Verifica statica albero con linguetta

Caggi

Utente poco attivo
Professione: Studente
Software: Solidworks
Regione: Campania
Salve a tutti, ho un dubbio relativo alla verifica dimensionale di un albero per un motore elettrico. L'applicazione di questo motore è per un banco freno al quale verrà collegato tramite l'applicazione di un giunto trasco che permette di trasmettere il moto rotativo al banco freno senza trasmettere ne carichi assiali e ne radiali sull'albero. Quindi l'albero risulta sollecitato solamente dal momento torcente e dal carico radiale del peso del rotore posto nella mezzeria dei due cuscinetti tramite i quali viene fissato l'albero. L'accoppiamento dell'albero con il giunto avviene tramite una linguetta. Nella sezione relativa alla sede della linguetta l'albero sarà sollecitato solamente a torsione in quanto in questo punto è scarico da momento flettente (che risulta essere massimo nel centro e va a zero nelle sedi dei cuscinetti). Essendo che non vi è momento flettente non risulta necessaria una verifica a fatica in tale punto e quindi ho effettuato una verifica statica in tale punto considerando solo la torsione e l'effetto d'intaglio relativo alla linguetta. Dalla teoria è noto che il fattore d'intaglio per le linguette è pari a 2-3 però parliamo del Kf. Per una verifica statica non deve essere considerato il Kt ? Come faccio a conoscere il Kt relativo alle linguette ?
Il mio calcolo è stato eseguito in questo modo:
-Calcolo della tensione di Von Mises considerando solo il momento torcente e il diametro dell'albero dov'è posta la linguetta (non tenendo conto della linguetta stessa);
-Moltiplicare tale valore della tensione con il Kf (posto pari a 3) ottenendo la sigma massima tenendo conto della linguetta;
-Calcolare il coefficiente di sicurezza dividendo la sigma di snervamento con la sigma massima trovata.
è corretto fare questo tipo di calcolo ?
 

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MassiVonWeizen

Utente Senior
Professione: disegnatore
Software: SolidEdge (solidworks solo a memoria)
Regione: Friuli Venezia Giulia
hai fatto qualche ricerca sul forum? ci saranno decine di discussione su alberi, linguette e calcoli

A meccanicamg staranno già fischiando le orecchie...
 

Mattymecc

Utente attivo
Professione: studente
Software: Autocad/Inventor
Regione: Emilia Romagna
Puoi semplicemente calcolare la tau dovuta alla torsione come consigliato dal manuale di meccanica, mediante un metodo semplificato: consideri il diametro resistente pari al diametro meno una volta (o due se proprio vuoi restare a favore di sicurezza) la profondità delle cava.

d resistente = d - t
oppure d resistente = d - 2t

Calcoli la tensione equivalente di Von Mises e confronti con il carico di snervamento, dato che la sollecitazione è statica.

Se si volesse essere davvero precisi c'è fatica all'avviamento del motore, quando il momento va da 0 al suo valore massimo. I fattori Kf e Kt dovresti usarli nel caso tu volessi fare una verifica in tal senso.
 

meccanicamg

Utente Senior
Professione: Mechanical engineer manager
Software: SolidWorks, FreeCAD, NanoCAD5, Me10, Excel, LibreOffice
Regione: Lombardia
Il dimensionamento si può fare facendo il valore di torsione dell'albero circolare più spessore cava linguetta come maggiorazione.

La verifica invece deve essere rigorosa.
Valutare intaglio su sezione circolare con sede per linguetta.

Allego le formule che ho riportato in diversi post.

Screenshot_20220107_215632.jpg
Il fattore di intaglio si indica con Kt e ci sono le curve.
 

Caggi

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Professione: Studente
Software: Solidworks
Regione: Campania
Grazie a tutti per le risposte. Ho già tenuto conto di quanto detto da @Mattymecc mantenendo la sezione netta resistente pari a quella minima ammissibile (pari a 24mm trovata considerando una sigma ammissibile valutata con un coefficiente di sicurezza pari a 20 quindi sono abbondantemente in sicurezza). Ora però c'è comunque bisogno di effettuare una verifica tenendo conto che in tale sezione la sigma risulta maggiorata in quanto le linguette comportano una sede intagliata e quindi un incremento della tensione. Dalle slides di costruzioni di macchine fornite dal mio Professore ho a disposizione il Kf che è il coefficiente di intaglio reale da considerare in caso di linguette pari a 3. Posso sapere dove trovare i grafici relativi al Kt per linguette di cui parlava @meccanicamg ?
E mi chiedo anche se questi grafici relativi al Kt (fattore di intaglio teorico) non andrebbero comunque corretti per determinare quello reale (ossia il Kf)?
Correggetemi se ho detto qualcosa di sbagliato oppure se come approccio non vi sembra corretto. Grazie ancora.
 

biz

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Professione: disegnatore-progettista
Software: Solid Edge,Creo Elements/Direct Modeling,Inventor
Regione: Lombardia
 

F_Ingrasciotta

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Professione: Ingegnere Meccanico
Software: PTC Creo 3.0, Solidworks, Inventor, Ansys
Regione: Toscana
Grazie a tutti per le risposte. Ho già tenuto conto di quanto detto da @Mattymecc mantenendo la sezione netta resistente pari a quella minima ammissibile (pari a 24mm trovata considerando una sigma ammissibile valutata con un coefficiente di sicurezza pari a 20 quindi sono abbondantemente in sicurezza). Ora però c'è comunque bisogno di effettuare una verifica tenendo conto che in tale sezione la sigma risulta maggiorata in quanto le linguette comportano una sede intagliata e quindi un incremento della tensione. Dalle slides di costruzioni di macchine fornite dal mio Professore ho a disposizione il Kf che è il coefficiente di intaglio reale da considerare in caso di linguette pari a 3. Posso sapere dove trovare i grafici relativi al Kt per linguette di cui parlava @meccanicamg ?
E mi chiedo anche se questi grafici relativi al Kt (fattore di intaglio teorico) non andrebbero comunque corretti per determinare quello reale (ossia il Kf)?
Correggetemi se ho detto qualcosa di sbagliato oppure se come approccio non vi sembra corretto. Grazie ancora.
I grafici del Kt sono facilmente reperibili sul web.

Attenzione che con il termine Kf solitamente si intende il coefficiente della concentrazione delle tensioni per la fatica definito come:

Kf = 1 + (Kt - 1) * q
 

Caggi

Utente poco attivo
Professione: Studente
Software: Solidworks
Regione: Campania
I grafici del Kt sono facilmente reperibili sul web.

Attenzione che con il termine Kf solitamente si intende il coefficiente della concentrazione delle tensioni per la fatica definito come:

Kf = 1 + (Kt - 1) * q
In effetti mi sa che ho fatto confusione. Devo trovare i grafici relativi al Kt per linguette ed eseguire la verifica statica. Grazie mille per la risposta.
 

Mattymecc

Utente attivo
Professione: studente
Software: Autocad/Inventor
Regione: Emilia Romagna
Nella verifica statica se il materiale è duttile si pone Kt=1. Basta verificare che nella sezione netta la sigma ideale non superi quella ammissibile.
Solo se il materiale è fragile o devi eseguire una verifica a fatica prendi il Kt dai grafici.
 

Caggi

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Ho un altro dubbio relativo al progetto di questo albero motore. Siccome è il rotore a erogare la coppia necessaria al moto e l'utilizzo assorbirà tale coppia è giusto pensare che il momento torcente agente sull'albero cominci nella mezzeria del rotore fino ad annullarsi nella sede della linguetta ?
Allego un immagine per spiegarmi meglio.
 

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Mattymecc

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Cambia poco, tanto la linguetta è sollecitata sempre dal momento massimo.
 

Caggi

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Cambia poco, tanto la linguetta è sollecitata sempre dal momento massimo.
Si però quest'ultima domanda l'ho fatta per quanto riguarda l'approccio al problema, ossia dimensionamento dell'albero e verifica delle varie sezioni con diametri diversi. é giusto considerare il momento torcente come indicato nell'immagine allegata sopra ?
 

Mattymecc

Utente attivo
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Regione: Emilia Romagna
Si è corretto. Comunque basta verificare la sezione più debole, ossia quella della chiavetta. Le altre sono automaticamente soddisfatte.
 

meccanicamg

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Ho un altro dubbio relativo al progetto di questo albero motore. Siccome è il rotore a erogare la coppia necessaria al moto e l'utilizzo assorbirà tale coppia è giusto pensare che il momento torcente agente sull'albero cominci nella mezzeria del rotore fino ad annullarsi nella sede della linguetta ?
Allego un immagine per spiegarmi meglio.
Il momento torcente rappresentato è giusto.
 

Caggi

Utente poco attivo
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Regione: Campania
Buon pomeriggio, sto per approcciare ad un analisi FEM dell'albero che pubblicherò in questa discussione per avere un vostro parere. Prima di cominciare a inserire qualche immagine relativa alla FEM vorrei prima togliermi un dubbio. Mi avete già confermato l'andamento del momento torcente sull'albero e vi ringrazio ancora, ma ora comincia a venirmi qualche dubbio sul momento flettente. Siccome l'albero è soggetto al solo peso del rotore (in direzione radiale), mi trovo che il diagramma del momento flettente sia come nell'immagine in allegato, ossia massimo dov'è applicata la forza peso del rotore, poi va a zero nei cuscinetti e le altre parti dell'albero risultano scariche da momento flettente. Vi trovate con me ?
 

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Caggi

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Come anticipato prima ho cominciato a lanciare qualche simulazione sull'albero però ho riscontrato qualche anomalia. Ho cominciato ad applicare i carichi uno per volta (faccio riferimento alla coppia e al carico radiale dovuto al peso del rotore) per capire se il modo in cui metto i carichi sia corretto confrontandoli con i risultati analitici. Per quanto riguarda l'applicazione del carico radiale, il software mi restituisce le reazioni dei cuscinetti che mi sono calcolato e anche i valori di tensioni risultano concordi con i "calcoli a mano". Per l'applicazione della coppia ho riscontrato un problema. Facendo riferimento all'immagine in allegato ho inserito il vincolo di cuscinetto nelle rispettive sedi e ho applicato una coppia all'estremità dell'albero e una uguale e opposta nella sede relativa al rotore. Il problema è che (facendo riferimento all'immagine) la parte sinistra dell'albero è scarica da momento torcente quindi è scarica dalla relativa sollecitazione. Il software però mi introduce una tensione non nulla nella sezione indicata con la freccia. Non riesco a capire il motivo; è sbagliato il mondo in cui ho inserito i carichi ?
 

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