Le molle a tazza sono state impiegate fin dagli inizi dell'800. Nella seconda metà del secolo scorso è stato depositato il primo brevetto a nome del

Transcript

1

2 Le molle a tazza sono state impiegate fin dagli inizi dell'800. Nella seconda metà del secolo scorso è stato depositato il primo brevetto a nome del sig. Belleville per un dispositivo che rappresenta quella che viene chiamata tecnicamente "molla a tazza", ma che per molto tempo è stata chiamata "rondella Belleville". In oltre cent'anni di applicazioni, studi e ricerche, è stato dapprima ideato e quindi, per successive approssimazioni migliorato, un modello teorico che potesse dare un'esauriente spiegazione del comportamento sia della singola molla a tazza sia dei diversi tipi di pacchi di molle a tazza in tutte le condizioni pratiche d'impiego. La reazione complessiva della singola molla a tazza alle sollecitazioni del carico esterno è infatti fortemente influenzata da: - tipo del carico: statico o dinamico - tipo di molla - tipo di materiale - valore del precarico - tipo di guide e relativo grado di finitura superficiale - tipo e relativo grado di finitura superficiale dei terminali - temperatura di lavoro Nel caso poi di utilizzazione di pacchi di molle, questi danno una reazione complessiva alle sollecitazioni del carico che dipende, oltre che dai parametri sopraelencati, anche dai seguenti fattori: - tipo di pacco (serie o parallelo) od eventualmente di insieme di pacchi - tipo di accoppiamento fra le molle Il carico esterno induce nella molla a tazza un sistema di sollecitazioni interne molto complesso, il quale viene notevolmente influenzato - a parità di altre condizioni - dall'attrito derivante dall'accoppiamento fra molla e guide ed eventualmente nel caso di pacchi anche fra molla e molla. Dalla teoria generale sono stati derivati formule e diagrammi di uso molto semplice tramite i quali è possibile scegliere il tipo di molla a tazza od eventualmente il pacco di molle a tazza necessario per risolvere tutti i problemi della pratica comune. Viene dato, nelle pagine seguenti, un esempio di calcolo completo del relativo diagramma, nel caso di una molla a tazza tipo 100x51x5.0 mm (diametro esterno, diametro interno, spessore). La Società MUBEA, operante in questo settore da molti decenni, ha maturato una notevole esperienza non solo nella produzione ma anche nello studio e nella ricerca del comportamento meccanico delle molle a tazza. Tale esperienza viene messa a disposizione dei Clienti per permettere loro di eseguire la migliore scelta tecnico economica del tipo di molla a tazza più adatto a soddisfare le specifiche esigenze richieste. La gamma dei materiali utilizzati nella fabbricazione delle molle a tazza è molto ampia: si va dagli acciai comuni o debolmente legati

3 tipo Ck 67, 50 CrV 4 e simili fino a quelli resistenti alla corrosione tipo X 12 CrNi 17 7 e simili, oppure adatti per basse temperature tipo 45 CrMoV 6 7 e simili, o termicamente stabili tipo X 35 CrMo 17 e simili, oppure adatti alle alte temperature tipo Duratherm 600, Inconel X 750, Nimonic 90, o infine a quelli amagnetici e resistenti alla corrosione tipo CuBe 2 e NiBe 2. Per migliorare la resistenza meccanica, soprattutto nel caso di carichi dinamici, vengono adottate particolari procedure quali un opportuno trattamento di bonifica oppure, a seconda dei casi, un particolare processo di pallinatura. Nel caso di carichi non elevati e di frecce - corse - ridotte, è sufficiente in molti casi l'applicazione di una sola molla. Dal punto di vista della molla si parla di freccia: è la massima deformazione della molla a tazza dalla sua configurazione naturale di guscio tronco-conico alla configurazione piana. Viceversa dal punto di vista 'esterno' si parla di corsa in quanto individua la massima variazione della distanza fra i due terminali della molla stessa. Quando invece si debbano sopportare carichi elevati o permettere corse notevoli è giocoforza ricorrere all'assemblaggio di più molle a tazza. Questi pacchi possono essere o del tipo parallelo, quando le molle vengono montate una sull'altra in modo tale che l'angolo conico giaccia dalla stessa parte: ci sia cioé fra molla e molla un contatto esteso a tutta la superficie conica; oppure del tipo serie, quando le molle vengono montate alternativamente in modo tale che ciascuna abbia un contatto con le due molle contigue attraverso rispettivamente la circonferenza esterna e quella interna. Nel primo caso si sommano le reazioni elastiche sviluppate da ciascuna molla, ottenendo un carico esterno totale pari alla somma delle singole reazioni. Viceversa nel secondo caso si sommano le singole frecce: si ottiene così un'elevata corsa totale. Nel caso contemporaneo di carico e corsa molto elevati, è possibile formare un pacco serie composto da un certo numero di pacchi paralleli. Dalle considerazioni sopraesposte diventa evidente come sia possibile ottenere in modo semplice o con un certo tipo di molla a tazza oppure con un'opportuna combinazione di pacco di molle a tazza - parallelo, serie oppure misto -, una molteplice infinità di carichi/corse nella quale è praticamente sempre possibile scegliere la combinazione più conveniente per risolvere qualsiasi problema. Le molle a tazza prodotte dalla società MUBEA sono, dal punto di vista dimensionale secondo Norme DIN, mentre viceversa dal punto di vista delle proprietà meccaniche superano abbondantemente quanto richiesto dalle Norme DIN. Il programma di produzione MUBEA comprende un totale di 467 tipi di molle a tazza. Di questi ben 246 sono normalmente disponibili a magazzino; di altri 153 è disponibile l'attrezzatura per la produzione.

4 ESEMPIO DI CALCOLO Supponiamo di dover eseguire una verifica con i seguenti dati di partenza: - pacco serie costituito da N 10 molle a tazza tipo 100x51x5.0 mm, completo di guide a mozzo, carico dinamico esterno massimo F 2 = 29.1 kn. calcolare: 1) Le frecce s 1 ed s2 per le singole molle oltre a quella del pacco. 2) La forza della molla F 1. 3) La vita utile di lavoro, espressa come numero massimo sopportabile di cicli. Punto 1). Dalla tabella dati della molla a tazza tipo 100x51x5.0, riportata per comodità qui a fianco, viene ricavato il valore h 0 = 2.8 mm. Quindi il valore minimo ammissibile della freccia di precarico è: S u = s 1 = 0.15 h 0 = 0.15x2.8 mm = 0.42 mm La massima freccia viene raggiunta nella condizione di: F 2 = 29.1 kn come ascissa del punto B ottengo s2 = 1.61 mm. Perciò la corsa totale per il pacco serie è: (s 2 - s 1 ) x 10 = 11.9 mm Punto 2). Sul diagramma si ricava il valore F 1 = 8.6 kn (punto A) in corrispondenza del valore s 1 = 0.42 mm. Punto 3) Sul diagramma si ottiene l'intersezione E fra la verticale passante per A e l'orizzontale passante per B. In corrispondenza di E passa la linea 'isociclo' N cicli In altre parole il pacco di molle sopporterà N 2 cicli con la probabilità del 99%.

5 Molle a tazza Esempio di diagramma 100 x 51 x 5.0 GR2 t = 5.0 mm Di =51 mm 1 o = 7.8 mm h0=l0-t=2.8mm D e/di= 1.96 t = 5.0 mm D e/t = 20 h 0/t = 0.56 m = g D e = 100 mm Carico F' (kn) lo = 7,8mm lo+t= 12.8mm lo + 2t = 17.8mm N1 N2 N3 N 1 = cicli N 2 = cicli N 3 = cicli 30 -E F 2 = 29.1 kn B F1 = 8.6 kn s1=0.42mm s 2 = 1.61 mm Freccia ' s ' ( mm )

6 MOLLE A TAZZA DIN 2093 MUBEA MISURE FORNIBILI De Di t * 8 3,2 0, ,2 0, ,2 0,5 200 C 8 4,2 0,2 200 B 8 4,2 0,3 200 A 8 4,2 0, ,2 0, ,2 0, ,2 0, ,2 0, ,2 0, ,2 0,6 200 C 10 5,2 0, B 10 5,2 0,4 200 A 10 5,2 0, ,2 0, ,2 0, ,2 0, ,2 0, ,2 0, ,2 0, ,2 0,6 200 C 12,5 6,2 0, B 12,5 6,2 0,5 200 A 12,5 6,2 0,7 200 C 14 7,2 0, B 14 7,2 0,5 200 A 14 7,2 0, ,2 0, ,2 0, ,2 0, ,2 0, ,2 0, ,2 0, ,2 0, ,2 0, ,2 0,8 200 C 16 8,2 0,4 200 B 16 8,2 0,6 200 A 16 8,2 0, ,2 0, ,2 0, ,2 0, ,2 0, ,2 0, ,2 0, ,2 0,8 200 confezione confezione De Di t * 18 8, C 18 9,2 0, B 18 9,2 0,7 200 A 18 9, ,2 0, ,2 0, ,2 0, ,2 0, ,2 0, , ,2 0,4 200 C 20 10,2 0,5 200 B 20 10,2 0, ,2 0, , A 20 10,2 1,1 200 C 22,5 11,2 0,6 200 B 22,5 11,2 0,8 200 A 22,5 11,2 1, ,2 0, ,2 0, ,2 0, ,2 0, , , ,2 1, ,2 1,5 200 C 25 12,2 0,7 200 B 25 12,2 0,9 200 A 25 12,2 1, ,2 0, , ,2 1, ,2 1, , ,2 1, ,2 1,5 200 C 28 14,2 0,8 200 B 28 14, ,2 1, A 28 14,2 1,5 200 C 31,5 16,3 0,8 200 B 31,5 16,3 1, ,5 16,3 1,5 200 A 31,5 16,3 1, ,5 16, , A=DIN 2093 A B =DIN2093 B C=DIN2093 C * dove indicato S/A=Molle a tazza senza superficie piana di appoggio

7 MOLLE A TAZZA DIN 2093 MUBEA MISURE FORNIBILI D e D i t zione 34 12,3 1, ,3 1, ,3 1, ,3 1, ,3 1, , C 35,5 18,3 0,9 100 B 35,5 18,3 1, A 35,5 18, ,3 1, ,3 1, ,3 1, , ,3 1, ,3 1, , , C 40 20, B 40 20,4 1, , A 40 20,4 2, ,4 2,5 100 C 45 22,4 1, B 45 22,4 1, A 45 22,4 2, ,3 1, ,4 1, ,4 1, , ,4 2, , , ,4 2, , ,4 2,5 100 C 50 25,4 1, ,4 1,5 100 B 50 25, ,4 2, ,4 2,5 100 A 50 25, C 56 28,5 1,5 100 B 56 28, ,5 2,5 100 A 56 28, , ,5 2,5 100 confe- confe- D e D i t zione 60 20, ,5 2, , ,5 2, ,5 2, , ,5 3,5 100 C ,8 100 B , A , , ,5 3, , ,5 2, , , ,5 3, , ,5 4 S/A , ,5 4 S/A , ,5 5 S/A 100 C B ,5 100 A lA ,5 2, S/A , ,5 4 S/A C , B S/A 50 A S/A 50 C ,5 1 B ,5 1 A S/A S/A 1 A=DIN 2093 A - B=DIN2093 B - C=DIN2093 C * dove indicato SIA=Molle a tazza senza superficie piana di appoggio

8 MOLLE A TAZZA DIN 2093 MUBEA MISURE FORNIBILI De Di t * S/A 1 C ,7 1 B , S/A S/A 1 A S/A C B S/A 1 A S/A S/A S/A S/A S/A S/A C ,5 1 B S/A S/A A S/A C ,8 1 B S/A 1 A S/A S/A confezione confezione De Di t * S/A C , ,3 S/A 1 B S/A 1 A C , ,8 S/A 1 B S/A 1 A C , ,5 S/A 1 B A C ,5 1 B A C B A A=DIN 2093 A B =DIN2093 B C=DIN2093 C * dove indicato S/A=Molle a tazza senza superficie piana di appoggio