Giunzioni Costruzione di Macchine 2 Prof. Stefano Beretta, Michele Sangirardi
Giunzioni Giunzioni bullonate: Pro: permettono di collegare materiali diversi possono essere smontate e rimontate non richiedono trattamenti termici Contro: rischio di allentamento in presenza di vibrazioni ingombri maggiori delle saldature Giunzioni saldate Pro: minore ingombro e peso delle giunzioni bullonate; non sono soggette ad allentamenti Contro: sono unioni permanenti; non tutti i materiali sono saldabili; difficile unire materiali diversi occorre manodopera qualificata; la zona di saldatura è spesso sede di innesco di cricche a fatica.
Elementi di una giunzione bullonata: Vite, dado, rosetta + dispositivi anti svitamento
Come lavorano le viti nelle giunzioni bullonate? Azione assiale Azione assiale + taglio N.B. ci riferiamo alle azioni nelle viti, non nella giunzione
Come lavorano le viti nelle giunzioni bullonate? 5 Solo taglio (bulloni non pre-caricati) Meglio se il contatto interessa il gambo e non la parte filettata
Bulloni pre-caricati Giunzioni per attrito 6 Si applica un tiro iniziale al bullone, affinché sia applicata una pressione tra le superfici a contatto La forza si trasmette per attrito e il bullone risulta essere soggetto a sola azione assiale, almeno fin tanto che non si raggiunge il limite di distacco N.B: lavorano per attrito anche i giunti di trasmissione flangiati
Evoluzione del comportamento in funzione del carico: da attrito a taglio Tratto 1: la giunzione lavora per attrito Tratto 2: inizia lo scorrimento, fino a quando il gambo della vite va a contatto con le superfici del foro Tratto 3: il gambo e la lamiera si deformano elasticamente Tratto 4: plasticizzazione del gambo e/o della lamiera
Verifica in presenza di azione assiale 8 A meno di effetti di flessione del gambo per effetto della flessione delle parti da collegare, è sufficiente che sia verificata la relazione Quale valore di A res? Quale valore di R p0,2?
Resistenza dei bulloni La sezione resistente è definita anche se, a favore di sicurezza, si può assumere la sezione di nocciolo Materiali viti: classi secondo UNI-EN 20898 Rm = A x 100 Classe 3.6 4.6 5.6 6.8 8.8 10.9 12.9 Rm 300 400 500 600 800 1000 1200 Rp0,2 180 240 300 480 640 900 1080 Esempio: A (%) 25 22 20 16 12 9 8 Rm = 6 x 100 = 600 MPa Classe A.B => Rp0,2 = A x B x 100 Classe 6.8 Rp0,2 = 6 x 8 x 100 = 480 MPa Bulloni Viti 3.6 e 4.6 5.6 6.8 8.8 10.9 12.9 Dadi 4 5 6 8 10 12
Giunzioni che lavorano a taglio per attrito 10 Bisogna distinguere tra doppia (a) e semplice (b) sovrapposizione. Il numero di superfici a contatto n è: n = 2 doppia sovrapposizione n = 1 semplice sovrapposizione Dato un tiro iniziale V0, per un coefficiente d attrito f variabile tra f = 0,3 (superfici non trattate) e f = 0,45 (superfici sabbiate), la formula di verifica è
Quale valore di V 0? 11 Il tiro iniziale V 0 deve garantire l accoppiamento delle superfici ed impedire lo svitamento Un valore adeguato di V 0 corrisponde a uno sforzo nella sezione resistente pari a circa l 80% di R p0,2 Valori di V 0 in funzione della classe di resistenza (kn) 4.6 5.6 6.8 8.8 10.9 12.9 d (mm) A (mm 2 ) 12 84 16,1 20,2 28,2 37,6 47,0 56,4 14 115 22,1 27,6 38,6 51,5 64,4 77,3 16 157 30,1 37,7 52,8 70,3 87,9 105,5 18 192 36,9 46,1 64,5 86,0 107,5 129,0 20 245 47,0 58,8 82,3 109,8 137,2 164,6 22 303 58,2 72,7 101,8 135,7 169,7 203,6 24 353 67,8 84,7 118,6 158,1 197,7 237,2 27 459 88,1 110,2 154,2 205,6 257,0 308,4 30 561 107,7 134,6 188,5 251,3 314,2 377,0
Per generare V 0 bisogna applicare un momento di serraggio M
Filetto a sezione rettangolare
Filetto a sezione rettangolare
Filetto a sezione triangolare 15
Formula approssimata per M di serraggio 16
Verifica a taglio Quando F supera Fattr oppure quando la giunzione è concepita per lavorare a taglio, bisogna verificare che: il gambo del bullone resista a taglio il foro non si deformi plasticamente (verifica la rifollamento) la lamiera non ceda a strappo
Verifica a taglio, rifollamento e strappo rif 2,5 amm 2,0 amm 1,4 amm 1,0 amm
Ripartizione del carico nelle giunzioni 19 Le giunzioni sono solitamente costituite da più di un bullone. E buona regola disporre i bulloni simmetricamente rispetto alla linea di azione del carico, in modo da rendere ragionevole l ipotesi che il carico si ripartisca uniformemente su tutti gli n bulloni
Verifica delle giunzioni in presenza di flessione e/o torsione Alcuni tipi di giunzioni possono essere soggette a: (a) Taglio + torsione (b) Taglio + flessione Per procedere alla verifica dei bulloni è necessario calcolare le forze che si scaricano sui singoli bulloni formulando ipotesi ragionevoli. Vediamo alcuni casi
Taglio e torsione
Flessione
Bibliografia 23 1. Davoli et. Al. Costruzione di macchine 1. McGraw-Hill (2003). Appendice B: Giunzioni bullonate. 2. ESDEP (European Steel Design Education Programme ) Course. http://www.esdep.org/members/master/toc.htm