Carricato Caratteristiche: CAMPO DI VARIAZIONE: R eff 4 R 9 out in R max 310 min Sovente: 1 R 2 min max max max R Il campo effettivamente utilizzato è di solito minore di quello teoricamente disponibile: R eff max, eff min,eff 4 5 Se min 0 R (variatore a campo di variazione infinito) out 0, in 0. Se min 0 è possibile invertire il moto.

2 Variatori Variatori meccanici con membri rigidi e superfici di frizione con membri flessibili Variatori idraulici con pompa e motore a cilindrata costante t con pompa a cilindrata variabile e motore a cilindrata costante o variabile Variatori elettrici corrente continua corrente alternata

3 VELOCITÀ DI VARIAZIONE: È la velocità (modesta) con cui si può variare (anche molti secondi per coprire R). POTENZA TRASMISSIBILE P max : Modesta (di solito, decine di kw); dipende dal valore di. COPPIA TRASMISSIBILE C max : Modesta (sino a poche centinaia i di Nm); dipende d dal valore di. RAPPORTO POTENZA TRASMISSIBILE / MASSA DEL VARIATORE: Modesto. RENDIMENTO : Compreso tra 0.75 e 0.95; dipende dal valore di. TIPOLOGIA: COSTO: con superfici di frizione; con elemento flessibile. l Basso.

4 Variatori con superfici di frizione: 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 (f a ), basse pressioni di contatto, funzionamento a secco, potenze trasmissibili modeste. acciaio/acciaio: basso attrito (f a ), elevate pressioni di contatto, lubrificazione ad olio, potenze trasmissibili significative. M 2 F n Ft f a F n r 2 2 F t C max f a F n r 2 1

5 VARIATORE CON DISCO PIANO E ROTELLA TOROIDALE O CILINDRICA: Caso ideale: contatto puntiforme in C; moto di puro rotolamento. vc 11 r 2r2 r r a 2 var. r 2 cost. è possibile invertire il moto (rotella a sinistra o a destra di a 1 ); 2 C r a 1

6 Caso reale: contatto esteso; 2 2e moto di puro rotolamento in un solo punto (C), r 2 strisciamento altrove. A C B v C 11 r 2r2 va 1rA 2r2 1r1 e 2r2 1e 0 v B 1r B 2r 2 1 r 1 e 2r 2 1e 0 r B r A 1 in tutti i punti di contatto diversi da C, v è slittamento; v ciò determina dissipazione, calore, usura, ecc. v A è opportuno che una superficie di frizione sia molto piccola; le forze normali di contatto sono basse e dunque basse sono le potenze trasmissibili. v B A C B

7 Variatori meccanici Applicazione Variatore per Pressa a Vite: due dischi di frizione girano solidalmente ad un albero (il moto è trasmesso al disco di g frizione sinistro mediante una cinghia piatta). 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 da avvitarsi verso l'alto nella madrevite; se l albero è spostato verso sinistra (ossia se il disco destro è premuto contro la ruota di d frizione), f ) lla vite è ruotata in modo d da avvitarsi verso il basso nella madrevite; nella corsa di discesa, aumenta (l coppia (la i trasmessa t è massima i all inizio); ll i i i ) i dischi e la ruota di frizione fungono da volano; P kW; r mm; R 2. 2 r1 2r2

8 VARIATORE CON DISCHI PIANI E ROTELLA BI CONICA: vc 1 11 r 3r3 r r r v r r r r r r 3 C , r 2 C 2 C 1 r 2 2

9 VARIATORE CON DISCO CONICO ED ANELLO PIANO: vc 11 r 2r2 r r F 2 F F F a M 2 2 r 2 NOTA: La forza di contatto F 2 è generata sia dalla molla (F F ) sia sadal po profilo odella camma a frontale tae( (F a ). F a dipende dal carico M 2. La forza di contatto F 2 è modesta nel funzionamento a vuoto, mentre aumenta rapidamente all aumentare della coppia da trasmettere. tt C 1

10 VARIATORE CON DISCHI TOROIDALI E ROTELLE SFERICHE: v C r r r r r v r r r r r C , r 2 C 2 C 1 r r 3

11 ULTERIORE VARIATORE CON DISCHI TOROIDALI E ROTELLE SFERICHE: 3 r 31, r 32 vc 1 11 r 331 r r r r vc r r r r r r 31 C 1 C 2 r 32 r Nota: L anello di contenimento delle sfere (che reagisce alle forze centrifughe) ruota liberamente e non influenza il rapporto di trasmissione.

12 Variatori con elemento flessibile: Trasmissioni con elemento flessibile a geometria variabile. PARAMETRI GEOMETRICI VARIABILI:, r 2, a (uno dei tre è di norma costante). MEMBRO FLESSIBILE: cinghia; catena. PULEGGE: puleggia espandibile (r j variabile), costituita da 2 semipulegge a distanza variabile; puleggia rigida id (r j costante). t 1 2 a r r r2

13 Geometriadella trasmissione: r a r r L r1r2 2a a Poiché la lunghezza del membro flessibile è costante (L cost.), se varia una grandezza tra, r 2, a, deve variarne almeno un altra: variatori con 2 pulegge espansibili ed interasse fisso: e r 2 variabili, a costante; variatori con 1 puleggia espansibile ed interasse variabile: o r 2 variabile, a variatori con 1 puleggia espansibile ed interasse variabile: o r 2 variabile, a variabile.

14 Puleggia espansibile bl per cinghia trapezoidale: dl b s j b s j r j r j s j r tan j 2

15 VARIATORE A CINGHIA CON2 PULEGGE ESPANSIBILI ED INTERASSE FISSO: Pulegge: S 2f S 2m r 2 S 1f, S 2f : semipulegge fisse; S 2m : semipuleggia mobile comandata in modo attivo; 2 S 1m : semipuleggia mobile comandata in modo passivo (una molla spinge S 1m contro S 1f ); Controllo: config. 1 config. 2 a il comando agente su S 2m impone r 2 ; S 1m adatta automaticamente (r 2 ): ) a 1 2 r1 r2 aa 8a8r2 4L 2 2 Configurazione 1: min, r 2 r 2max ; 1 Configurazione 2: max, r 2 r 2min. S 1m S1f

16 Applicazione Motovariatore SEW VARIBLOC (P 45kW, R 8): 1. pulegge espansibili 2. cinghia trapezoidale dl larga 3. carcassa variatore (in due parti) 4. motore asincrono trifase 5. dispositivi iti i di comando 6. calotte supporto puleggia condotta 7. riduttore coassiale

17 VARIATORE A CINGHIA CON 1 PULEGGIA ESPANSIBILE ED INTERASSE VARIABILE: config. 2 Pulegge: S 1m, S 1m : semipulegge espansibili comandate in modo passivo (spinte l una contro l altra da 2 molle); S 2: puleggia non espansibile (rigida); a: interasse comandato in modo attivo; 1 S 1m S 1m Controllo: config. 1 a il comando stabilisce a, r 2 è costante; le semipulegge S 1m si adattano automaticamente (a ): ) a 1 2 r1 r2 aa 8a8r2 4L 2 2 Configurazione 1: min, a a max ; Configurazione 2: max, a a min. S 2 2 r 2

18 Applicazione Variatore per Motociclo: S 1 : puleggia motrice espansibile e basculante; S 1f : semipuleggia fissa; S 1m : semipuleggia mobile a comando centrifugo; S 2 : puleggia condotta rigida; O: fulcro del gruppo motore; conf. 1: velocità min, min, a a max ; conf. 2: velocità max, max, a a min. S 1m O S 1 S 2 S conf. 1 1f conf. 2

19 Confronto con altre tecnologie: Caratteristiche Variatori Azionamenti Azionamenti Meccanici Oleodinamici Elettrici Potenza trasmissibile modesta elevata elevata Rendimento buono medio variabile (dipende dai tipi) Campo di variazione modesto ampio medio Potenza trasmissibile / Massa del Variatore Costo di fabbricazione e installazione modesto elevato medio modesto competitivo per potenze medio/alte medio Costo di manutenzione modesto elevato medio

20 Bibliografia E. Funaioli, A. Maggiore, U. Meneghetti, Lezioni di Meccanica Applicata alle Macchine - Seconda Parte: Elementi di Meccanica degli Azionamenti, Patron, Bologna, Ghigliazza R., Galletti C.U., Meccanica Applicata alle Macchine, Utet, Torino, 1986 G. Niemann, H. Winter, Elementi di Macchine, Vol. III, EST-Springer, S Milano, SEW-Eurodrive, MANUALE DEGLI ORGANI DI COMANDO,Tecniche Nuove, Milano, 1985.