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MECCANICA DEGLI AZIONAMENTI
Presentazione06: Variatori** presentazione liberamente ispirata alle dispense dell’ing. M. Carricato
• Caratteristiche: R9
– CAMPO DI VARIAZIONE:
max 3 10R
Reff4
0 1 32
out
in
11min
3 0 0 1 32
12
13
21Sovente:
Il campo effettivamente utilizzato è di solito minore di quello teoricamente disponibile
2min max max
max
1 R R
Il campo effettivamente utilizzato è di solito minore di quello teoricamente disponibile:
max,
i
4 5effeffff
R
Se min 0 R (variatore a campo di variazione infinito) out 0, in 0.
min,eff
Se min 0 è possibile invertire il moto.
Variatori
• Variatori meccanici– con membri rigidi e superfici di frizione
– con membri flessibili
• Variatori idraulicit ili d t t t– con pompa e motore a cilindrata costante
– con pompa a cilindrata variabile e motore a cilindrata costante o variabile
• Variatori elettrici– corrente continuacorrente continua
– corrente alternata
Variatori meccanici– VELOCITÀ DI VARIAZIONE:
È la velocità (modesta) con cui si può variare (anche molti secondi per coprire R).
– POTENZA TRASMISSIBILE Pmax:
Modesta (di solito, decine di kW); dipende dal valore di .
– COPPIA TRASMISSIBILE Cmax:
M d t ( i h ti i di N ) di d d l l diModesta (sino a poche centinaia di Nm); dipende dal valore di .
– RAPPORTO POTENZA TRASMISSIBILE / MASSA DEL VARIATORE:
ModestoModesto.
– RENDIMENTO :Compreso tra 0.75 e 0.95; dipende dal valore di .
– TIPOLOGIA:
• con superfici di frizione;l fl b l• con elemento flessibile.
– COSTO:
BassoBasso.
Variatori meccanici
• Variatori con superfici di frizione:p
– 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 (fa 0.50.7),basse pressioni di contatto, funzionamento a secco, potenze trasmissibili modeste.
acciaio/acciaio: basso attrito (fa 0.030.05), elevate pressioni di contatto,acciaio/acciaio: basso attrito (fa 0.030.05), elevate pressioni di contatto,lubrificazione ad olio, potenze trasmissibili significative.
r1Fn
M2 Ft fa Fnr1
r2
2Ft
1
2
Cmax faFnr21
Variatori meccanici
– VARIATORE CON DISCO PIANO E ROTELLA TOROIDALE O CILINDRICA:
Caso ideale: contatto puntiforme in C; moto di puro rotolamento.
2 11 1 2 2
1 2
Crv r rr
r1 r1 var.
r2 cost.r1a2
è possibile invertire il moto
1 2r
Cr2
2
a2
(rotella a ‘sinistra’ o a ‘destra’ di a1);
r10 020.11
a1
Variatori meccanici
Caso reale: 2e
Caso reale:
contatto esteso;
moto di puro rotolamento in un solo punto (C), r2
2
Cstrisciamento altrove.
1 1 2 2Cv r r
r
A BC
1 2 2 1 1 2 2 1
1 2 2 1 1 2 2 1
0
0
C
A A
B B
v r r r e r e
v r r r e r e
r1
rB
rA
in tutti i punti di contatto diversi da C, v’è slittamento;
ciò determina dissipazione calore usura ecc
1
v
vA ciò determina dissipazione, calore, usura, ecc.
è opportuno che una superficie di frizione sia molto piccola;
vA
ABC
le forze normali di contatto sono bassee dunque basse sono le potenze trasmissibili.
A
vB
Variatori meccaniciApplicazione Variatore per Pressa a Vite:
due dischi di frizione girano solidalmente ad un albero (il moto è trasmesso al disco di frizione sinistro mediante una cinghia gpiatta).
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
r1
da avvitarsi verso l'alto nella madrevite; se l’albero è spostato verso sinistra(ossia se il disco destro è premuto contro la
d f ) l è d2r2
ruota di frizione), la vite è ruotata in modo da avvitarsi verso il basso nella madrevite;
nella corsa di discesa, aumenta(l i t è i ll’i i i )(la coppia trasmessa è massima all’inizio);
i dischi e la ruota di frizione fungono da volano;P 12230kW; r 3751700mm; R 2 P 12230kW; r2 3751700mm; R 2.
Variatori meccanici
– VARIATORE CON DISCHI PIANI E ROTELLA BI‐CONICA:
1 1 1 3 3 3 32 1 1 Cv r r r r rv r r r r r
2r32 2 2 3 3 1 2 3 3 2C
v r r r r r 2r3
3
1r1, r2
r1
r2C1
C2
r2
2
Variatori meccanici
– VARIATORE CON DISCO CONICO ED ANELLO PIANO:VARIATORE CON DISCO CONICO ED ANELLO PIANO:
2 11 1 2 2
1 2
Crv r rr
1 2
M
F2 FF Fa
M2
r22
r1
1C
NOTA:La forza di contatto F2 è generata sia dalla molla (FF)sia dal profilo della camma frontale (Fa).s a da p o o de a ca a o ta e ( a)Fa dipende dal carico M2.La forza di contatto F2 è modesta nel funzionamento a vuoto, mentre aumenta rapidamente all’aumentare della
i d t ttcoppia da trasmettere.
Variatori meccanici
– VARIATORE CON DISCHI TOROIDALI E ROTELLE SFERICHE:
C2
r1, r21 1 1 3 3 3 32 1 1Cv r r r r r
r1r2
C12
2 2 2 3 3 1 2 3 3 2
Cv r r r r r
21
3
2r3
Variatori meccanici
– ULTERIORE VARIATORE CON DISCHI TOROIDALI E ROTELLE SFERICHE:
1 1 1 3 31 3 32 322 1Cv r r r rr
C1
r31, r32
r32
3
2
3 32 322 1
2 2 3 32 1 2 3 31 31
Cv r r r r r
r2 r1r1
C2r31
1 21 2
Nota:L’anello di contenimento delle sfere(che reagisce alle forze centrifughe) ruota liberamente e non influenza il rapporto di trasmissione.
Variatori meccanici
• Variatori con elemento flessibile:
Trasmissioni con elemento flessibile a geometria variabile.
– PARAMETRI GEOMETRICI VARIABILI:
r1, r2, a(uno dei tre è di norma costante) r(uno dei tre è di norma costante).
– MEMBRO FLESSIBILE:
cinghia;1 2
r1r2
cinghia;
catena.
– PULEGGE:
a
puleggia espandibile (rj variabile),costituita da 2 semipulegge a distanza variabile;
l i i id ( t t )
2 1
1 2
rr
puleggia rigida (rj costante).
Variatori meccanici
• Geometria della trasmissione:• Geometria della trasmissione:
r1
r21 22
a
2
2 11 2 2
r rL r r a
a
Poiché la lunghezza del membro flessibile è costante (L cost.), se varia una grandezza tra r r a deve variarne almeno un’altra:
a
grandezza tra r1, r2, a, deve variarne almeno un altra:– variatori con 2 pulegge espansibili ed interasse fisso: r1 e r2 variabili, a costante;– variatori con 1 puleggia espansibile ed interasse variabile: r1 o r2 variabile, avariatori con 1 puleggia espansibile ed interasse variabile: r1 o r2 variabile, a
variabile.
Variatori meccanici
l b l h d l• Puleggia espansibile per cinghia trapezoidale:
sjb jbsjb
rj
rj
tanj js
r
tan2 j
r
Variatori meccanici
– VARIATORE A CINGHIA CON 2 PULEGGE ESPANSIBILI ED INTERASSE FISSO:S2mS2f
r2
VARIATORE A CINGHIA CON 2 PULEGGE ESPANSIBILI ED INTERASSE FISSO:
Pulegge:
S S i l fi
2
S1f, S2f: semipulegge fisse;
S2m: semipuleggia mobile comandata in modo attivo;
a
config. 1config. 2
S1m: semipuleggia mobile comandata in modo passivo(una molla spinge S1m contro S1f);
C t llControllo:
il comando agente su S2m impone r2;
( )
r1 21 2 2
1 8 8 42 2ar r a a a r L
S1m adatta automaticamente r1 (r2 r1):
1S1fS1m
Configurazione 1: r1 r1min, r2 r2max;
Configurazione 2: r1 r1max, r2 r2min.
Variatori meccanici
Applicazione Motovariatore SEWApplicazione Motovariatore SEW VARIBLOC (P 45kW, R 8):1. pulegge espansibili
h d l l2. cinghia trapezoidale larga3. carcassa variatore (in due parti)4. motore asincrono trifase5 di iti i di d5. dispositivi di comando6. calotte supporto puleggia
condotta7 riduttore coassiale7. riduttore coassiale
Variatori meccaniciconfig. 2
– VARIATORE A CINGHIA CON 1 PULEGGIA ESPANSIBILE ED INTERASSE VARIABILE:
r1
VARIATORE A CINGHIA CON 1 PULEGGIA ESPANSIBILE ED INTERASSE VARIABILE:
Pulegge:
S S i l ibili d i d i
1
S1m, S1m: semipulegge espansibili comandate in modo passivo(spinte l’una contro l’altra da 2 molle);
S2: puleggia non espansibile (rigida);
S1m
1
S1m
2 p gg p ( g );
a: interasse comandato in modo attivo;
C t ll aconfig. 1Controllo:
il comando stabilisce a, r2 è costante;
( )
21 2 21 8 8 4
2 2ar r a a a r L
le semipulegge S1m si adattano automaticamente (a r1):
2 r2
S2 Configurazione 1: r1 r1min, aamax;
Configurazione 2: r1 r1max, aamin.
Variatori meccanici
O
Applicazione Variatore per Motociclo:
S1S2
S1mO
Motociclo:
S1: puleggia motriceespansibile e basculante;
S : semipuleggia fissa; fS1f: semipuleggia fissa;S1m: semipuleggia mobile
a comando centrifugo;S : puleggia condotta rigida;
S1fconf. 1
S2: puleggia condotta rigida;O: fulcro del gruppo motore;conf. 1: velocità min, r1 r1min, aamax;conf 2: velocità max r1 r1 aa iconf. 2: velocità max, r1 r1max, aamin.
conf 2conf. 2
Variatori meccanici
• Confronto con altre tecnologie:
Caratteristiche Variatori Azionamenti AzionamentiCaratteristiche VariatoriMeccanici
Azionamenti Oleodinamici
AzionamentiElettrici
Potenza trasmissibile modesta elevata elevata
Rendimento buono medio variabile(dipende dai tipi)
Campo di variazione modesto ampio medio
Potenza trasmissibile / Massa del Variatore modesto elevato medio
Costo di fabbricazione e /Costo di fabbricazione einstallazione modesto competitivo per potenze medio/alte medio
Costo di manutenzione modesto elevato medio
Variatori meccanici
Bibliografiag
• E. Funaioli, A. Maggiore, U. Meneghetti, Lezioni di Meccanica Applicata alleMacchine - Seconda Parte: Elementi di Meccanica degli Azionamenti, Patron, Bologna 2009Bologna, 2009.
• Ghigliazza R., Galletti C.U., Meccanica Applicata alle Macchine, Utet, Torino, 1986
G Ni H Wi t El ti di M hi V l III EST S i Mil 1986• G. Niemann, H. Winter, Elementi di Macchine, Vol. III, EST-Springer, Milano, 1986.
• SEW-Eurodrive, MANUALE DEGLI ORGANI DI COMANDO,Tecniche Nuove, Milano 1985Milano, 1985.