Misuratore di forza

Solid User

Utente Junior
Professione: Disegnatore
Software: Solid Edge
Regione: Veneto
Buon pomeriggio a tutti.
Mi scuso fin da subito di non poter allegare disegni o foto per motivi di non divulgazione.

Sto valutando la bontà di un misuratore di forza "analogico" che possa dirmi che forza di espansione sto applicando tra due punti fissi impiegando una chiave dinamometrica.
Per fare ciò ho un tenditore DIN1479 e due viti: una con filetto sinistrorso e una con filetto destrorso.
Svitando espando. Se svito con una chiave dinamometrica, dalla coppia applicata posso calcolare la forza che sto imprimendo.
Questo argomento è già stato trattato in questi forum
Da questi post mi sembra di aver capito che l'incertezza nei calcoli è molto grande.
Io vorrei riuscire a valutare un po' la grandezza/entità degli errori che si possono commettere in un calcolo simile.
Dalle formule del Baldassini, l'unica fonte di incertezza mi sembra essere sul coefficiente di attrito che io non saprei come verificare.

Io ci aggiungo anche:
- l'accuratezza della chiave dinamomatrica. Da catalogo Usag mod. 811R: Precisione ± 2% del valore di coppia impostato
- l'elasticità dei materiali
- la grandezza della coppia/forza che voglio misurare. Più salgo di forza applicata e più l'attrito statico si fa sentire. Vorrei arrivare ad applicare 40kN-45kN

Al momento sto usando delle viti M8 che sporgono dal dado 10-12mm. Ho estensimetrato il sistema vedendo che l'elasticità della vite M8 e del tenditore M8 si fanno sentire, appena messo in tiro ho un picco che poi si rilassa e si stabilizza mantenendo il carico costante. Il sistema misurato è ben più rigido del sistema di tensionamento, quindi imputo l'elasticità a quest'ultimo.
Per risolvere questo problema ho ipotizzato di usare viti più grandi, magari usando passi fini per avere la sezione ancora più tozza ed accorciare lo sbalzo dovuto alla cresta del filetto.

Scrivo per chiedere se qualcuno ha voglia di abbozzare un foglio di calcolo a più mani oppure se qualcuno ci ha già sbattuto la testa e ha constato che i dati ottenuti con questo approccio sono troppo aleatori e quindi privi di significato.

Ciao a tutti
 

meccanicamg

Utente Senior
Professione: Mechanical engineer manager
Software: SolidWorks, FreeCAD, NanoCAD5, Me10, Excel, LibreOffice
Regione: Lombardia
Direi che per cominciare puoi postare uno schema.... perché i tecnici non possono interpretare una descrizione testuale.
 

stefanobruno

Moderatore
Membro dello Staff
Professione: Progettazione caotica e notturna e Seguace Anonimo di Shiren :) [ Ma dove sei finito ? ]
Software: Inventor 2019 - Autocad ( read only ) - Rhino un pochino
Regione: Piemonte,Torino
Ma vista tutta questa incertezza, fare un accrocchio dove paragoni la misurazione della chiave dinamometrica con quella di in dinamometro direttamente attaccato al tenditore, non ti è possibile?
Poi fai un grafico e lo dai al montatore.
 

cacciatorino

Moderatore SolidEdge
Membro dello Staff
Professione: Ingegnere meccanico
Software: SolidEdge CoCreate Salome-Meca
Regione: Porto Recanati, ma con l'appennino nel cuore
Senza vedere nulla, un primo consiglio che ti do è di usare dov'è possibile accoppiamenti a rotolamento invece che striscianti. Per espio viti a ricircolo di sfere invece che trapezie o simili, e cuscinetti ad aghi invece delle bronzine sui perni delle articolazioni. In questo modo ridurrai molto gli attriti e le conseguenti incertezze di misura.
 

Solid User

Utente Junior
Professione: Disegnatore
Software: Solid Edge
Regione: Veneto
Buona sera a tutti e grazie per l'interessamento.
in effetti spiegarsi solo a parole era un po' difficile. Allego:
- lo Schema del tenditore
- i due schemi della teoria con la stessa notazione riportata nel seguente link http://www.dpgi.unina.it/giudice/Corsi/appunti2006/Appunti.pdf a pag. 185

Le soluzioni proposte da Stefanobruno e Cacciatorino sono valide, ma non avevo specificato i limiti di spazio. Il tenditore che vedete in allegato deve stare in un ingombro di 70mm.
Le due viti NON sono libere di ruotare, solo il dado DIN1479 ruota, le teste delle viti son vincolate.

Nei prossimi giorni proverò ad impostare un Excel con qualche numero per provare a capire dove si va a parare

Ciao
Schema.PNGSchema 2.PNGSchema 3.PNG
 

Fulvio Romano

Utente Senior
Professione: Ingegnere
Software: Alcuni, ma non tutti
Regione: Campania
Supponi di ruotare il dado fino ad imprimere una certa di "espansione". Poi lascia tutto.
C'è ancora forza? (Sì, perché il meccanismo è irreversibile)
C'è ancora coppia? (No, perché non la stai più applicando)

Quindi, puoi calcolare la forza dalla coppia? (No)

Mi sa che stai usando il metodo sbagliato.
 

Solid User

Utente Junior
Professione: Disegnatore
Software: Solid Edge
Regione: Veneto
Ciao Fulvio e grazie per l'interessamento.
Non riesco a seguire il tuo ragionamento. Magari sto prendendo un abbaglio.
La mia idea è che la coppia applicata è servita a comprimere la vite e generare una forza di trazione/compressione. Il sistema è irreversibile, quindi se il dado non si svita la tensione nella vite resta costante. (conservazione dell'energia potenziale elastica?)
 

Fulvio Romano

Utente Senior
Professione: Ingegnere
Software: Alcuni, ma non tutti
Regione: Campania
La mia idea è che la coppia applicata è servita a comprimere la vite e generare una forza di trazione/compressione. Il sistema è irreversibile, quindi se il dado non si svita la tensione nella vite resta costante. (conservazione dell'energia potenziale elastica?)
Esatto. Praticamente tu stai cercando una funzione che data la coppia ti restituisca la spinta. Nell'esperimento mentale sopra hai che hai una spinta a cui è associata una qualsiasi coppia a partire da zero fino al limite dato dall'attrito statico, poi appena si muove crolla fino al limite dato dall'attrito dinamico fino a che si ferma di nuovo.

Non è più semplice applicare uno strain gauge al dado?
 

Solid User

Utente Junior
Professione: Disegnatore
Software: Solid Edge
Regione: Veneto
Ciao Fulvio,
hai centrato il punto del mio dubbio. Il limite tra attrito statico e dinamico e quanto questo possa influire sull'incertezza del valore di coppia imposto.
Estensimetrando il tutto è certamente più facile.
Nel mio primo post ho detto di aver già estensimetrato il sistema e visto la componente elastica.
Però quello che vorrei avere è un sistema analogico portatile.

È come per le bilance pesapersone. Quella digitale funziona benissimo e ti misura il mezzo etto, ma quando ne hai bisogno ha puntualmente le batterie scariche e allora vai in cerca di quella meccanica della nonna, che è rimasta in soffitta per trentanni ma quando serve funziona sempre (e la tara la fai ruotando la scala graduata sotto la lancetta!!!). Magari ha un'incertezza di un chilo, ma funziona!

Io vorrei la stessa cosa. Un sistema semplice, utilizzabile da personale poco esperto e che non richieda software-cablaggi-manutenzioni-tarature etc etc...
Fornendo il tenditore e una chiave dinamometrica l'unica cosa da sapere è: Tot Nm = Tot N (=Kg)

Dopo la tua osservazione il dubbio che il "gioco non valga la candela" è sempre più fondato
 

Fulvio Romano

Utente Senior
Professione: Ingegnere
Software: Alcuni, ma non tutti
Regione: Campania
Solid, guarda le tabelle di serraggio delle viti. Hai la colonna delle viti asciutte, quella delle viti oliate, quella delle zincate, quella delle brunite... E le coppie di serraggio variano anche del 30%.
La coppia di serraggio non è una scienza esatta e soprattutto non è un metodo di misura. Vai da un gommista e guarda l'avvitatore pneumatico a martello. Ecco, quello è ciò che più si avvicina ad una scienza esatta perché il martellamento permette...vabbé, è complicato e fuori tema.

Vuoi un sistema analogico? Facile, allego schizzo. Basta mettere un elemento elastico in mezzo. Ma di che forze stiamo parlando?
1592826494857.png
 

Fulvio Romano

Utente Senior
Professione: Ingegnere
Software: Alcuni, ma non tutti
Regione: Campania
Vabbé, sono un cretino, la scala graduata andava nell'altro senso...
 

Solid User

Utente Junior
Professione: Disegnatore
Software: Solid Edge
Regione: Veneto
Grazie!
Sì, mi son convinto che il coefficiente d'attrito è troppo aleatorio e difficilmente valutabile correttamente.
La forza massima che vorrei arrivare ad applicare è 45kN. Sto pensando che invece della gomma si potrebbe usare una molla da stampi. Più facilmente reperibile e con già la scala graduata da catalogo. Ora provo a cercare qualcosa e buttar giù uno schizzo.

Grazie!
 

Solid User

Utente Junior
Professione: Disegnatore
Software: Solid Edge
Regione: Veneto
Ho provato a portare avanti dei calcoli per avere un'idea dei numeri con il metodo "a vite".
Ho trovato una dispensa con delle immagini più belle rispetto a quella già postata.

I risultati mi dicono di non proseguire su questa strada. Allego foglio Excel.
Fissando un coefficiente di attrito di 0.2 Con un valore di 57 o 59 Nm (pari all'incertezza di 2Nm di una chiave dinamometrica) ho un delta di circa 180kg sul mio obiettivo di 45kN.
Con un coefficiente di 0.1 e sempre i 2Nm di incertezza ancora peggio, circa 274kg.
La mia idea era di avere al massimo 50kg di incertezza.

Grazie a tutti per l'interessamento e soprattuttoa Fulvio per le idee alternative.

Ciao
 

Allegati

bip

Utente Junior
Professione: faccio funzionare le cose
Software: un grosso martello
Regione: un po' tutto il mondo
Hai mai pensato di realizzare un piccolo martinetto idraulico? Tolti gli attriti (inferiori a un sistema a vite), la relazione tra pressione e forza è lineare
 

Solid User

Utente Junior
Professione: Disegnatore
Software: Solid Edge
Regione: Veneto
Ciao,
sì avevo cominciato a pensare a quell'opzione ma non credo possa andar bene per gli ingombri.
Non me ne intendo di circuiti idraulici.
Come da disegno allegato nei primi post volevo far stare il tutto in 70mm. Credi sia una strada percorribile?
Se hai suggerimenti sono ben accetti

Grazie, ciao!