INFN-Laboratori Nazionali di Frascati SPAS-Servizio Progettazione Apparati Sperimentali STAGE 2003

Transcript

1 SESSIONE MECCANICA TUTORI: CAPOCCIA CESIDIO / ORECCHINI DARIO STUDENTI: D ELIA Domenico PALAZZI Dario PALUMBO Fabio RICCI Marco

2 TEMA DELLO STAGE: Approccio ai vari aspetti della progettazione meccanica di parti di apparati sperimentali, loro disegnazione, scelta dei materiali e delle relative tecnologie. SOMMARIO DELLE ATTIVITA : TRATTAZIONE TEORICA: IL CAD NELLA PROGETTAZIONE MECCANICA; - IL CAD BIDIMENSIONALE: CARATTERISTICHE E POTENZIALITA - I MODELLATORI SOLIDI: CARATTERISTICHE E POTENZIALITA - ACQUISIZIONE DELLE FUNZIONI BASE DEL SOFTWARE DI MODELLAZIONE SOLIDA INVENTOR DI AUTODESK INTRODUZIONE AL PROCESSO DI PROGETTAZIONE ATTRAVERSO LE FASI DI BASE: - ANALISI DELLA PROBLEMATICA DA RISOLVERE CON IPOTESI DI SOLUZIONE OTTIMALE - VERIFICHE DI FATTIBILITA ATTRAVERSO CALCOLI (DIMENSIONAMENTO), STANDARDS DISPONIBILI, PROCESSI DI PRODUZIONE, RISPETTO DELLE NORMATIVE VIGENTI... - RAPPRESENTAZIONE GRAFICA (DISEGNO TECNICO) CON LE ISTRUZIONI NECESSARIE A DEFINIRE IL PROGETTO QUALI DIMENSIONI, TOLLERANZE DIMENSIONALI, TOLLERANZE GEOMETRICHE, SIMBOLI DI LAVORAZIONE... ESERCITAZIONE PRATICA: UTILIZZANDO INVENTOR, REALIZZAZIONE DI DUE SEMPLICI COMPONENTI: - TERMINALE TUBI ESPERIMENTO ATLAS; - PIEDE DI SUPPORTO CON REGOLAZIONE DELLA POSIZIONE. ESECUZIONE DI SEMPLICI CALCOLI FINALIZZATI AL DIMENSIONAMENTO DI UN PARTICOLARE MECCANICO - CALCOLO DELLO SFORZO (COPPIA APPLICATA) SU UNA VITE DI MANOVRA - CALCOLO DELLA DEFORMAZIONE DI UN SUPPORTO (FLESSIONE)

3 C A D = Computer Aided Design (PROGETTAZIONE ASSISTITA DAL COMPUTER) IL COMPUTER SOSOTITUISCE IL TAVOLO DA DISEGNO COME STRUMENTO PER LA REALIZZAZIONE DI ELABORATI GRAFICI. CAD BIDIMENSIONALE DIVENUTO FAMOSO PER MERITO DI AUTOCAD SOFTWARE DI AUTODESK E UNO DEI PRIMI SOFTWARE CAD USCITI SUL MERCATO. I CAD BIDIMENSIONALI SONO DI FATTO UN TECNIGRAFO ELETTRONICO MA ESPANDONO DI MOLTO LE POTENZIALITA DEL TAVOLO DA DISEGNO SOPRATTUTTTO ATTRAVERSO LE SEGUENTI PRINCIPALI CARATTERISTICHE: - TUTTE LE PARTI DEL DISEGNO RIPETIBILI O SPECCHIABILI VANNO DISEGNATE UNA SOLA VOLTA E POI SEMLPLICEMENTE RIUTILIZZATE O MANIPOLATE; - TUTTE LE MODIFICHE CHE CRONOLOGICAMENTE SI SUSSEGUONO SONO APPORTATE SU UN SUPPORTO VIRTUALE, SENZA NECESSITA DI CANCELLATURE ESEGUITE CON GOMMA O LAMETTA. - FILES DI PROVENIENZA DIVERSA POSSONO ESSERE FACILMENTE MONTATI ASSIEME ESPANDENDO DI MOLTO IL LAVORO IN TEAM. - L ARCHIVIAZIONE E LA TRASPORTABILITA DEI DOCUMENTI REALIZZATI SONO ESTREMAMENTE SEMPLICI (ARCHIVIAZIONE SU CD ED INVIO DEI FILES TRAMITE , POSSIBILITA DI MEETING TRAMITE INTERNET). - LA QUASI TOTALITA DEI COMPONENTI COMMERCIALI (VITERIA, CUSCINETTI, ETC.) SONO RESI DISPONIBILI DALLE CASE COSTRUTTRICI IN FORMATO ELETTRONICO UTILIZZABILI DIRETTAMENTE NEI DOCUMENTI CAD.

4 MODELLATORI 3d ALLA SEMPLICE DESCRIZIONE DEI COMPONENTI DEL PROGETTO REALIZZATA TRAMITE LINEE, SIMBOLI, ETC. SI SOSTITUISCE LA MODELLAZIONE GEOMETRICA, CHE MEDIANTE L UTILIZZO DI ALGORITMI COSTRUISCE LA DESCRIZIONE MATEMATICA DI UN OGGETTO REALE. I MODELLATORI CAD SONO PIU GENERALMENTE DIVISI IN: - MODELLATORI DI SUPERFICI. L oggetto e descritto tramite la modellazione della sua pelle esterna. Producono percio oggetti vuoti. E utilizzato nei settori manufatturieri che realizzano prodotti con forme esterne definite da curve complesse, come carrozzerie automobilistiche, settore aereonautico, produzione di stampi, design industriale. Al modello realizzato non sono associabili caratteristiche fisiche (tipo di materiale, peso specifico, etc.) - MODELLATORI SOLIDI. L oggetto e descritto tramite la modellazione di un solido pieno. E poco indicato per realizzare forme esterne definite da curve complesse. Al modello realizzato sono associabili caratteristiche fisiche (tipo di materiale, peso specifico, etc.) indispensabili per ricavare informazioni di progetto come peso, baricentro, caratteristiche meccaniche. Alle prime generazioni di modellatori semplici (il modello una volta fatto non era modificabile) si sono sostituiti i modellatori parametrici (il modello gia realizzato e modificabile intervenendo e modificando i parametri che lo descrivono).

5 GLI ASPETTI FONDAMENTALI CHE CARATTERIZZANO LA MODELLAZIONE SOLIDA SONO RIASSUMIBILI NEI SEGUENTI CONCETTI: -LE FEATURES -LE RELAZIONI OPERATIVE E CRONOLOGICHE TRA LE OPERAZIONI DI MODELLAZIONE (detta PADRE-FIGLIO) -LA PARAMETRICITA delle operazioni stesse

6 LE FEATURES FEATURES: TERMINE CON CUI SI INTENDE L OPERAZIONE DI CREAZIONE DI UN SOLIDO VIRTUALE MEDIANTE AGGIUNTA O SOTTRAZIONE DI MATERIALE. ES: PARTENDO DAL DISEGNO DI UN SEMPLICE CERCHIO BIDIMENSIONALE, TRAMITE LA SUA ESTRUSIONE SI OTTIENE UN CILINDRO. TRACCIAMO UN ALTRO CERCHIO SU UNA DELLE FACCE DEL CILINDRO GENERATO, CON LA SUA ESTRUSIONE IN DIREZIONE DEL CILINDRO STESSO (SCAVO) SI OTTIENE UN FORO. ALTRE FEATURES TIPICHE SONO: - RIVOLUZIONI - SMUSSI; - RACCORDI.

7 RELAZIONI PADRE FIGLIO -LE RELAZIONI OPERATIVE E CRONOLOGICHE TRA LE OPERE DI MODELLAZIONE (detta PADRE-FIGLIO) SONO LE RELAZIONI CHE LEGANO LA PRIMA OPERAZIONE DI MODELLAZIONE EFFETTUATA ALLE SUCCESSIVE CHE LA MODIFICANO. E DEL TUTTO EVIDENTE CHE SE NELL ESEMPIO PRECEDENTE NON AVESSIMO REALIZZATO IL PRIMO CILINDRO, NON AVREMMO POTUTO POI REALIZZARE SU QUESTO IL FORO SUCCESSIVO. LA PRIMA OPERAZIONE (IL CILINDRO) E DETTA PADRE, TUTTE LE SUCCESSIVE FIGLIE.

8 LA PARAMETRICITA NELLA MODELLAZIONE COSIDETTA NON PARAMETRICA, IL RAGGIO DEL CERCHIO CHE ESTRUSO HA GENERATO IL CILINDRO, UNA VOLTA FISSATO NON PUO ESSERE MODIFICATO SENZA CANCELLARE IL CILINDRO STESSO. NELLA MODELLAZIONE COSIDDETTA PARAMETRICA POSSIAMO MODIFICARE IL RAGGIO DEL CERCHIO CHE HA GENERATO IL CILINDRO SENZA CANCELLARE IL CILINDRO. CON UN MODELLATORE SOLIDO PARAMETRICOPOSSIAMO INOLTRE: DEFINIRE UN SISTEMA DI RELAZIONI GEOMETRICHE E DIMENSIONALI CHE LEGANO TRA DI LORO LE VARIABILI CHE DEFINISCONO LE FEATURES, E SU CUI E POSSIBILE INTERVENIRE IN QUALSIASI MOMENTO. POSSIAMO PERCIO : -LEGARE DIMENSIONI AD ALTRE DIMENSIONI; -LEGARE DIMENSIONI A FORMULE; -IMPORRE CONDIZIONI DI VINCOLO GEOMETRICO TRA I VARI ELEMENTI.

9 TERMINALE RIVELATORE MDT ATLAS FOTO DI UN TERMINALE COMPLETO DI SCHERMATURA E SCHEDA ELETTRONICA MODELLO 3d REALIZZATO DAI RAGAZZI CON SOFTWARE INVENTOR (AUTODESK)

10 TERMINALE RIVELATORE MDT ATLAS DISEGNO DI ASSIEME 2d SVILUPPATO DIRETTAMENTE DAL MODELLO SOLIDO CON SOFTWARE INVENTOR (AUTODESK)

11 SUPPORTO REGISTRABILE FOTO DEL SUPPORTO REGISTRABILE MODELLO 3d REALIZZATO DAI RAGAZZI CON SOFTWARE INVENTOR (AUTODESK)

12 SUPPORTO REGISTRABILE DISEGNO DI ASSIEME 2d SVILUPPATO DIRETTAMENTE DAL MODELLO SOLIDO CON SOFTWARE INVENTOR (AUTODESK)

13 PROPRIETA MECCANICHE DEI MATERIALI NELL AMBITO DELLE ESERCITAZIONE DI PROGETTAZIONE SI E FATTO RIFERIMENTO, CON SINTETICI RICHIAMI AI SEGUENTI ARGOMENTI: PER LE PROPRITA MECCANICHE DEI MATERIALI: -SOLLECITAZIONI SEMPLICI (TRAZIONE, COMPRESSIONE, FLESSIONE, TORSIONE); -RAPPORTO SOLLECITAZIONE/ALLUNGAMENTO; -LIMITE ELASTICO; -PUNTO DI SNERVAMENTO; -RESITENZA ALLO SNERVAMENTO; -MODULI DI ELASTICITA ; -CARICHI DI SICUREZZA AMMISSIBILI PER I PRINCIPALI MATERIALI -SOLLECITAZIONE MASSSIMA, SOLLECITAZIONE AMMISSIBILE E COEFFICIENTI DI SICUREZZA; -MOMENTI DI INERZIA E LORO CALCOLO.

14 ATTRITO RADENTE PER L ATTRITO RADENTE: - CONCETTI GENERALI; - COMPONENTI: CARICO, FORZA TRAENTE, RESISTENZA, COEFF. DI ATTRITO; -COEFFICIENTI DI ATTRITO PER VARI MATERIALI (SUPERFICI SECCHE/ BAGNATE); -ATTRITO DI PRIMO DISTACCO; -ANGOLO DI ATTRITO; -PIANO INCLINATO;

15 CALCOLO DELLO SFORZO SU UNA VITE DI MANOVRA DATI: Rm = 5.46 mm P = 1.75 mm R = 200 mm Q = 2000 dan Vite = M20??= 0.2 ATTRITO IN DIREZIONE DI Q? = 0.20 * 3 = 0.6 F = Q * (2??*? * Rm - P) / ((2? * Rm) + (??* P)) * Rm/R = F = (2000 * 0.6) * (2 * 3.14 * 0.6 * ) / (2 * 3.14 * (0.6 * 2.5)) * 5.46/200 = dan ATTRITO OPPOSTO A Q F = (P+ ( 2 *? *? * Rm)) / ((2 *? *? * Rm) - (? * P)) * (Rm/R) * Q = F = ( ( 2 * 3.14 * 0.6 * 5.46)) / ((2 * 3.14 * 0.6 * 5.46) - ( 0.6 * 1.75)) * (5.46/200) * (2000 * 0.6) = 37.5 dan

16 CALCOLO DI DEFORMAZIONE A FLESSIONE Calcolo della freccia di inflessione massima generata dalla forza " F " applicata per avvitare il bullone DATI : R = 250 mm F = 17 dan = 170 N Materiale : Fe 360 Carico di rottura (? R ) = 360 N / mm 2 Modulo di elasticità ( E ) = N / mm 2 l = 18 mm b = 19 mm h = 32 mm f MAX F SVOLGIMENTO : Mf MAX = F * l = 170 * 18 = 3060 N * mm Momento flettente massimo Wf = ( b * h 2 ) / 6 = (19 * 32 2 ) / 6 = 3243 mm 3 Modulo di resistenza a flessione I = ( b * h 3 ) / 12 = ( 19 * 32 3 ) / 12 = mm 4 Momento d'inerzia rispetto ad assi baricentrici? MAX = Mf MAX / Wf = 3060 / 3243 = 0.94 N / mm 2 Carico massimo? AMM =? R / gs = 360 / 4 = 90 N / mm 2 Carico di rottura massimo ammissibile

17 VISITA GUIDATA: CAMERA PULITA DOVE VENGONO ASSEMBLATI IN AUTOMATICO CON ATTREZZATURE REALIZZATE INTERNAMENTE LE PARTI DEL RIVELATORE MDT ATLAS

18 VISITA GUIDATA: OFFICINA MECCANICA DOVE VENGONO REALIZZATI CON MACCHINE A CONTROLLO NUMERICO (CNC) PARTI DI RIVELATORI E DI ATTREZZATURE PER L ATTIVITA DI RICERCA

19 VISITA GUIDATA: METROLOGIA DOVE VENGONO ESEGUITI I CONTROLLI DELLE PARTI MECCANICHE