Dimensionamento semiasse auto da rally

mareco

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Buonasera a tutti!
Per l'esame di costruzione di macchine devo fare un dimensionamento di un semiasse destro (quello corto) di una Renault Clio 2000 gruppo A.
Dell' auto posseggo un semiasse rotto (con frattura tipo "a cono") all' inizio della scanalatura (credo quella lato mozzo). Questo semiasse è durato 3 gare (180 km circa) fatte tutte su terra.
Riguardo il dimensionamento ho molti dubbi.. innanzitutto se considerare il peso del semiasse, e quindi fare un dimensionamento a flesso torsione oppure solo a torsione.. potrei trascurare il peso del semiasse dato che è molto basso rispetto le forze in gioco?
Per fare il dimensionamento a torsione che coppia devo usare nella formula? :confused:
E come posso fare per stimare l'effetto d'intaglio della scanalatura? non sono riuscito a trovare nessun tipo di tabella sui coefficienti di intaglio per scanalature..
Un altro punto di domanda è sulla fatica.. fare un dimensionamento a vita infinita per un auto di questo tipo credo non abbia senso, quindi pensavo di usare il diagramma di wohler, ma non ho idea di come stimare il numero di cicli (a cosa corrisponde un ciclo in questo caso?)

Grazie a chiunque risponderà :redface:
 

meccanicamg

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Per prima cosa devi avere tutti i dati del regime del motore per determinare coppia e numero di giri.

Devi considerare che prima seconda e terza sono le marce più usate e quindi più sollecitate. Devi stimare, cioè inventare un ciclo plausibile. Ad ogni cambiata la coppia entra di colpo per via del rilascio della frizione brusco, se e quando usata.

Devi vedere se la rottura del giunto é a fatica o se per cedimento per troppa coppia, cosa che si verifica molto spesso alla partenza in salita e molte volte si rompe proprio per la troppa coppia.

Per i valori dei coefficienti di intaglio cerca bene in rete che trovi qualcosa. Eventualmente guarda sul Peterson’s Stress Concentration Factors che é il libro dove ci sono le curve che servono a te.

Il dimensionamento a vita infinita lo si fa sull'auto di serie e non quella da rally, quindi direi che per tre gare potremmo esserci. Sulla circa teorica di wohler siamo a 3000 cicli come definizione di vita a bassi cicli.

Tieni presente che su terra hai molte vibrazioni e sollecitazioni aggiuntive anche x1,5 rispetto all'uso normale.
 

meccanicamg

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Se hai uno scanalato puoi usare questo grafico per la torsione.
Comunque sono curve indicative e non esatte, altrimenti si dovrebbe fare sul singolo pezzo in esame.
 

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mareco

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Grazie della riisposta "meccanicamg"!
Ho il valore della coppia massima però non conosco la coppia resistente..
La rottura sembra proprio una rottura fragile a fatica, sembra più una rottura dovuta a troppa coppia come dici tu! Però non capisco se la parte rotta è quella lato differenziale o quella lato mozzo ruota.
Allego qualche immagine

IMAG2495.jpgIMAG2497.jpgIMAG2500.jpgIMAG2501.jpgIMAG2502_BURST002.jpg
 

meccanicamg

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Credo non sia passato molto dall'innesco della frattura dove c'è il millerighe a dove si è schiantato a rottura nella parte cilindrica liscia.

La torsione la si vede dalle righe sul cono a punta che sono elicoidali.

Il fatto che é molto accentuato vuol dire che il carico era molto elevato.



Probabilmente ha avuto anche una componente flessionale che ha fatto saltare lateralmente dei pezzi di albero.

Guardando le foto potrebbe essere rotto sul giunto lato ruota.
Comunque potrebbe dare che ci sia stato anche il raggio di raccordo come l'altra estremità, prova a vedere se c'è...perché se non c'è doveva rompersi per forza lì.
 

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mareco

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C'è un raccordo che congiunge il millerighe (di diametro esterno maggiore) al resto del semiasse ma senza lo spallamento che invece è presente nella parte integra..
Ho pensato che probabilmente la rottura è avvenuta al momento dell'atterraggio da un salto (magari su qualche asperità che ha agito da carico flettente) senza che il pilota togliesse il piede dall' acceleratore.. è plausibile?
 

athlon

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come coppia torcente massima puoi usare quella massima trasmissibile dal battistrada su asfalto in condizioni dinamiche , come carico agente sulla ruota prendi quello della sospensione completamente a pacco , coefficiente d'attrito tra gomma ed afalto e diametro del battistrada.

Questo per lo meno dovrebbe garantirti che il battistrada cominci a slittare prima che il semiasse ceda.

Dall' altra parte prendi come coppia massima la coppia risultante dalla coppia massima trasmissibile dalla frizione nel raporto piu' corto a disposizione.

Questo dovrebbe garantirti che la frizione slitti prima che il semiasse ceda.


Una volta che sei ragionevolmente sicuro che o la frizione o il battistrada slittino prima della rottura del semiasse puoi ragionare sugli eventi eccezionali , ad esempi quando l'auto atterra da un salto su una ruota sola con il motore in rilascio , in questo caso il differenziale tende a rallentare molto la ruota ancora in aria , che ovviamente quando tocca terra si trova in una bruttissima situazione , in questo caso la velocita' del differenziale e del motore non e' piu' coerente con quella dell' auto , in questo caso le possibili soluzioni sono 4:
- slittano le gomme
- slitta la frizione
- l'auto cambia velocita' istantaneamente
- il semiasse si frantuma.
 

athlon

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Ho pensato che probabilmente la rottura è avvenuta al momento dell'atterraggio da un salto (magari su qualche asperità che ha agito da carico flettente) senza che il pilota togliesse il piede dall' acceleratore.. è plausibile?
Se il pilota tiene accellerato ed il gruppo powertrai mantiene una velocita' piu' o meno coerente con quella del suolo non ci sono problemi , i problemi nascono quando si atterra con velocita' molto differenti.


Un altro caso tipico e' quando si viaggia con differenziali molto bloccati , in questo caso sono le due ruote a "litigare" tra di loro ed i semiassi ne fanno le spese
 

mareco

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Grazie athlon! Ora ho le idee già più chiare.. però ho un dubbio sull' inclinazione del semiasse.. nel dimensonamento devo tenerne conto? cioè la coppia torcente devo dividerla per il coseno dell'angolo di inclinazione massimo?

Un' altra cosa.. non mi è proprio chiaro come si è potuto rompere in quel punto.. cioè se io avessi visto il semiasse integro avrei pensato che si potesse rompere sul raggio di raccordo dello spallamento (dove c'è il millerighe corto).

semiasse quotato.jpg

invece si è rotto all' inizio della zona conica (come da disegno), dove secondo me è meno presente l'effetto intaglio..
 

athlon

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il semiasse unisce un differenziale ad una ruota , per lui non esistono inclinazioni ( che vengono gestite dai giunti omocinetici)

magari la rottura e' partita da un difetto del millerighe
 

mareco

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il momento torcente a cui è sottoposto il semiasse è all'origine (o quasi) giusto?
Pensavo di fare un dimensionamento a vita finita con 10^4 cicli, però i diagrammi di Wohler che si trovano sono tutti all'inversione, quindi può andare bene se faccio un dimensionamento a vita infinita (considerando così le elevate sollecitazioni delle gare su sterrato) usano il diagramma di Goodman e come tensione critica quella all' origine (che nel caso del mio materiale coincide con quella di snervamento) e magari usando un coefficiente di sicurezza basso tipo 1,3?
 

meccanicamg

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il momento torcente a cui è sottoposto il semiasse è all'origine (o quasi) giusto?
Pensavo di fare un dimensionamento a vita finita con 10^4 cicli, però i diagrammi di Wohler che si trovano sono tutti all'inversione, quindi può andare bene se faccio un dimensionamento a vita infinita (considerando così le elevate sollecitazioni delle gare su sterrato) usano il diagramma di Goodman e come tensione critica quella all' origine (che nel caso del mio materiale coincide con quella di snervamento) e magari usando un coefficiente di sicurezza basso tipo 1,3?


Ragazzo devi ipotizzare e inventare. L'importante è che usi le formule giuste...poi se vuoi usa i valori che pensi siano adeguati. Nessuno saprà mai la verità...nemmeno il tuo prof che tanta voglia di sbattersi non mi pare ne abbia.

Secondo me avete libera l'inventiva.
Il diagramma di woheler lo disegni tu....non lo trovi sui cataloghi. Devi imporre tutti i coefficienti e trovare la sigma fa o ta a seconda se pensi sia torsionale o flessionale.
Sul forum puoi trovate degli screenshot di un foglio excel che traccia le curve di whoeler...tu devi fare lo stesso...coefficiente di intaglio, affidabilità, trattamenti o rivestimenti, finitura superficiale, temperatura eccecc.
Comunque la vita a termine, per whoeler é inferiore a 10e3 e in questo range co sono formule differenti rispetto al tratto 10e3 / 10e7.