Dimensionamento albero motore e riduttore

allestrato · 26 Maggio 2021

Ciao a tutti. Ero alle prese con un progetto in cui dovrei dimensionare riduttore, albero motore e condotto. Il mio problema principale sta più che altro nella parte del disegno, poiché non ho idee. Praticamente ho un motore a 4 tempi che deve trasmettere 15 cv e gira a 5500 giri/min costanti. Questo motore aziona un compressore a pistoni con regime di rotazione variabile. La trasmissione avviene tramite riduttore a puleggie e cinghie trapezoidali con interasse di 600 mm. Eseguire lo schema cinematico del riduttore. Prendere gli alberi motore e condotto in acciaio debolmente legato da bonifica, e considerare lo spallamento del primo cuscinetto a 40 mm, considerando il cuscinetto come un vincolo d'incastro. Dimensionare albero motore e condotto per la porzione a sbalzo rispetto al cuscinetto, compreso il dimensionamento del collegamento albero-mozzo per entrambe le pulegge. Scegliere il cuscinetto considerando i soli carichi a sbalzo. Eseguire poi il disegno costruttivo della puleggia motrice in ghisa .
Sono partito dalla trasmissione a cinghia dimensionandola e quindi trovandomi diametro, velocità, tipo e potenza trasmissibile oltre che il numero. Basta per il riduttore, giusto? A questo punto passo al dimensionamento dell'albero motore scegliendo prima di tutto il materiale e poi trovando forze, momenti e tensioni, mentre per l'albero condotto non saprei come agire. Non avendo dati dimensionali non so come fare a rappresentarli e quindi mi blocco. Cosa mi sfugge?
Grazie in anticipo per le risposte

MassiVonWeizen · 26 Maggio 2021

Non hai trovato neanche mezza discussione sui riduttori, e ce ne sono tante, che ti dia uno spunto di partenza?

allestrato · 26 Maggio 2021

MassiVonWeizen ha detto:
Non hai trovato neanche mezza discussione sui riduttori, e ce ne sono tante, che ti dia uno spunto di partenza?

Ciao, intanto grazie per la risposta. Ho trovato delle discussioni sui riduttori, però non ho capito poi come muovermi rispetto ai miei, almeno ai miei occhi, pochi dati di partenza.

meccanicamg · 26 Maggio 2021

allestrato ha detto:
Ciao a tutti. Ero alle prese con un progetto in cui dovrei dimensionare riduttore, albero motore e condotto. Il mio problema principale sta più che altro nella parte del disegno, poiché non ho idee. Praticamente ho un motore a 4 tempi che deve trasmettere 15 cv e gira a 5500 giri/min costanti. Questo motore aziona un compressore a pistoni con regime di rotazione variabile. La trasmissione avviene tramite riduttore a puleggie e cinghie trapezoidali con interasse di 600 mm. Eseguire lo schema cinematico del riduttore. Prendere gli alberi motore e condotto in acciaio debolmente legato da bonifica, e considerare lo spallamento del primo cuscinetto a 40 mm, considerando il cuscinetto come un vincolo d'incastro. Dimensionare albero motore e condotto per la porzione a sbalzo rispetto al cuscinetto, compreso il dimensionamento del collegamento albero-mozzo per entrambe le pulegge. Scegliere il cuscinetto considerando i soli carichi a sbalzo. Eseguire poi il disegno costruttivo della puleggia motrice in ghisa .
Sono partito dalla trasmissione a cinghia dimensionandola e quindi trovandomi diametro, velocità, tipo e potenza trasmissibile oltre che il numero. Basta per il riduttore, giusto? A questo punto passo al dimensionamento dell'albero motore scegliendo prima di tutto il materiale e poi trovando forze, momenti e tensioni, mentre per l'albero condotto non saprei come agire. Non avendo dati dimensionali non so come fare a rappresentarli e quindi mi blocco. Cosa mi sfugge?
Grazie in anticipo per le risposte

Hai già scritto troppo. Sei un tecnico e quindi inizia a postare uno schema. Poche parole e diretto. Altrimenti facciamo mattina.

Con uno schema semplice molto stilizzato affronti il primo scoglio dell'analisi degli elementi principali.
Calcoli il flusso di potenza e regime di moto.
Poi passi ad affrontare i sotto gruppi meccanici.
Poi passi a dimensionare veramente i pezzi.

MassiVonWeizen · 26 Maggio 2021

allestrato ha detto:
Eseguire lo schema cinematico del riduttore.

Posta lo schema

allestrato ha detto:
Sono partito dalla trasmissione a cinghia dimensionandola e quindi trovandomi diametro, velocità, tipo e potenza trasmissibile oltre che il numero.

Posta i calcoli

allestrato ha detto:
A questo punto passo al dimensionamento dell'albero motore scegliendo prima di tutto il materiale e poi trovando forze, momenti e tensioni,

Posta i dimensionamenti

allestrato ha detto:
Non avendo dati dimensionali

E tutto quello che hai fatto: schema, trasmissione, albero motore?

meccanicamg · 26 Maggio 2021

Andando nel dettaglio, dopo che hai fatto uno schema funzionale, è il discorso riduttore a cinghie.
Sarebbe interessante se vuoi cambiare marcia al volo o da fermo, con intervento manuale semplice o se devo smontare, ammollare, spostare, riavvitare....

058op3333-b-33pro-trapano-a-colonna-optimum-con-trasmissione-a-cinghia-trapezoidale-potenza-40...jpg

Sarebbe interessante capire se puoi usare un variatore meccanico a cinghia (Regolazione in continuo).

Essendo un esercizio abbastanza aperto, direi che tutto quello che manca lo ipotizzi come se dovessi costruirlo. Sinceramente la traccia è opinabile in alcune sue considerazioni, però sarà che è un esercizio per studenti e quindi ci sono delle semplificazioni.

Ti allego un catalogo dove sbirciare come sono costruiti e regolati.

allestrato · 27 Maggio 2021

meccanicamg ha detto:
Hai già scritto troppo. Sei un tecnico e quindi inizia a postare uno schema. Poche parole e diretto. Altrimenti facciamo mattina.

Con uno schema semplice molto stilizzato affronti il primo scoglio dell'analisi degli elementi principali.
Calcoli il flusso di potenza e regime di moto.
Poi passi ad affrontare i sotto gruppi meccanici.
Poi passi a dimensionare veramente i pezzi.

Grazie intanto per i suggerimenti. Sbaglio io ad affrontare il problema. Ad esempio non avendo ben in mente una possibile soluzione mi ero buttato subito sui calcoli, oltretutto da rivedere. E quindi faccio fatica a schematizzare. Avvicinandomi da esterno sto cercando di capire che tipo di ragionamenti fare in questi casi. Darò un occhio al catalogo per chiarirmi le idee sulla loro costruzione

meccanicamg · 27 Maggio 2021

Adesso che ti sei impegnato a postare i manoscritti, ora occorre fare la traduzione da geroglifico a italiano.
E ripeto, sei partito a fare numeri e formule ma non hai ancora postato nemmeno lo schema funzionale.

allestrato · 28 Maggio 2021

meccanicamg ha detto:
Adesso che ti sei impegnato a postare i manoscritti, ora occorre fare la traduzione da geroglifico a italiano.
E ripeto, sei partito a fare numeri e formule ma non hai ancora postato nemmeno lo schema funzionale.

Ero partito con le formule perché non riuscivo a elaborare uno schema funzionale sensato. Da elettronico che sta cercando di colmare le proprie mancanze faccio fatica a immaginare il complesso. L'unico schema fatto era quello rappresentante una ipotetica trasmissione a cinghie

meccanicamg · 28 Maggio 2021

allestrato ha detto:
Ero partito con le formule perché non riuscivo a elaborare uno schema funzionale sensato. Da elettronico che sta cercando di colmare le proprie mancanze faccio fatica a immaginare il complesso. L'unico schema fatto era quello rappresentante una ipotetica trasmissione a cinghie
Visualizza allegato 62332

e tutto il resto? Chi c'è prima .... chi c'è dopo? Supporti o cuscinetti? Motore? Compressore?

meccanicamg · 28 Maggio 2021

Analizzando bene la traccia, essendo scritta in modo molto poco chiaro, c'è il dubbio sull'utilizzatore.
Si parla di compressore a pistoni a regime variabile. Ma non si capisce bene se sono le pulegge delle cinghie a far variare la velocità al compressore a pistoni oppure se stiamo parlando di una pompa assiale a piattello e quindi ad angolo variabile e quindi portata variabile.

POMPA A PISTONE (FISSO)

POMPA A PISTONI ASSIALI (REGIME VARIABILE)

Comunque lo schema di impianto è pressappoco questo qui sotto:

Ed entrando nello specifico del riduttore a cinghia trapezia abbiamo quanto segue:

Già arrivare qua vuol dire avere spirito critico e analizzare tutto quello che c'è scritto nella traccia.

Per quanto riguarda acciai debolmente legati, possiamo usare il 42Cr4 come da scheda di riferimento oppure il 39NiCrMo3 o il 42CrMo4....poi dipende se li vuoi da bonifica o da cementazione.

meccanicamg · 28 Maggio 2021

Immaginiamo di far funzionare il sistema del compressore in un regime di funzionamento di 1500 rpm. Pertanto il rapporto di riduzione sarà dato da:
\[ i=\frac{5500}{1500}=3,7 \]

Poi si prosegue usando le formule relative al calcolo delle pulegge di per sè che trovi anche qui.

Poi una volta determinato quante e quali cinghie ci vanno, si deve passare alla schematizzazione delgi alberi e quindi imporre vincoli e carichi.
Con questi si fanno i calcoli per le reazioni interne e si determinano i diagrammi di taglio, flessione, torsione. Con questi si verificano le sezioni critiche.

TETRASTORE · 30 Maggio 2021

allestrato ha detto:
Il mio problema principale sta più che altro nella parte del disegno, poiché non ho idee. Praticamente ho un motore a 4 tempi che deve trasmettere 15 cv e gira a 5500 giri/min costanti. Questo motore aziona un compressore a pistoni con regime di rotazione variabile. La trasmissione avviene tramite riduttore a puleggie e cinghie trapezoidali con interasse di 600 mm. Eseguire lo schema cinematico del riduttore.

Secondo il mio punto di vista il docente ti ha assegnato un'esercitazione sulla trasmissione fissa (non variabile) con cinghie (trapezoidali) e pulegge fra un motore endotermico e il compressore di un motocompressore a giri variabili.

La caratteristica dei motocompressori a giri variabili (con motore elettrico o a scoppio) è quella di variare automaticamente la velocità del motore secondo la quantità (pressione) di aria richiesta dall'utenza.
Nei motori elettrici tale variazione avviene tramite inverter e nei motori a scoppio tramite un dispositivo inerziale di regolazione automatica (dispositivo presente anche nei generatori di corrente, nei motori dei trattorini per falciare l'erba ed altre applicazioni nell'automotive).

Il range di variazione dei giri del compressore indicato da te è di 1500-1900 rpm, per cui il calcolo della riduzione penso che dovrà necessariamente essere effettuato rapportando i 5500 rpm (considerandoli come massima velocità del motore) con i 1900 rpm all'albero del compressore.
Il motore quindi lavorerà normalmente a velocità più bassa per aumentarla poi automaticamente fino a 5500 rpm quando sarà richiesta più aria dall'utenza.
Se il calcolo viene effettuato fra 5500 e 1500 rpm, non sarà possibile raggiungere i 1900 rpm max richiesti dal compressore sotto carico.

Per quanto concerne lo schema cinematico allego un pdf con commenti che spero ti possa essere utile.

TETRASTORE · 30 Maggio 2021

meccanicamg ha detto:
Adesso che ti sei impegnato a postare i manoscritti, ora occorre fare la traduzione da geroglifico a italiano.

Piccola riflessione personale OT.
Trovo abbastanza curioso ed anacronistico il fatto che moltissimi ragazzi/e delle nuove generazioni, immersi e sommersi nel digitale, per cui qualunque attività la svolgono con smatphone, pc, ecc., si ostinino a fare gli amanuensi quando devono scrivere appunti, con grafie che si degradano sempre più di generazione in generazione. Non comprendo perchè non utilizzino i numerosi strumenti digitali disponibili che con le tante e comode funzionalità a loro semplificherebbero il lavoro e a chi deve leggere i loro elaborati semplificherebbe la vita e farebbe risparmiare tempo.

meccanicamg · 8 Giugno 2021

@allestrato come procede? Hai risolto? Hai altri dubbi? Sei finito arrosto sotto all'ombrellone?

EnzoBeltrandi90 · 25 Giugno 2021

Scusatemi. Ho provato a dimensionare la puleggia e la/le cinghia/cinghie ma mi è sorto un dubbio.
Il numero di giri dell'albero è di 5500 rpm mentre nei vari grafici, dove in base al n° di giri e alla potenza corretta, scegli la tipologia di cinghia adatta alla nostra situazione.
Il punto è che, il n° di giri massimo della ruota minore ,in questi grafici, arriva fino a 5000 rpm.
Come faccio a scegliere il tipo di cinghia in questo caso?

Cinghie di trasmissione: guida rapida dalle tipologie al tensionamento

Le cinghie di trasmissione rappresentano la soluzione più economica per la trasmissione della potenza fra due alberi che possono presentare un disallineamento assiale.

www.ilprogettistaindustriale.it

http://www.bonetti-srl.it/wp-content/uploads/2017/03/cinghie-Trapezoidali-prorope.pdf

Vi allego due grafici d'esempio così da chiarirvi le idee.

Grazie in anticipo.

meccanicamg · 25 Giugno 2021

Interpolazione ed estrapolazione. Disegni a mano il pezzo che manca e stimi quanto valgono i valori.
Sai quante volte succede....
Essendo l'asse in scala logaritmica hai una differenza non molto apprezzabile.

EnzoBeltrandi90 · 25 Giugno 2021

Ok sul fatto di interpolare e/o estrapolare. Però se nel caso avessi, per esempio, una potenza corretta pari a 1 kW e un numero di giri della puleggia pari a 8000 RPM, quale sarà la mia scelta?
Se provo a tracciare il punto nel grafico con queste cordinate vado al di sopra delle aree Z,A,B,C,D e E.
Se ciò dovessere accadere, devo ritornare indietro e modificare qualche parametro?

InkedDiagrammi cinghie trapezoidali-ragionamento.jpg

meccanicamg · 25 Giugno 2021

EnzoBeltrandi90 ha detto:
Ok sul fatto di interpolare e/o estrapolare. Però se nel caso avessi, per esempio, una potenza corretta pari a 1 kW e un numero di giri della puleggia pari a 8000 RPM, quale sarà la mia scelta?
Se provo a tracciare il punto nel grafico con queste cordinate vado al di sopra delle aree Z,A,B,C,D e E.
Se ciò dovessere accadere, devo ritornare indietro e modificare qualche parametro?Visualizza allegato 62634

In quelle condizioni le cinghie non possono lavorare, quindi o regoli più basso il motore o smezzi la riduzione introducendo una precoppia. Con le cinghie trapezoidali non è che puoi andare velocissimo perché poi slittano e si consumano parecchio. È un limite applicativo.

TETRASTORE · 25 Giugno 2021

Quando superi i 5000 - 5500 rpm è preferibile ricorrere a cinghie per alte velocità tipo Optibelt X o ZX.

Dimensionamento albero motore e riduttore

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