dubbio su calcolo cerniere a perno

meccanicamg

Utente Senior
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Regione: Lombardia
L'eurocodice 3 tratta per le giunzioni a cerniera solo i piatti "pieni"…come è normale che sia nelle strutture.
Quindi puoi solo modificare le formule che propone lui per adattarle alla tua situazione.
L'alta strada è proprio quella di studiare la cosa in modo classico (e sicuramente avrà dei margini anche più alti).
Per il materiale dei perni, non puoi farne fare uno da un artigiano in Italia così te lo fai fare come vuoi? Il sistema più economico è prendere una barra temprata e rettificata da commercio e tornire una bussola anche in materiale tenero S275JR che fa da manico e piantarla sul perno per interferenza.
 

Mito125

Utente Junior
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Scusa la mia inesperienza, ma come potrei adattare le formule dell'EuroCodice 3? Io l'ho analizzata come la trave da te indicata, l'ho analizzata e studiata con quello che penso sia il metodo classico (non so cosa intendi per metodo classico).
Sembrerà banale ma io sto realizzando una banale tesi di laurea, sono quindi libero. Pensavo però che scegliere sempre componenti da catalogo fosse la scelta più economica in tutti i casi.
 

meccanicamg

Utente Senior
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Per quanto riguarda le scelte commerciali, se sei una ipotetica azienda che ha un tornio e una fresatrice in casa, ci metti meno tempo e meno soldi a ricavare tu i pezzi a meno che devi realizzare tanti componenti in serie e magari non hai l'attrezzatura per essere competitivo.

Il metodo classico è quello dove non usi EUROCIDICE ma prendi la trave, ci metti le forze, calcoli la pressione specifica, calcoli la sigma flessione come MF/Ed e la tau come 4/3 T/A e non hai formule con troppi coefficienti.....hai solo RS/1.5 e praticamente null'altro....
 

meccanicamg

Utente Senior
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....Sorry MF/Wf.
Insomma il metodo classico è il Niemann ....per intenderci.
 

meccanicamg

Utente Senior
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Stavo pensando ad una cosa funzionale.
Ti riporto due modelli per realizzare la stessa cosa:
IMG_20191230_132709.jpg
Il tipo A potrebbe essere la soluzione vincente perché saldare un tubo strutturato cilindrico dentro al tubolare, ti permette in prima approssimazione ad arrivare al comportamento da EUROCIDICE, cioè come se fosse un piatto pieno. Il tondo forato inserito rende molto rigido il tubolare quadrato alle varie torsioni in tutte le direzioni e spalma molto meglio le tensioni di trazione. Con due cordoni d'angolo circonferenziali hai bello che saldato tutto senza preparare lembi.

Il tipo B è quello che credo di aver capito vuoi fare tu. A livello operativo è anche meno efficace e più "faticosi" da realizzare e comunque in mezzo è vuoto e non reagisce. Devi fare delle saldature a cordone d'angolo miste a piena penetrazione con cianfrino e quindi devi preparare i lembi.

Se puoi e vuoi passare al tipo A sicuramente è strutturalmente il migliore.
 

Mito125

Utente Junior
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Wow il tipo A è una soluzione a cui non avevo nemmeno pensato... Prevedevo di inserire direttamente il perno all'interno del profilato quadro senza farmi troppi problemi, anche perchè è un perno che lavora in maniera statica, non devo preoccuparmi di attriti e cose varie, ma la soluzione A è sicuramente molto elegante. Il mio unico dubbio rimane sulla saldatura. Se prendo come regola generale quella di avere un cordone del 70% dello spessore da saldare, beh diventa davvero poco per garantire una saldatura di ottima fattura. Comunque non ho fatto i conti, dovrei verifare sullo shigley. Ci penso e vedo se mi conviene complicarmi la vita la vita o lasciarla molto base. Nel caso avessi una cosa dinamica però la soluzione A è veramente bella. Grazie per l'aiuto.
 

MassiVonWeizen

Utente Senior
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le soluzioni proposte da meccanicamg ti permettono, se necessario di gestire o cambiare il perno anche in corso d'opera per eventuali modifiche; un perno saldato direttamente oltre a non avere una buona precisione di posizionamento rende molto ostico una modifica o sostituzione (ad esempio se il perno entra in un cuscinetto, se prende una bella botta perché il carropontista è distratto nelle soluzioni di meccanicamg lo sfili e lo ripassi al tornio, saldandolo direttamente devi mettere in macchina l'intero telaio)
se la saldatura è fatta bene è la boccola non si muove ed è come se fosse un pezzo unico
 

Mito125

Utente Junior
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Il mio perno è solo di supporto, non è un pezzo in movimento, è un supporto tipo il piede per tenere una piattaforma che poi va richiuso. Si estende la piattaforma, si mettono i piedi in posizione e si collegano tramite perno. Non ho difficoltà di sostituzione perno, se il perno si dovesse perdere basta prenderne un altro, devo solo verificare le pressione superficiali sui profili e potrebbe già essere una soluzione a bassissimo costo. Forse mi sbaglio causa inesperienza.
 

MassiVonWeizen

Utente Senior
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Avevo capito che il perno è saldato al tubo, sorry.
Però un foro sul tubo non sarà mai preciso e in tolleranza quindi non avresti un montaggio stabile come con la boccola, oltre al fatto della superficie di contatto
 

Mito125

Utente Junior
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Adesso provo a verificare le superfici di contatto e se tengono mantengo la soluzione proposta. Probabilmente non è una soluzione precisa ma comunque visto l'impiego non dovrebbe presentare troppi problemi. In caso ci siano problemi, sicuramente ricadrò sulla soluzione A proposta, che ritengo utilissima in caso di problemi futuri che dovessero richiedere maggior precisione. Grazie ancora
 

meccanicamg

Utente Senior
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Per tanto riguarda lo spessore minimo di un cordone di saldatura si potrebbe parlare all'infinito.
In realtà una norma vera che imponga uno spessore di gola non esiste.
Diversi istituti di saldatura e ricerca hanno teorizzato dei valori abbastanza cautelativi in funzione del minimo spessore delle lamiere da saldare...dove deve essere 70% dello spessore minimo con una sola saldatura a cordone.
In realtà dovresti calcolare lo sforzo che deve reggere la saldatura e quindi dimensionarla per l'effettivo carico.
Facendo velocemente a sensazione, considerando quello che si può fare in conduzioni normali è un cordone 3x3 o superiore, realizzabile con elettrodo rivestito rutilico diametro 2 mm oppure saldatrice a filo (un po' più ostico per via della torcia grossa) oppure con TIG e barra d'apporto.

Ti allego una guida molto utile per verificare il cordone di saldatura (vedi esempio cardine verticale)....dovrai calcolare l'area del cordone e usare il momento di inerzia .... Troverai le tensioni e le confronti con quelle ammissibili.
 

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meccanicamg

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Riproponiamo il pezzetto terminale in oggetto del nostro componente e realizziamo un tubolare 30x30x2 con un foro a 14mm dal bordo diametro 22 mm per alloggiare un tondo da 20mm (garanzia che la saldatura lavora al 100%) che sporge 5 mm da ogni lato. La saldatura è 3x3 mm in ogni lato.
Nella parte posteriore il tubolare è incastrato mentre nell'interno del foro da 12 mm ci mettiamo 1430N.
Facciamo una mesh non superiore a 1 mm.

quote.PNG

Abbiamo così lo stato di sforzo secondo Von Mises che alla base del cordone circolare di saldatura varrà circa 16MPa:
VM1.png
Nella zona interna avremo dei valori attorno ai 14-15MPa:
VM2.png
La deformazione 3D del componente risulta essere circa la seguente, con una freccia massima di 0.002mm (praticamente nulla):
Y3d.png
Osservando la mesh del componente, si può affermare che sicuramente usando una mesh con dimensione più piccola attorno a 0.5 mm si può apprezzare meglio l'analisi di sforzo attorno alla parte interna del tubo quadro, soprattutto nel taglio largo 1 mm però il risultato può essere sufficientemente attendibile per poter affermare che tensioni nell'ordine di grandezza dei 15MPa sono ben sopportabili per un acciaio da costruzioni come S275JR.

Ti allego il file STEP se vuoi fare un FEM anche tu o comunque fare un confronto di varia natura.
Io ho usato FreeCAD 0.19 developer con il Workbench FEM dove ho usato come motore di calcolo Calculix. E' una soluzione completamente gratuita che gira su tutti i sistemi operativi e sinceramente è sufficientemente competitivo per questi lavoretti.
 

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meccanicamg

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Giusto per completare la soluzione appena sopra riportata con il tondo inserito nel tubolare quadrato, essendo assimilabile il tutto ad un piatto centrale largo 40mm, è possibile studiare l'accoppiamento secondo EUROCIDICE 3 UNI EN 1993-1-8:
Screenshot_20191231_204456.jpg
Ed è possibile anche verificarlo secondo le formule classiche del Niemann:
Screenshot_20191231_203842_com.adobe.reader.jpg
Il tutto, compreso il perno è stato calcolato con lo stesso materiale S275JR per semplicità ed economia di materiale.
 

Mito125

Utente Junior
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Intanto grazie, i tuoi fogli excel sono veramente bellissimi. Adesso procederò a comprendere meglio le soluzioni prima di scrivere altro. C'è da dire che nell'EC3 ci sono dei valori che non mi tornano (tipo quel dato che tu hai messo a 1430N con due nomi diversi, ma ho la BS EC3 e sto cercando di capirla al meglio, non sono pratico di EC3). Ti ringrazio per le idee fornite e ti auguro buon anno, buon anno anche a tutto il forum ;)
 

meccanicamg

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I due valori coincidono quando lo stato di servizio coincide con il limite ultimo di esercizio. Potrebbero essere differenti se si fanno considerazioni di carichi agenti differenti come spiegato nel PDF allegato.

Buon anno a te e a tutti gli utenti di cad3d.
 

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meccanicamg

Utente Senior
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Su una edizione successiva, sempre di Niemann e altri, "manuale degli organi delle macchine" c'è riscritto un po' meglio l'utilizzo del perno e forcella e soprattutto i valori che chiamo a seconda se il perno è piantato nella forcella oppure se è libero.
Screenshot_20200102_144504_com.google.android.apps.docs.jpg
Questo è il riassunto perno forcella più completo e spiegato in tutti e tre i casi.
 

Mito125

Utente Junior
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Riprendo la discussione per il mio problema. Ho una trave caricata di punta con 9400N. Voglio che questa trave possa ruotare all'occorrenza. Ho dimensionato la trave con il solo carico di punta e mi viene fuori un profilo quadro cavo di 40x40x2. Ho rifatto il foglio excel(per imparare) ma non riesco ad eseguire le verifiche necessarie. Allego il mio foglio excel. Non capisco se devo mantenermi al di sotto del foro massimo trovato oppure vado finchè posso. Inoltre non posso andare troppo perchè io ho un 40x40x2 e non capisco dalla normativa quanto vale il foro massimo su un piano da 40 millimetri.
 

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meccanicamg

Utente Senior
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Credo di non aver capito niente.
Parli di trave tubolare....poi di foro? Di carico di punta....non c'entra niente con la cerniera.

Andiamo per ragionamento: se per qualunque motivo una trave caricata di punta è verificata per una sezione minima, vuol dire che se vuoi puoi farla più grossa e non più piccola.
Ma tutto è così.... più grosso = più resistente
 

Mito125

Utente Junior
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vuol dire che se vuoi puoi farla più grossa e non più piccola.
A volte le cose più semplici sono quelle che più mi fanno impazzire. Ho allargato il tutto ed ora tiene. Ci sono delle regole generali per la distanza del foro in una piastra? In questo caso la normativa mi dice 1,6xd_0. Mi ricordo di averle lette da qualche parte le distanze generali dei fori dai bordi delle piastre ma non riesco a trovarle. Voi come fate a ricordare tutto? Grazie
 
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meccanicamg

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Dopo un po'che si lavora si conoscono normative e regole, ma soprattutto si imparano modi di lavorare. Le nozioni poi si dimentica....numero....formule...ma occorre sapere dove cercarle.
Devi usare Eurocodice3 UNI EN 1993-2-8.

Screenshot_20200112_092352.jpg