UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BERGAMO Facoltà di .ESERCITAZIONI DI COSTRUZIONE DI MACCHINE 15 V Esercitazione:

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UNIVERSITA DEGLI STUDI DI BERGAMO Facolt di Ingegneria

COSTRUZIONE DI MACCHINE

prof. Sergio Baragetti

Allievi dei corsi di Laurea in Ingegneria Meccanica e Ingegneria Gestionale

Testi delle esercitazioni per lAnno Accademico 2011/2012

Esercitatori:

prof. aggr. Federico Tordini ing. Stefano Cavalleri

ing. Alessandro Medolago ing. Cristian Foglia

ESERCITAZIONI DI COSTRUZIONE DI MACCHINE

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PROGRAMMA DELLE ESERCITAZIONI DI COSTRUZIONE DI MACCHINE

1) Molla a elica cilindrica 2) Calcolo di unioni saldate 3) Recipiente in pressione:

a. Effetto guarnizione b. Verifica di resistenza dei bulloni c. Determinazione degli spessori del mantello cilindrico e del fondo semisferico;

deformazioni delle flange e sollecitazione di flessione nei bulloni 4) Calcolo di unioni bullonate 5) Riduttore a ingranaggi:

a. Forzamento albero-mozzo: calcolo dellinterferenza b. Forzamento albero-mozzo: verifica di resistenza per linterferenza massima nella ruota

dentata elicoidale c. Albero lento di un riduttore: spinte e scelta dei cuscinetti a rotolamento d. Albero lento di un riduttore: verifica di resistenza a fatica

6) Pompa per oleodotto: a. Richiami di cinematica del manovellismo e calcolo delle forze agenti b. Azioni interne e verifica a fatica dellalbero a gomiti c. Dimensionamento della biella al carico di punta; verifica a fatica della biella

7) Calcolo a carico di punta e metodo 8) Ruote dentate:

a. Dimensionamento a usura (fatica superficiale) b. Verifica a fatica

9) Agitatore per autoclave: calcolo delle azioni interne, verifiche di resistenza dellalbero, calcolo della deformata con metodi grafici e numerici.

ESERCITAZIONI DI COSTRUZIONE DI MACCHINE

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I Esercitazione: molla a elica cilindrica

Una carrozza ferroviaria di massa M appoggia su 2 carrelli, mediante 4 molle ad elica cilindrica a sezione circolare per ogni carrello. Basandosi sulla teoria elementare per il calcolo di queste molle:

1) scegliere le dimensioni delle molle (in acciaio), tutte uguali fra loro, in modo da ottenere una rigidezza complessiva verso terra pari a Kt, nellipotesi che il carico sia uniformemente ripartito tra le 8 molle;

2) calcolare la freccia (rispetto alle molle scariche) corrispondente alla massa m, che deve essere tale da non portare a pacco le molle;

3) scegliere il materiale fra i tre proposti (ed eventualmente rivedere il precedente dimensionamento) in modo tale da garantire, quando le molle vanno a pacco, un ulteriore margine, rispetto a quanto previsto dalla norma, dato il particolare impiego delle molle, pari almeno a 1.25;

4) calcolare la massa aggiuntiva che porta a pacco le molle. DATI: massa M = 18000 kg Kt = 680 N/mm MATERIALI PROPOSTI (acciai laminati a caldo per molle bonificate, UNI EN 10089): 38Si7 Rm =1300 MPa Rp0.2 =1150 MPa A = 8% 52SiCrNi5 Rm =1450 MPa Rp0.2 =1300 MPa A = 6% 61SiCr7 Rm =1550 MPa Rp0.2 =1400 MPa A = 5.5% E = 206000 MPa (come indicato sulla UNI EN 13906-1) G = 78500 MPa (come indicato sulla UNI EN 13906-1) SIMBOLI (Figura 1): d = diametro del filo della molla D = 2R = diametro di avvolgimento sul quale avvolto lasse del filo della molla p0 = passo della molla scarica = angolo di avvolgimento v = spazio interspira a molla scarica P = forza sulla molla (sullasse) i = numero di spire (e frazioni di spira) attive l = lunghezza del filo = 2 R i

NORME CUI RIFERIRSI:

UNI EN 10089:2006. Acciai laminati a caldo per molle bonificate - Condizioni tecniche di fornitura.

UNI 7900-1:1978. Molle ad elica cilindrica di compressione e trazione. Termini, simboli e definizioni.

UNI EN 13906-1:2003. Molle ad elica cilindrica fabbricate con filo a sezione circolare e barra - Calcolo e progetto - Molle di compressione.

ESERCITAZIONI DI COSTRUZIONE DI MACCHINE

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Figura 1. Molla a elica cilindrica (con parti terminali chiuse e molate): rappresentazione delle

grandezze fondamentali.

Figura 2. Sollecitazione torsionale ammissibile a spire bloccate per molle avvolte a caldo di acciaio

speciale in funzione del diametro del filo [UNI EN 13906-1].

Tabella 1. Campo di applicazione UNI EN 13906-1 [UNI EN 13906-1].

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II Esercitazione: calcolo di saldature

Calcolare le seguenti unioni saldate secondo quanto specificato nella Normativa Tecnica DM 14.01.08 e in UNI EN 1993-1-8 (Eurocodice). Facoltativo: eseguire i calcoli utilizzando anche il metodo delle tensioni ammissibili (vd. norma CNR UNI 10011:1988).

Spessore di gola a di cordoni dangolo come riportato in UNI EN 1993-1-8:

Sforzi nella sezione di gola di cordoni dangolo come riportato in UNI EN 1993-1-8:

Correlation factor w per cordoni dangolo come riportato in UNI EN 1993-1-8:

Fattori 1 e 2 per la verifica con sezione di gola ribaltata [Normativa Tecnica DM 14.01.08]:

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1) Sola trazione: F = 150000 N; L1 = 60 mm.

2) Sola trazione: F = 150000 N; L = 100 mm.

3) Sola trazione: F = 80000 N; L = 50 mm.

L1

L L1

L2

F

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4) Flessione e taglio: F = 16000 N; L = 600 mm; h = 160 mm.

5) Flessione e taglio: F = 80000 N; L = 400 mm; b = 250 mm.

6) Flessione e taglio: F = 130000 N; L = 1000 mm.

b

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7) Torsione e taglio: F = 20000 N; e = 1200 mm; h = 250 mm.

Si calcolino inoltre le seguenti giunzioni saldate:

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3) Dimensionare e verificare le saldature a cordone dangolo per il giunto riportato in figura. Il valore del carico F 60000 N. Sono date le seguenti dimensioni: h = 200 mm, L = 450 mm, z = 300 mm. G rappresenta il baricentro della saldatura.

h

L

l

a

z

F

t

G

4) E data la giunzione saldata di una colonna con sezione tubolare quadrata ad una piastra di fondazione. Si richiede di dimensionare la sezione del tubo e verificare le saldature a cordone dangolo. Il valore del carico F 50000 N, P uguale a 20000 N, la quota da terra h 400 mm.

h

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III Esercitazione: recipiente in pressione

Un recipiente a sezione circolare di diametro interno d = 1200 mm contiene liquido non corrosivo alla temperatura di 20C e alla pressione di funzionamento di 10 MPa; la guarnizione interposta tra le due flange a sezione rettangolare con diametro medio Dm,g = 1250 mm e spessore hg = 6 mm, costruita in P-CuZn30 laminato e ricotto con Eg = 110000 MPa, Rm,g = 370 MPa, Rsn,g = 150 MPa, A = 45%. Si richiede di: 1) dimensionare di massima i bulloni; 2) determinare la forza di serraggio; 3) verificare la resistenza dei bulloni in caso di pressione costante; 4) calcolare gli spessori del mantello cilindrico e del fondo semisferico, adottando lacciaio S 275

(UNI EN 10025-2) con Rm=430 MPa, Rsn=275 MPa, A=24%; 5) verificare a fatica i bulloni quando la pressione varia tra 0 MPa e 10 MP; 6) eseguire il disegno dassieme del recipiente e il costruttivo quotato degli elementi dello stesso.

CARATTERISTICHE MECCANICHE DEI BULLONI (UNI EN ISO 898-1):

Classe 8.8 10.9

Rm [MPa] 800 1000

Rp0,2 [MPa] 640 900

A [%] 12 9

NORME CUI RIFERIRSI: UNI EN 10025-2:2005. Prodotti laminati a caldo di acciai per impieghi strutturali - Parte 2:

Condizioni tecniche di fornitura di acciai non legati per impieghi strutturali. UNI EN ISO 898-1:2009. Caratteristiche meccaniche degli elementi di collegamento di acciaio. UNI EN 20898-2:1994. Caratteristiche meccaniche degli elementi di collegamento. Dadi con carichi

di prova determinati. Filettatura a passo grosso. UNI 3740-9:1982. Bulloneria di acciaio. Prescrizioni tecniche. Confezionamento e tolleranze di

fornitura. UNI EN ISO 4014:2011. Viti a testa esagonale con gambo parzialmente filettato - Categorie A e B. UNI EN ISO 4016:2011. Viti a testa esagonale con gambo parzialmente filettato - Categoria C. UNI 4535:1964. Filettature metriche ISO a profilo triangolare. Dimensioni nominali. UNI EN ISO 7089:2001. Rondelle piane - Serie normale - Categoria A. UNI EN ISO 7091:2001. Rondelle piane - Serie normale - Categoria C. UNI EN ISO 4032:2002. Dadi esagonali, tipo 1 - Categorie A e B. UNI EN ISO 4033:2002. Dadi esagonali, tipo 2 - Categoria A e B. UNI EN ISO 4034:2001. Dadi esagonali - Categoria C. UNI 6761:1992. Attrezzi di manovra. Spazio minimo per la manovra di viti e dadi esagonali. UNI EN 1708-1:2010. Saldatura - Tipi fondamentali di collegamenti saldati in acciaio - Parte 1:

Componenti in pressione. UNI EN ISO 9692-1:2005. Saldatura e procedimenti connessi - Raccomandazioni per la

preparazione dei giunti. UNI EN ISO 9692-2:2001. Saldatura e procedimenti connessi - Preparazione dei giunti - Saldatura

ad arco sommerso degli acciai.

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IV Esercitazione: calcolo di giunzioni bullonate Calcolare le seguenti unioni bullonate secondo quanto specificato nella Normativa Tecnica DM 14.01.08 e in UNI EN 1993-1-8 (Eurocodice). Facoltativo: eseguire i calcoli utilizzando anche il metodo delle tensioni ammissibili (vd. norma CNR UNI 10011:1988).

1) E dato