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ECM - Collegamenti filettati 1 Politecnico di Torino Dipartimento di Meccanica Teresa Berruti Cristiana Delprete Massimo Rossetto ECM - Collegamenti filettati 1 COLLEGAMENTI FILETTATI - INDICE • Filettature - nomenclatura collegamenti filettati Analisi del collegamento - diagramma di inteferenza forza assiale e momento di serraggio Resistenza del fusto forza assiale limite - materiali per bulloneria Effetto dei carichi esterni fattori di ripartizione del carico - stima deformabilità viti e pezzi accorgimenti per diminuire il carico sulle viti e casi particolari Incertezze ed allentamenti • Calcolo collegamenti filettati verifica statica verifica del carico minimo di serraggio verifica a fatica • Dispositivi antisvitamento Viti con carichi trasversali ECM - Collegamenti filettati 2 FILETTATURE • Viti di manovra Viti di collegamento (smontabile) Filettature metriche ISO Profilo triangolare - UNI 4536 (1964) Profilo trapezio - UNI ISO 2901÷2904 (1978) Filettature Whitworth - UNI 2709 (1945) (pollici - 55°) Filettature ‘gas’ a tenuta stagna sul filetto - UNI ISO 7-1 (1984) a tenuta non stagna - UNI ISO 228 (1983) Filettature a ‘dente di sega’ UNI 127-128 (1928)

Politecnico di Torino Dipartimento di Meccanicacorsiadistanza.polito.it/corsi/pdf/05ASBDK/teoria5_filet...ECM - Collegamenti filettati 3 Politecnico di Torino Dipartimento di Meccanica

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  • ECM - Collegamenti filettati1

    Politecnico di TorinoDipartimento di Meccanica

    Teresa BerrutiCristiana DelpreteMassimo Rossetto

    ECM - Collegamenti filettati 1

    COLLEGAMENTI FILETTATI - INDICE

    • Filettature - nomenclatura collegamenti filettati• Analisi del collegamento - diagramma di inteferenza

    forza assiale e momento di serraggio• Resistenza del fusto

    forza assiale limite - materiali per bulloneria• Effetto dei carichi esterni

    fattori di ripartizione del carico - stima deformabilità viti e pezziaccorgimenti per diminuire il carico sulle viti e casi particolari

    • Incertezze ed allentamenti• Calcolo collegamenti filettati

    verifica staticaverifica del carico minimo di serraggioverifica a fatica

    • Dispositivi antisvitamento• Viti con carichi trasversali

    ECM - Collegamenti filettati 2

    FILETTATURE

    • Viti di manovra• Viti di collegamento (smontabile)

    Filettature metriche ISOProfilo triangolare - UNI 4536 (1964)Profilo trapezio - UNI ISO 2901÷2904 (1978)

    Filettature Whitworth - UNI 2709 (1945) (pollici - 55°)

    Filettature ‘gas’a tenuta stagna sul filetto - UNI ISO 7-1 (1984) a tenuta non stagna - UNI ISO 228 (1983)

    Filettature a ‘dente di sega’ UNI 127-128 (1928)

  • ECM - Collegamenti filettati2

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    Teresa BerrutiCristiana DelpreteMassimo Rossetto

    ECM - Collegamenti filettati 3

    Nomenclatura collegamenti filettati

    Bullone (vite+dado)

    Viti (mordenti)

    Prigionieri

    montaggio con leggerainterferenza…a volte avvitamento finoalla fine della filettatura…possibili problemi dovutiall’aria intrappolata...

    ECM - Collegamenti filettati 4

    I collegamenti filettati applicano una forzaassiale che tende ad unire le parti.

    Le azioni trasversali devono essere contrastatedall’attrito che si genera fra le superfici.

    Le viti non devono lavorare a taglio !!!!

    ANALISI DEL COLLEGAMENTO

  • ECM - Collegamenti filettati3

    Politecnico di TorinoDipartimento di Meccanica

    Teresa BerrutiCristiana DelpreteMassimo Rossetto

    ECM - Collegamenti filettati 5

    I pezzi collegati sono compressi dal bullone (si accorciano)La vite viene caricata dal pezzo (si allunga).⇒ collegamento forzato dato dall’interferenza i fra bullone e pezzo:

    Pezzi primadel serraggio

    Riferimento i = p ·ngiri (n° giri dopo il primo contatto)

    Fp = Forza che agisce sul pezzo (risultante)

    Fp

    Fv

    Fv=Forza che agisce sulla vite (risultante)

    i

    Fp

    ECM - Collegamenti filettati 6

    Fv

    uv

    v

    vv u

    FK =

    Fp

    up

    p

    pp u

    FK =

    FP Fv

    up, uv

    Ki = rigidezza δv = deformabilità ui = spostamento

    vite

    pezzi

    vite+pezzi

    v

    v

    vv F

    u

    K==δ

    1

    p

    p

    pp F

    u

    K==δ

    1

  • ECM - Collegamenti filettati4

    Politecnico di TorinoDipartimento di Meccanica

    Teresa BerrutiCristiana DelpreteMassimo Rossetto

    ECM - Collegamenti filettati 7

    Diagramma interferenza

    FP Fv

    iup uv

    i

    Punto di funzionamento

    ECM - Collegamenti filettati 8

    La forza viene applicata al collegamento mediante serraggioeffettuato con opportune chiavi che forniscono un momento.

    Il momento resistente è dato da:• attrito fra filetti di vite e madrevite;• attrito fra la sup. del pezzo e quella del dado e del sottotesta.Le forze di attrito dipendono dalla forza assiale che subisce la vite

    È quindi possibile trovare una relazione fra momento di serraggio(e di svitamento) e forza assiale sulla vite (v. Meccanica applicata)

    Forza assiale e momento di serraggio

  • ECM - Collegamenti filettati5

    Politecnico di TorinoDipartimento di Meccanica

    Teresa BerrutiCristiana DelpreteMassimo Rossetto

    ECM - Collegamenti filettati 9

    [ ]stmmvT ddF

    M ϕ⋅+ϕ+α⋅= tan)'tan(2

    MT = momento di serraggioMsvit = momento necessario per lo svitamentodm = diametro medio del filettodt = diametro ‘efficace’ su cui agisce la forza fra testa e sottotestatanϕs = fs = coefficiente di attrito (sottotesta-pezzi)tanϕ = f = coefficiente di attrito (vite-madrevite)tanϕ’= coeff. di attrito apparente:

    metriche) re(filettatucostan

    'tan °=ααϕ

    =ϕ 30

    passotan =⋅π

    =α pdp

    mm

    [ ]stmmvsvit ddF

    M ϕ⋅+ϕ−α⋅= tan)'tan(2

    αm = angolo dell’elica:

    ECM - Collegamenti filettati 10

    Assumendo 'tantan)'tan( ϕ+α≈ϕ+α mm

    Il momento di serraggio risulta:

    ( )

    ϕ⋅+

    αϕ

    ⋅+π

    =

    =ϕ⋅+ϕ⋅+α⋅=

    stmv

    stmmmv

    T

    ddpF

    dddF

    M

    tancostan

    2

    tan'tantan2

  • ECM - Collegamenti filettati6

    Politecnico di TorinoDipartimento di Meccanica

    Teresa BerrutiCristiana DelpreteMassimo Rossetto

    ECM - Collegamenti filettati 11

    RESISTENZA DEL FUSTO

    Dato un momento di serraggio la vite (nel tratto fra i sottotesta)sopporta:• un carico assiale Fv• il momento torcente dovuto all’attrito sui filetti (la quota di

    momento dovuta all’attrito nel sottotesta non vienesopportata dal fusto della vite)

    ( )

    αϕ

    ⋅+π

    =ϕ⋅+α⋅=costan

    'tantan* mv

    mmmv

    T dpF

    ddF

    M22

    ECM - Collegamenti filettati 12

    Per il calcolo delle sollecitazioni si fa riferimento alla sezioneminore, che normalmente è quella di nocciolo(non si tiene conto dell’effetto di rinforzo dei filetti)

    (tabelle) nocciolo di diametro =π

    = nn

    n dd

    A4

    2

    32

    164

    n

    t

    n

    va

    d

    M

    d

    F

    ⋅π

    ⋅=τ

    ⋅π

    ⋅=σ

    *

    222 313

    στ

    ⋅+⋅σ=τ⋅+σ=σa

    aaid

  • ECM - Collegamenti filettati7

    Politecnico di TorinoDipartimento di Meccanica

    Teresa BerrutiCristiana DelpreteMassimo Rossetto

    ECM - Collegamenti filettati 13

    αϕ

    ⋅+π

    =

    αϕ

    ⋅+π

    ⋅⋅

    =⋅⋅π

    ⋅⋅π

    ⋅=

    στ

    costan

    costan*

    mn

    mv

    vnv

    n

    n

    T

    a

    dp

    d

    dpF

    FdF

    d

    d

    M

    2

    24

    4

    16 2

    3

    Da cui

    22

    312

    31 kdp

    d amnaid ⋅+⋅σ=

    αϕ

    ⋅+π

    ⋅+⋅σ=σcostan

    231 k

    ida

    ⋅+

    σ=σ

    k dipende solo da fattori geometrici e dall’attrito

    αϕ

    ⋅+π

    =costan

    mn

    dp

    dk

    2

    ECM - Collegamenti filettati 14

    Si suppone di poter sollecitare la vite al montaggio fino ad una frazioneX del limite elastico del materiale della vite (tipicamente X = 0.9).Si pone quindi:

    2.0lim, pid RX ⋅=σ2

    2.0lim,

    31 k

    RX pa

    ⋅+

    ⋅=σ

    Si determina quindi la forza assiale limite sulla vite:

    431

    2

    2

    2.0lim,lim,

    npnav

    d

    k

    RXAF

    ⋅π⋅

    ⋅+

    ⋅=⋅σ=

    E quindi il momento di serraggio:

    ϕ⋅+

    αϕ

    ⋅+π

    = stmv

    T ddpF

    M tancostan

    2lim,

    Forza assiale limite

  • ECM - Collegamenti filettati8

    Politecnico di TorinoDipartimento di Meccanica

    Teresa BerrutiCristiana DelpreteMassimo Rossetto

    ECM - Collegamenti filettati 15

    Valori da assumere per i calcoli

    Ddt ⋅≈ 31. D = diametro nominale vite

    Coefficiente di attrito f=tanϕϕ (acciaio-acciaio): in tutti i casiconviene assumere il coefficiente di attrito minimo fra quellirilevati sperimentalmente:

    Viti brunite o fosfatate:lubr. olio: 0.12 ÷ 0.18 lubr. MoS2: 0.10 ÷ 0.12

    Viti con zincatura galvanica: 0.12 ÷ 0.18

    Viti con cadmiatura galvanica 0.08 ÷ 0.12

    ( per bulloneria normale, in altri casi valutare dt secondo il disegnodella vite)

    ECM - Collegamenti filettati 16

    Materiali per bulloneria

    I materiali sono suddivisi per classi di resistenza,individuate da due numeri separati da un punto: x.ydove x = Rm/100, y =10·Rp0.2 /Rm

    Esempio: classe 8.8 indica Rm= 800 MPa, Rp0.2 = 640 MPa

    Classi: 3.6 - 4.6 - 4.8 - 5.6 - 5.8 - 6.6 - 8.8 - 10.9 - 12.9

    Per i lavori di carpenteria (costruzioni) classe minima 8.8diametro minimo M 12

  • ECM - Collegamenti filettati9

    Politecnico di TorinoDipartimento di Meccanica

    Teresa BerrutiCristiana DelpreteMassimo Rossetto

    ECM - Collegamenti filettati 17

    Verifica filetti

    Le filettature unificate hanno dimensioni tali per cui la resistenzadel filetto è superiore alla resistenza del fusto

    I FILETTI NON DEVONO ESSERE VERIFICATI

    Il carico si distribuisce sulle spire in modo decrescente:le prime 5-6 spire sostengono il 90% del carico

    Non servono quindi lunghezze della madrevite elevate persostenere carichi maggiori.

    ECM - Collegamenti filettati 18

    AZIONE DI CARICHI ASSIALI ESTERNI

    In assenza di carichi assiali esterni la forza sulla vite e sulpezzo sono in equilibrio: Fv = FpSe si suppone di applicare un carico C nel sottostesta del dadoche tende ad allungare la vite, si ha una nuova situazione diequilibrio : F’p + C = F’v

    .. l’interferenza rimane immutata...

    Fv

    Fp

    Fv

    Fp

    F’v

    F’p C

    F’v

    F’p C

    F’v

    F’p C

    F’v

    F’p C

    F’v

    F’p C

    F’v

    F’p C

    F’v

    F’p C

    F’v

    F’p C

  • ECM - Collegamenti filettati10

    Politecnico di TorinoDipartimento di Meccanica

    Teresa BerrutiCristiana DelpreteMassimo Rossetto

    ECM - Collegamenti filettati 19

    Fp Fv

    iup uv

    i

    C∆Cp

    ∆Cv

    ∆u

    F’v

    F’p

    Fp = Fv

    F’v= Fv + ∆Cv

    F’p= Fp - ∆Cp

    C=∆Cv+ ∆Cp

    ECM - Collegamenti filettati 20

    )(

    :teanalogamen e

    )(

    )()(

    pv

    vp

    pv

    pv

    pv

    p

    pv

    vp

    v

    v

    vp

    pv

    vpvp

    CC

    CC

    uu

    CC

    uuu

    CCC

    δ+δδ

    =∆

    δ+δ

    δ=∆

    δ+δ

    δ=

    δ+δ⋅∆

    δ⋅δ⋅

    δ∆

    =∆

    δ⋅δ

    δ+δ∆=

    δ∆

    +δ∆

    =∆+∆=

    Fattori di ripartizione dal carico

  • ECM - Collegamenti filettati11

    Politecnico di TorinoDipartimento di Meccanica

    Teresa BerrutiCristiana DelpreteMassimo Rossetto

    ECM - Collegamenti filettati 21

    Stima della deformabilità della vite

    l1,A1 l2,A2 l3,A3Lp

    +++

    +=

    ⋅=

    ⋅==δ ∑

    3

    3

    2

    2

    1

    1, 4.04.01A

    Dl

    Al

    ADl

    EAE

    l

    AE

    L

    F

    u

    viv

    efficacei

    vv

    v

    v

    vv

    Vite di diametro nominale D, materiale con modulo elastico Ev

    I termini 0.4D tengono conto che la vite non finisce al sottotesta…L’area del tratto filettato è calcolata con il diametro medio (dm).La formula deve essere adattata ai vari casi.

    (area ‘media’)

    ECM - Collegamenti filettati 22

    Stima deformabilità dei pezzi serrati

    diversi serrati pezzi dei materiali

    uguali serrati pezzi dei materiali

    ∑=δ

    ==δ

    pi

    pi

    pp

    pp

    p

    p

    pp

    E

    L

    A

    AE

    L

    F

    u

    1

    Il calcolo esatto richiede la conoscenza della distribuzione delletensioni e delle deformazioni dovute allo schiacciamento.Come prima stima ci si riconduce al caso di un cilindro equivalentecon area Ap tale da generare la stessa contrazione del caso reale aparità di carico imposto.La deformabilità si calcola quindi come:

    Per la stima di Ap si individuano tre casi

  • ECM - Collegamenti filettati12

    Politecnico di TorinoDipartimento di Meccanica

    Teresa BerrutiCristiana DelpreteMassimo Rossetto

    ECM - Collegamenti filettati 23

    Caso a) Dp/det ≤ 1

    ( )224 fpp

    dDA −π

    =

    det

    df

    Dp

    D

    Lpdf

    Dp

    Lpdf

    Dp

    Lp

    ECM - Collegamenti filettati 24

    Caso b) Dp/det = 1 ÷ 3

    ( )

    ( )DLL

    LLd

    d

    DddA

    pp

    ppet

    et

    pfetp

    8;min

    1002.01

    84

    *

    2**22

    =

    +⋅⋅

    π+−

    π=

    dfdet

    D

    Lpdet

    D

    Dp

  • ECM - Collegamenti filettati13

    Politecnico di TorinoDipartimento di Meccanica

    Teresa BerrutiCristiana DelpreteMassimo Rossetto

    ECM - Collegamenti filettati 25

    Caso c) Dp/det ≥ 3

    ( ) ( )DLLdLdA ppfpetp 810422 ;min. ** =

    −⋅+

    π=

    df

    det

    D

    Lp

    ECM - Collegamenti filettati 26

    A parità di carico C∆Cv diminuisce all’aumentare di δv )( pv

    pv CC δ+δ

    δ=∆

    Per aumentare δv si può aumentare la lunghezza della vite, adesempio utilizzando un distanziale (ed un gambo completamentefilettato)

    Aumentando la lunghezza del pezzoaumenta anche la sua deformabilità δp,ma, scegliendo opportunamente ledimensioni del distanziale, si può farein modo che essa aumenti in misuraminore rispetto alla deformabilità dellavite.

    NB: se ∆Cv diminuisce, ∆Cp aumenta

    Accorgimenti per diminuire il carico sulle viti

    e casi particolari

  • ECM - Collegamenti filettati14

    Politecnico di TorinoDipartimento di Meccanica

    Teresa BerrutiCristiana DelpreteMassimo Rossetto

    ECM - Collegamenti filettati 27

    Fp Fv

    Fv,lim rimane uguale perché dipende daldiametro di nocciolo

    ∆Cv∆CvC C

    i

    Fv,lim

    Vite ‘allungata’

    ECM - Collegamenti filettati 28

    Viti con fusto alleggerito

    dg

    αϕ

    ⋅+π

    =costan

    mg

    dp

    dk

    2

    431

    2

    2

    2.0lim,lim,

    gpgav

    d

    k

    RXAF

    ⋅π⋅

    ⋅+

    ⋅=⋅σ=

    ϕ⋅+

    αϕ

    ⋅+π

    = tancostanlim,

    tmv

    T ddpF

    M2

    .. la Fv,lim deve essere calcolata in base ad Ag

  • ECM - Collegamenti filettati15

    Politecnico di TorinoDipartimento di Meccanica

    Teresa BerrutiCristiana DelpreteMassimo Rossetto

    ECM - Collegamenti filettati 29

    Fp Fv

    ∆Cv∆Cv

    C

    C

    i

    Fv,lim

    Fv,lim(alleggerita)

    Fv,lim , calcolata in base ad Ag, è inferiore,la deformabilità del pezzo è invariata

    ECM - Collegamenti filettati 30

    Carico applicato non sottotesta

    modello...

    iprima del montaggio dopo il montaggio

    A

    i

    B

    apδ

    bpδ

    cpδ

    apδ

    bpδcpδ

    vδpδ pδvδ vδ vδ

    cp

    bp

    app δ+δ+δ=δ

    A B

    p

    ca

    p

    b

    L

    LLn

    L

    Ln

    +=−

  • ECM - Collegamenti filettati16

    Politecnico di TorinoDipartimento di Meccanica

    Teresa BerrutiCristiana DelpreteMassimo Rossetto

    ECM - Collegamenti filettati 31

    pp

    pp

    vv

    vv AE

    L

    AE

    L

    ⋅=δ

    ⋅=δ ;

    Con il carico sottotesta...

    Lp = Lv

    C

    C

    Con il carico non sottotesta la deformabilità del pezzotra i punti di applicazione del carico diminuisce e risulta:

    vpvpp

    c

    pp

    a

    vv

    vv nAE

    L

    AE

    L

    AE

    Lδ>δ−+δ=

    ⋅+

    ⋅+

    ⋅=δ )1(*

    apδ

    bpδcpδ

    C

    CAlla deformabilità della vite bisogna invecesommare quella del pezzo esterno ai carichi:

    ppp

    p

    pp

    bbpp AE

    Ln

    AE

    Lδ<

    ⋅=

    ⋅=δ≡δ*

    ECM - Collegamenti filettati 32

    Per il carico è come se la vite fosse più deformabilee il pezzo più rigido.

    Per la vite risulta quindi cautelativo assumere sempre ilcarico come se fosse sottotesta.

    Fp Fv

    i

    Fv,limpezzo A

    pezzo B

    vite A vite B

  • ECM - Collegamenti filettati17

    Politecnico di TorinoDipartimento di Meccanica

    Teresa BerrutiCristiana DelpreteMassimo Rossetto

    ECM - Collegamenti filettati 33

    In questo caso potrebbero insorgere problemi sul carico minimoFp,lim perché è maggiore la possibilità di distacco; in questo casotutto il carico graverà sulla vite (situazione da evitare).

    Fp Fv

    i

    A: pezzoB: pezzo

    A: vite B: vite

    Fv

    C

    Carico applicato non sottotesta

    NB: Fv può essere inferiore a Fv,lim (vedi nel seguito)

    ECM - Collegamenti filettati 34

    Elemento elastico tra i pezzi

    L’inserimento di un elemento elastico fra i pezzi, ad esempio unaguarnizione, comporta un’aumento molto elevato delladeformabilità δp, quindi il carico sarà sopportato quasi interamentedalla vite:

    Fp Fv

    i

    Fv,lim

    ∆Cv ≈ C

  • ECM - Collegamenti filettati18

    Politecnico di TorinoDipartimento di Meccanica

    Teresa BerrutiCristiana DelpreteMassimo Rossetto

    ECM - Collegamenti filettati 35

    Possibile rimedio:

    Fp Fv

    i

    Fv,lim

    Fe

    Fp

    ECM - Collegamenti filettati 36

    Il carico iniziale sulla vite e quindi di compressione sui pezzi serrati,viene dato dal momento MT , calcolato in base alla forza Fv=Fp

    In esercizio il carico di serraggio Fp può diminuire a causa di:

    • Incertezze sulla forza Fv al montaggio e sul momento applicato

    • Allentamento del collegamento (ad es. per assestamenti dovuti avibrazioni,…)

    • Azione del carico esterno (∆Cp)

    INCERTEZZE / ALLENTAMENTI

  • ECM - Collegamenti filettati19

    Politecnico di TorinoDipartimento di Meccanica

    Teresa BerrutiCristiana DelpreteMassimo Rossetto

    ECM - Collegamenti filettati 37

    Incertezze sulla forza Fv al montaggio e sul momento applicato

    Le incertezze derivano da due cause:

    • incertezza sul coefficiente di attritoAll’aumentare del coefficiente di attrito, a parità di momentoapplicato, diminuisce la forza sulla vite.

    • incertezza sulla misura del momento applicatoSpesso il momento non viene misurato; le attrezzature diofficina che permettono la misura sono tarate in modo daavere eventuali scostamenti che permettano solamente unmomento applicato minore di quello impostato.

    ECM - Collegamenti filettati 38

    Da apposite misure si è trovato il campo di incertezza

    min,

    lim,

    min,

    max,

    v

    v

    v

    v

    F

    F

    F

    FI ==

    Serraggio con chiave dinamometrica: I = 1.6

    Serraggio con avvitatore ad impulsicon taratura periodica : I = 2.5

    Serraggio manuale o con avvitatura senza taratura periodica I = 4

  • ECM - Collegamenti filettati20

    Politecnico di TorinoDipartimento di Meccanica

    Teresa BerrutiCristiana DelpreteMassimo Rossetto

    ECM - Collegamenti filettati 39

    Allentamento del collegamento

    Nel tempo sotto l’azione di forze esterne le superfici dei pezziserrati subiscono un assestamento con modifica della rugosità eperdita dell’interferenza ∆i e conseguente perdita dela forza sullavite ∆Fv

    Valori di ∆i in µmForze assiali Forze tangenzialiN°

    superfici Ra = 1.6 µm Ra = 0.8 µm Ra = 1.6 µm Ra = 0.8 µm2 13 10 20 133 16 12 28 164 20 14 35 205 25 16 42 256 30 18 50 30

    N° sup = 3N° sup = 2

    ECM - Collegamenti filettati 40

    Fp Fv

    i

    i

    ∆i

    ∆Fv

    Fp = Fv

    ( )

    ( )pvvpvv

    vvv

    iF

    F

    F

    i

    F

    i

    F

    δ+δ∆

    =∆

    δ+δ==

    ∆∆

  • ECM - Collegamenti filettati21

    Politecnico di TorinoDipartimento di Meccanica

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    ECM - Collegamenti filettati 41

    CALCOLO DEI COLLEGAMENTI FILETTATI

    Scelta iniziali:• numero viti (C=Ftot/n°viti)• classe (materiale), tipo• dimensione

    • Verifica statica• Verifica del carico minimo di serraggio• Verifica a fatica della vite

    Fine

    Si

    No

    2043

    .pmin

    max)(

    zioneapprossima primain

    RC

    A ÷=

    Cambiamenti….

    Calcolo di k - Fv,lim - MT - δv - δp - ∆Fv - ∆Cv - ∆Cp

    ECM - Collegamenti filettati 42

    Verifica statica

    Viene effettuata nelle condizioni peggiori:• supponendo applicata la Fv,lim calcolata• senza allentamenti• senza considerare incertezze al montaggio• con carico massimo applicato CmaxIn teoria si dovrebbe verificare che:

    2.0p22 3 Rvvid ≤τ⋅+σ=σ

    dove

    3

    *

    2max,

    2lim,

    max,lim,

    16

    44

    n

    tv

    n

    v

    n

    vvav

    d

    M

    d

    C

    d

    F

    ⋅π

    ⋅=τ

    ⋅π

    ∆⋅+

    ⋅π

    ⋅=σ∆+σ=σ

  • ECM - Collegamenti filettati22

    Politecnico di TorinoDipartimento di Meccanica

    Teresa BerrutiCristiana DelpreteMassimo Rossetto

    ECM - Collegamenti filettati 43

    In pratica, in considerazione di tutte le incertezze presenti, è sufficiente verificare che:

    Possibili cambiamenti:

    • cambiare classe del materiale

    • aumentare il numero di viti (diminuire C)

    • diminuire la percentuale di utilizzo del materiale (es. 80%))

    • utilizzare viti più lunghe (= più deformabili)

    Aumentare il diametro della vite non sempre è efficace(diminuiscono le tensioni ma aumenta la rigidezza della vite

    con la stessa legge)

    2.0,pmax,2.0,p2.0,pmax,lim, )1( cioè RRXR vvid ≤σ∆+−≤σ∆+σ

    2.0,pmax,

    2.0,pmax,

    )1(

    )1(

    FXC

    RX

    v

    v

    −≤∆

    −≤σ∆

    ECM - Collegamenti filettati 44

    Attenzione: viti alleggeriteL’utilizzo di viti alleggerite diminiusce il carico sulla vite, mala sezione di riferimento per il calcolo è quella alleggerita(minore), dove le tensioni rimangono comunque alte.Nelle sezioni alleggerite la verifica deve essere effettuataconsiderando la tensione ideale:

    2.0p22 3 Rggid ≤τ⋅+σ=σ

    ( )32

    164

    g

    tg

    g

    vvg

    d

    M

    d

    CF

    ⋅π

    ⋅=τ

    ⋅π

    ∆+⋅=σ

    *max,lim,

    In pratica le viti alleggerite non hanno una resistenza staticamolto diversa da quella delle viti non alleggerite

  • ECM - Collegamenti filettati23

    Politecnico di TorinoDipartimento di Meccanica

    Teresa BerrutiCristiana DelpreteMassimo Rossetto

    ECM - Collegamenti filettati 45

    Sollecitazioni di flessione

    Se le superfici di appoggio non sono perfettamente parallele lavite si incurva, subendo sollecitazioni di flessione:

    MPa

    rad;114.6

    10.5 MPa;

    max

    87101

    102

    221

    5

    ≈σ

    ==°=α⋅=

    ⋅α

    ⋅=⋅=σα

    ==

    ottienesiLD

    Eassumendo

    DL

    ED

    JM

    LEJM

    R

    Conviene utilizzare viti snelle… e imporre le tolleranze di planarità

    ECM - Collegamenti filettati 46

    Verifica del carico minimo di serraggioNormalmente si vuole un carico minimo di serraggio Fp,lim(ad esempio per garantire la tenuta delle guarnizioni).

    Fp , Fv

    ii teorica

    ∆i

    Fv,lim/I - ∆Fv

    Fv,limFv,lim/I

    ∆CpFp,min

  • ECM - Collegamenti filettati24

    Politecnico di TorinoDipartimento di Meccanica

    Teresa BerrutiCristiana DelpreteMassimo Rossetto

    ECM - Collegamenti filettati 47

    Deve essere: pv

    vpp CFI

    FFF ∆−∆−=≤ lim,min,lim,

    Nota: se Fp,min = 0 (si ha cioè il distacco fra le parti serrate) tutto ilcarico C agisce sulla vite: si deve sempre evitare questa situazione.

    Possibili cambiamenti:

    • diminuire le incertezze utilizzando chiavi dinamometriche

    • lavorare più accuratamente le superfici dei pezzi serrati

    • cambiare classe del materiale (Fv,lim più alta)

    • utilizzare viti meno deformabili

    • aumentare il numero di viti (diminuire C)

    • aumentare la deformabilità del pezzo (con attenzione)

    ECM - Collegamenti filettati 48

    Verifica a fatica della vite

    Diagramma di Haigh per filettature classi 8.8 ÷ 12.9 (da VDI 2230)80

    40

    50

    60

    70

    160

    80

    100

    120

    140M 4 ÷ M 8

    M 10 ÷ M 16M 18 ÷ M 30

    σD(MPa)

    σD(MPa)

    Viti nonrullate

    Vitirullate

    0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

    20.pRmσ

    La vite è considera verificata se σa ≤ 0.9 σD

  • ECM - Collegamenti filettati25

    Politecnico di TorinoDipartimento di Meccanica

    Teresa BerrutiCristiana DelpreteMassimo Rossetto

    ECM - Collegamenti filettati 49

    Calcolo di σσa e σσmCaso a): 0 ≤ C(t) ≤ Cmax

    Fp , Fv

    i

    ∆Cmax,vCmax

    ∆Cv(t)

    22v

    avv

    vmv

    vvvvvC

    FC

    FF

    FFCFF

    max,,

    max,lim,,

    lim,min,max,lim,max,∆

    =∆

    +=

    =∆+=

    Fv,m

    Fv,lim

    n

    mvm

    n

    ava

    A

    F

    A

    F

    ,

    ,

    Fv,a

    ECM - Collegamenti filettati 50

    Caso b): Cmin ≤ C(t) ≤ Cmax

    Fp , Fv

    i

    Fv,a

    ∆Cmax,v

    Cmax

    ∆Cv(t)

    22min,max,

    ,min,max,

    ,

    min,lim,min,max,lim,max,

    vvav

    vvmv

    vvvvvvFF

    FFF

    F

    CFFCFF−

    =+

    =

    ∆+=∆+=

    Fv,m

    Fv,lim

    n

    mvm

    n

    ava

    A

    F

    A

    F

    ,

    ,

    Cmin

    ∆Cmin,v

  • ECM - Collegamenti filettati26

    Politecnico di TorinoDipartimento di Meccanica

    Teresa BerrutiCristiana DelpreteMassimo Rossetto

    ECM - Collegamenti filettati 51

    Caso c): Cmin ≤ 0 ≤ Cmax

    Fp Fv

    i

    ∆Cmax,v

    Cmax

    22min,max,

    ,min,max,

    ,

    min,lim,min,max,lim,max,

    vvav

    vvmv

    vvvvvvFF

    FFF

    F

    CFFCFF−

    =+

    =

    ∆+=∆+=

    Fv,lim

    n

    mvm

    n

    ava

    A

    F

    A

    F

    ,

    ,

    Cmin

    ∆Cmin,v

    Fv,min

    Fv,max

    ∆Cv(t)Fv,a

    Fv,m

    ( )0<δ+δ

    δ=∆

    )(minmin, pv

    pv CC

    ECM - Collegamenti filettati 52

    Possibili cambiamenti:

    • utilizzare viti rullate

    • utilizzare viti più deformabili (in particolare alleggerite)

    • aumentare il numero di viti (diminuire C)

    • cambiare classe del materiale (meno efficace rispetto al caso statico)

    Attenzione:Per la fatica l’utilizzo di viti alleggerite è conveniente perchédiminuiscono le tensioni nella zona filettata; le tensioni nellaparte alleggerita sono più elevate ma in questa zona, dove non visono gli intagli dovuti alla filettatura, la resistenza a fatica èmaggiore (il diagramma dato è valido per le filettature…)

    Per esclusivo utilizzo in campo aeronautico sono previste vitiMJ - ISO 3161 (1977), con disegno del filetto modificato perridurre l’effetto di intaglio (solo rullate)

  • ECM - Collegamenti filettati27

    Politecnico di TorinoDipartimento di Meccanica

    Teresa BerrutiCristiana DelpreteMassimo Rossetto

    ECM - Collegamenti filettati 53

    DISPOSITIVI ANTISVITAMENTO

    Esistono dispositivi unificati contro lo svitamento:• Rosette elastiche UNI 1751 (1988)• Rosette con nasello UNI 6599 (1969)• Rosette con linguetta UNI 6600 (1969)• Piastrine UNI 6601 (1969)• Dadi esagonali ad intagli UNI 5593-5594-5596• …...

    Dadi esagonali autobloccanti (unificati in campo aerospaziale) UNI EN 3377 - UNI EN 3723 (1996)

    E’ possibile l’applicazione di prodotti adesivi ‘frenafiletti’

    Lo svitamento spontaneo della vite in condizioni statiche è impeditose αm

  • ECM - Collegamenti filettati28

    Politecnico di TorinoDipartimento di Meccanica

    Teresa BerrutiCristiana DelpreteMassimo Rossetto

    ECM - Collegamenti filettati 55

    Spesso si utilizzano dadi e controdadi di altezza diversa:poiché il carico è sopportato prevalentemente dal controdadoquesto deve essere di altezza maggiore.

    NO SI

    ECM - Collegamenti filettati 56

    VITI CON CARICO TRASVERSALE

    Le viti non devono lavorare a taglio, perché nel caso dimovimento relativo dei pezzi serrati, oltre alla sollecitazione ataglio si può avere una elevata sollecitazione di flessione.

    Nel caso (frequente) in cui le viti siano utilizzate per preveniremovimenti reciproci trasversali si possono utilizzare 3 soluzioni:

    • viti passanti: si deve garantire una forza di attrito fra le partisufficiente a impedire il movimento

    • viti con gambo calibrato• inserzione di bussole che sopportano lo sforzo di taglio

  • ECM - Collegamenti filettati29

    Politecnico di TorinoDipartimento di Meccanica

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    ECM - Collegamenti filettati 57

    Viti passanti

    FT

    f·Fp,min1) (es. pezzi i fra superfici

    bulloni di numero

    attrito di coeff.

    1.6)(1.25 sicurezza di coeff.

    totalele trasversaforza

    min,

    ===

    ÷==

    ⋅⋅⋅

    =

    m

    n

    f

    CS

    F

    mnfCSF

    F

    T

    Tp

    ECM - Collegamenti filettati 58

    Viti calibrate

    FT

    FT

    Sono calcolate come chiodi:

    (molto costose)mamm

    .pamm

    amm

    amm

    ..

    ..

    :specifica Pressione

    :Taglio

    R

    Rsd

    F

    dnm

    F

    Anm

    F

    T

    TT

    60750

    6040

    4

    20

    2

    ÷=σ

    ÷=τ

    σ≤⋅

    τ≤⋅π⋅⋅

    ⋅=

    ⋅⋅=τ

    s

    d

  • ECM - Collegamenti filettati30

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    ECM - Collegamenti filettati 59

    Bussole

    FT

    FT

    mamm

    .pamm

    amm

    amm

    ..

    ..

    :specifica Pressione

    )(

    :Taglio

    R

    R

    Ld

    F

    ddnm

    FAnm

    F

    pe

    T

    ie

    TT

    60750

    6040

    4

    20

    2

    ÷=σ

    ÷=τ

    σ≤⋅

    τ≤−⋅π⋅⋅

    ⋅=

    ⋅⋅=τ

    Anche la bussola viene calcolata come un chiodo(cavo)

    (materiale della bussola)

    Lp

    de di

    ECM - Collegamenti filettati 60

    Bibliografia

    Giovannozzi R., Costruzione di Macchine, vol. I, Patron Bologna,1965Niemann G., Elementi di Macchine, ETS Milano - Springer Berlino,1983Decker K.H., Maschinenelemente - Gestaltung und Berechnung,Carl Hanser Verlag, München (D), 1982