Classe R el. o R p 0,2 di resistenza [N/mm 2 ]

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1 Ganci poliglotta Gancio GB: Hook F: Crochet D: Haken I ganci, che rappresentano gli organi di presa del carico, sono costruiti in acciaio fucinato e sono previste 5 classi di resistenza, come indicato nella tabella 2.2 (tratta dal Manuale di Meccanica, Hoepli, 2006). Tabella 2.2 Proprietà meccaniche e materiali consigliati per la costruzione dei ganci Fig Tipi diversi di gancio: a) semplice, tipo GL e GSN; b) semplice a occhio; c) doppio; d) a C. Classe R el o R p 0,2 di resistenza [N/mm 2 ] Materiale S 235 M 235 oppure S 355 P 35 S 355 S Cr 4 34 CrMo 4 T 490 oppure 36 CrNiMo 4 V CrNiMo 4 Note Evitare, se possibile, le classi di resistenza in corsivo Esistono varie forme di gancio in base all uso. Fra quelle più ricorrenti si ricordano (4Fig. 2.63): gancio semplice, tipo GL e GSN; gancio semplice a occhio; gancio doppio; gancio a C. Le portate nominali dei ganci si ricavano da opportune tabelle, in funzione del numero del gancio che lo identifica; nella tabella 2.3 (tratta dal Manuale di Meccanica, Hoepli, 2006) è riportata una parte della tabella specifica dei ganci semplici.

2 Tabella 2.3 Portate nominali e caratteristiche di alcuni ganci semplici Classe del gancio Numero Tipo Classe del meccanismo M M 3 M 4 M 5 M 6 M 7 M 8 P M 3 M 4 M 5 M 6 M 7 M 8 S M 3 M 4 M 5 M 6 M 7 M 8 T M 3 M 4 M 5 M 6 M 7 M 8 V M 3 M 4 M 5 M 6 M 7 M 8 Diametro del gambo Portata [kg] GL e GSN Tabella 2.4 Il progetto di un gancio consiste nel definire le dimensioni delle sue parti, eseguendo le verifiche di resistenza inerenti alla sezione maggiormente sollecitata del gancio stesso e alla sezione filettata del suo gambo, qualora fosse presente. Le dimensioni del gancio possono essere determinate in base alle indicazioni fornite dalle tabelle UNI, come per esempio la tabella del Manuale di Meccanica (Hoepli, 2006), riferita ai ganci semplici; una parte della suddetta tabella viene proposta nella tabella 2.4, prendendo in considerazione lo schema rappresentato nella figura Caratteristiche geometriche di alcuni ganci semplici Numero Tipo d d 2 L R R 2 b h b 2 h 2 Massa [kg] GL e GSN

3 Fig Rappresentazione di un gancio semplice. Fig Sezione più sollecitata in un gancio semplice. La sezione più sollecitata, da considerare ai fini del calcolo di verifica del gancio, è la sezione principale di curvatura A-A, di forma trapezoidale (4Fig. 2.65). Le tensioni massime dovute alla flessione in tale sezione, ossia la massima tensione di compressione σ c nel punto Q e la massima tensione di trazione σ t nel punto M, sono valutate considerando il carico agente lungo un asse che passa per il centro di curvatura dell asse baricentrico della sezione del gancio. Il carico F è applicato al gancio semplice mediante un imbracatura verticale, mentre nel caso di gancio doppio è applicato mediante due imbracature divaricate di 90 (4Fig. 2.65). Poiché il gancio viene assimilato a un solido a grande curvatura, i valori delle tensioni massime suddette si calcolano con le relazioni indicate di seguito: F Mf yt σ t = + [2.34] A A e R e: F M y = A A e R + h σ c f c ( ) [2.35] in cui: F indica il carico considerato agente verticalmente nel caso di gancio semplice; l area della sezione A-A vale: A b + b 2 h 2 3

4 il momento flettente è M f = F GO; l asse baricentrico è indicato con x-x; l asse neutro è indicato con x -x ; y t = NO - GO; y c = QO - NO; e = GO - NO; GO = GM - MO; il valore di GM è ottenuto dalla seguente relazione: h b + 2b GM = 3 b + b 2 2 MO = R ; QO = R + h ; il valore di GM è ottenuto dalla seguente relazione: b + b2 h NO = 2 b ( + ) R h b2 R R + h ln h R ( b b ) 2 Per la verifica di resistenza a trazione e a compressione della sezione A-A deve risultare: σ t σ σ c σ t, am c, am [2.36] in cui σ t,am e σ c,am indicano le tensioni normali ammissibili del materiale dei ganci, i cui valori si possono ricavare da grafici, come quelli della tabella per ganci semplici rappresentata nel Manuale di Meccanica (Hoepli, 2006). Se il gambo è filettato occorre eseguire la verifica a trazione della sezione resistente della filettatura e la verifica a taglio della prima spira del filetto, pertanto si hanno le seguenti relazioni: e: σ G τ = F σ A = F r π d G F = τ π d p 3 G, am G, am [2.37] [2.38] in cui: l area della sezione resistente della filettatura a profilo triangolare vale: 2 d Ar π 3 4 4

5 d 3 indica il diametro di nocciolo; p è il passo; σ G,am rappresenta la tensione normale ammissibile per il gambo filettato; τ G,am rappresenta la tensione tangenziale ammissibile per il gambo filettato. La tensione di trazione nel gambo filettato è determinata trascurando l effetto d intaglio, mentre la tensione tangenziale nella prima spira del filetto si calcola partendo dal presupposto che quest ultimo assorba la metà del carico utile e che l altezza della superficie di taglio sia pari a metà del passo p del filetto. Le tensioni ammissibili σ G,am e τ G,am per il gambo dei ganci possono essere ricavate da grafici come quelli della tabella rappresentata nel Manuale di Meccanica (Hoepli, 2006). 5

6 L Unità didattica in breve c2 Giunti Il giunto è un dispositivo atto a rendere solidali fra loro le estremità di due alberi coassiali, o concorrenti, in modo che l uno possa trasmettere un momento torcente all altro. Si possono distinguere: giunti rigidi, o fissi, a manicotto, ad anelli e a dischi; giunti elastici a pioli, a inserti, a collare, a molle e flessibili; giunti mobili e articolati, di dilatazione, a denti, di Oldham, di Cardano e omocinetici. I giunti rigidi assicurano un accoppiamento rigido dei due alberi da collegare, evitando ogni spostamento assiale, radiale o angolare; tuttavia, con questo tipo di giunto, uno dei due alberi dev essere libero assialmente. Il giunto rigido a manicotto è impiegato per piccoli alberi, in costruzioni poco importanti, ed è adatto a trasmettere basse potenze e limitate velocità. Il giunto rigido a gusci è costituito da un manicotto in ghisa, diviso in due semigusci, serrati sugli alberi mediante bulloni. Il momento torcente è trasmesso per l attrito fra i semigusci e gli alberi. I giunti rigidi a dischi sono più robusti dei precedenti e possono trasmettere sforzi notevoli anche in presenza di sovraccarichi dinamici. Il centraggio delle due estremità degli alberi è ottenuto mediante un incastro a maschio e femmina dei due dischi ossia mediante un risalto su uno dei dischi, cui corrisponde un incavo sull altro oppure mediante un anello distanziatore diviso in due metà. Nel primo caso, la trasmissione della potenza è dovuta all aderenza dei due dischi, serrati uno contro l altro da una serie di bulloni, sollecitati a trazione; nel secondo caso si utilizzano bulloni calibrati, che quindi sono sollecitati a taglio. I giunti rigidi a flange sono costituiti da flange ricavate, mediante fucinatura, direttamente sugli alberi da collegare, in modo da eliminare il collegamento fra mozzo e albero (presente nei giunti a dischi) e vengono impiegati per trasmettere elevate potenze, anche in condizioni di esercizio gravose. Per il collegamento si impiegano bulloni calibrati, per cui il momento torcente trasmissibile non dipende dall attrito fra le superfici a contatto, bensì dalla resistenza a taglio delle viti. I giunti elastici hanno la caratteristica di attenuare gli improvvisi sovraccarichi e di eliminare piccoli disallineamenti, dovuti alla variabilità delle coppie applicate alle estremità degli alberi da collegare, che altrimenti genererebbero tensioni aggiuntive negli alberi; in tal modo essi assicurano il collegamento fra due alberi, permettendo piccoli spostamenti. La possibilità di realizzare tali spostamenti è affidata a un elemento deformabile in gomma, in resina sintetica oppure in metallo. I giunti mobili assicurano un collegamento permanente, ma non invariabile, fra i due alberi da collegare. A seconda del movimento relativo consentito oltre a quello di rotazione, si distinguono: giunti mobili a libertà torsionale, noti anche come limitatori di coppia o di sovraccarico; giunti mobili a libertà assiale, che permettono uno spostamento relativo degli alberi in direzione assiale, pur mantenendo il collegamento permanente inalterato; 6

7 giunti mobili a libertà radiale, che consentono la trasmissione del moto di rotazione fra due alberi, i cui assi siano soggetti a un leggero disallineamento parallelo; molto noto è il giunto Oldham; giunti mobili a libertà angolare, che consentono l accoppiamento e, quindi, la trasmissione del moto fra alberi concorrenti; sono anche detti giunti universali. I giunti universali, con velocità d ingresso costante, possono essere a velocità di uscita variabile o costante. Il più importante dei giunti a uscita variabile è il giunto articolato di Cardano. Due giunti cardanici in serie, collegati da un albero intermedio, formano un doppio giunto cardanico, a velocità di uscita costante. I giunti omocinetici sono tutti i giunti universali a velocità di uscita costante, a eccezione del doppio giunto cardanico. Fra i giunti universali a velocità di uscita costante, oltre al doppio giunto cardanico, si può citare il giunto Rzeppa a campana o a disco. Innesti Gli innesti sono organi meccanici che consentono di stabilire o di interrompere la continuità di collegamento fra due alberi. A differenza dei giunti, che realizzano un accoppiamento permanente, gli innesti sono caratterizzati dall avere fra le possibili condizioni di funzionamento quella in cui il momento trasmesso risulta nullo. Classificando gli innesti secondo il mezzo adottato per collegare le estremità dei due alberi, si possono distinguere le seguenti tipologie: innesti a collegamento positivo, a denti frontali o a denti radiali, che realizzano il collegamento fra due alberi, mediante la compenetrazione dei denti di un semigiunto nei vani dei denti dell altro; innesti a frizione, che consentono la trasmissione dall albero motore all albero condotto, mediante l attrito sviluppato fra due o più superfici di contatto, di forma e natura diversa, forzate l una contro l altra; innesto unidirezionale o ruota libera; innesti a fluido; innesti a polveri metalliche; innesti magnetici. Freni I dispositivi di frenatura hanno la funzione di controllare la velocità di funzionamento degli organi in moto. Sono applicati su macchine, impianti e autoveicoli e sono costituiti da organi meccanici, idraulici, pneumatici ed elettrici. Tali dispositivi trasformano l energia cinetica acquisita dall organo in moto in altre forme di energia, principalmente energia termica. I dispositivi frenanti presentati in questa sede sono ad attrito, sviluppato mediante forze applicate su due superfici premute l una contro l altra, di cui una è fissa, mentre l altra appartiene all elemento mobile. 7

8 I freni a tamburo sono così definiti poiché sono formati da un tamburo cilindrico in ghisa o in alluminio solidale, all organo rotante da frenare. Contro la superficie esterna o interna del tamburo viene premuto un ceppo, detto ganascia, rivestito da materiale di attrito. I freni a disco sono costituiti da un disco rotante, vincolato direttamente all albero rotante o a un altro organo della trasmissione quale, per esempio, il semiasse o il mozzo della ruota di un veicolo, sulle cui superfici si appoggiano due guarnizioni frenanti, costruite con materiale ad alto coefficiente di attrito radente. Tali guarnizioni, dette anche pastiglie, sono premute contro le facce del disco mediante uno o più cilindri, azionati idraulicamente e supportati internamente a un apposita struttura detta pinza. Macchine di sollevamento e mobilità I paranchi e gli argani sono macchine utilizzate per il sollevamento di carichi lungo una traiettoria verticale, mediante un gancio, o un bozzello, collegato a un organo flessibile che si avvolge su un tamburo. I paranchi sono macchine semplici e facilmente trasportabili, adatte per corse brevi e limitata frequenza di sollevamento dei carichi; essi possono essere manuali, elettrici o pneumatici. L argano, oltre a essere utilizzato come semplice macchina di sollevamento, è un elemento fondamentale delle gru di qualsiasi tipo. Le gru sono costituite da strutture metalliche portanti, realizzate in carpenteria di acciaio saldata, e dai gruppi di meccanismi che effettuano i movimenti di sollevamento del carico, di rotazione e di traslazione della parte mobile della gru. La gru a ponte, detta anche carroponte, può essere monotrave o bitrave. La gru a cavalletto è costituita da una trave portante, nella cui parte inferiore scorre il carrello porta-paranco, oppure da due travi portanti con il carrello di tipo appoggiato che scorre su rotaie riportate sulle piattabande superiori. La gru girevole a colonna è costituita da una colonna centrale, fissata al pavimento mediante tiranti di ancoraggio, che porta alla sommità una mensola girevole, realizzata mediante un profilato a doppia T, sulle cui ali inferiori scorre il carrello porta-paranco. La gru a torre con rotazione in alto è impiegata spesso nell edilizia ed è costituita da un braccio, lungo il quale scorre il carrello che sostiene il bozzello rotante attorno a una torre fissa, da un controbraccio, sul quale è fissato un contrappeso, e da una cuspide, a cui sono fissati i tiranti di sostegno del braccio e del controbraccio. La movimentazione avviene mediante macchine che realizzano un movimento continuo di materiale lungo una traiettoria prestabilita. I trasportatori continui possono essere raggruppati nelle seguenti categorie: sistemi di trasporto a gravità; sistemi di trasporto a comando meccanico. 8

9 PROBLEMI DI RIEPilogo c2. Due alberi coassiali trasmettono una potenza P = 320 kw, alla frequenza di rotazione n = 800 giri/min.volendo realizzare il collegamento fra gli alberi con un giunto a gusci, determinare il diametro degli alberi, le principali dimensioni del giunto, nonché il numero e le dimensioni dei bulloni da impiegare. 2. Si vuole realizzare il collegamento fra le estremità di due alberi mediante un giunto a dischi con anello distanziatore, sapendo che dev essere trasmessa una potenza P = 80 kw, alla frequenza di rotazione n = 2800 giri/min. Determinare il diametro degli alberi, le principali dimensioni del giunto, nonché il numero e le dimensioni dei bulloni da impiegare. 3. Un giunto a flange deve collegare due alberi coassiali che trasmettono una potenza P = 600 kw, alla frequenza di rotazione n = 300 giri/min. Determinare il diametro degli alberi, le principali dimensioni del giunto, nonché il numero e le dimensioni dei bulloni da impiegare. 4. Proporzionare un giunto a dischi senza anello intermedio, impiegato per collegare due alberi coassiali, sapendo che la potenza trasmessa è P = 66 kw, mentre la frequenza di rotazione è n = 600 giri/min. 5. L autovettura Peugeot 307 SW, avente massa m = 280 kg e passo p = 2708 mm, viaggia a velocità costante fino a quando effettua una frenata con una decelerazione a = -6 m/s 2, costante per tutta la durata della frenatura. Si ipotizza che il baricentro sia posto a un altezza da terra h = 0,52 m e che sia equidistante in orizzontale dagli assi delle ruote. Calcolare le forze frenanti anteriore e posteriore nell ipotesi che la forza frenante posteriore sia al limite di aderenza, assumendo un coefficiente di aderenza limite fra la ruota e la strada, pari a f = 0,7. 6. Un freno a disco, posto su un impianto industriale, riduce la velocità di rotazione dell albero di trasmissione da 800 giri/min a 450 giri/min. Il freno è formato da due pastiglie, aventi ciascuna la superficie pari a S = 4000 mm 4, su cui agisce la pressione di comando p =,67 MPa. Il coefficiente di attrito vale f = 0,2 e il raggio medio del disco su cui si trasmettono le forze di frenatura normale F N e tangenziale F T vale r = 0 mm. Sapendo che il momernto d inerzia di massa del macchinario rotante vale J = 7,26 kg m 2, calcolare le forze F N e F T, la coppia frenante C, l accelerazione angolare ε, e la durata della frenatura. 9