I collettori sono utilizzati per l'alimentazione del sistema vacuum: nell'angolo- giro percorso dai rotori essi devono permettere l'alternanza fra aspirazione e so o, restando solidali all'albero.
Con riferimento alla gura 8.8 nella pagina successiva, si è pensato di realizzare il collettore in 2 parti:
8. Modellazione 2D
Figura 8.8: Parziale del complessivo provvisorio con montaggio dei cuscinetti scelti e con gurazione dei collettori.
pre-collettore
un anello calettato sull'albero per mezzo di una linguetta collettore vero e proprio
un anello applicato sul diametro esterno del pre-collettore
Tale con gurazione è stata pensata per permettere la regolazione del sistema in fase di set-up e collaudo di un nuovo prodotto: la posizione angolare del collettore determina infatti l'inizio degli intervalli di aspirazione e so o, in fase di set-up del repitch per un nuovo prodotto è necessario poter variare la tempistica agendo sui collettori; allo stesso tempo essi devono essere fermi, solidali all'albero.
Facendo uso di una linguetta si riesce a vincolare come desiderato i pre-collettori, oltre che fornire un riferimento per il corretto montaggio del foro radiale su di esso ricavato in corrispondenza di quello presente sull'al- bero; il diametro interno del collettore vero e proprio avrà una tolleranza tale da permettere un montaggio con interferenza, che lo rende solidale al pre-collettore, e sarà inoltre realizzato in 2 metà collegate fra loro per mezzo di viti, al ne di permettere l'apertura per corregere la posizione e poi serrare di nuovo.
8. Modellazione 2D
Come è possibile notare nel dettaglio A, lo spessore del collettore è ta- le da lasciare un piccolo spazio di 0,3 mm tra le sue facce esterne e quelle dei rotori: questo accorgimento, sebbene porti a un leggero tra lamento di aria, permette di evitare il surriscaldamento per attrito delle parti, senza forzare inoltre l'accoppiamento con il pre-collettore e a sua volta l'accopia- mento di quest'ultimo con l'albero, permettendo l'utilizzo di una linguetta sottodimensionata rispetto alle norme, non dovendo essa trasferire alcuna coppia.
Questa particolare soluzione di montaggio è meglio esplicata nella parte di progettazione 3D, alla sezione 9.3 a pagina 60, essendo la tavola 2D non adatta a chiarire tale concetto.
Materiali
Come da consuetudine, per i collettori si utilizzerà materiale plastico, in particolare il nylon: seppur contraddistinti da un prezzo d'acquisto mag- giore dell'acciaio, garantiscono estrema facilità di lavorazione, sempli cando l'asportazione dell'elevato volume di materiale dovuta alle numerose aperture che il particolare nale presenterà; questo materiale inoltre è un anti-frizione e preserva il componente da un'eventuale surriscaldmaneto da sfregamento. Per il pre-collettore vale il medesimo discorso fatto per i rotori: l'alluminio garantisce leggerezza e buona lavorabilità.
8.4 Il gruppo di alimentazione
Come accennato nella bozza, il sistema di alimentazione sarà diviso in due gruppi posti simmetricamente rispetto al centro dell'albero: essi saranno montati per mezzo di cuscinetti, composti da due manicotti a loro volta mon- tati l'uno sull'altro sempre per mezzo di cuscinetti, in modo da permettere indipendenza rotatoria tra manicotti ed albero.
Per coerenza costruttiva e similitudine della problematica di montaggio rispetto ai rotori, anche in questo gruppo sarà utilizzata la con gurazione con cuscinetti radiali; nel corso dello sviluppo della tavola sono state avan- zate varie proposte, dierenti tra loro per modalità di montaggio delle ruote dentate, posizione delle ghiere di bloccaggio, collegamento dei bracci.
In gura 8.9 nella pagina successiva è riportata la prima soluzione: le ghiere sono posizionate dallo stesso lato, in modo da facilitare il montaggio; sul manicotto esterno la ruota dentata è ricavata di pezzo, mentre su quello interno è calettata; i bracci andranno collegati nella super cie indicata dalla frecce. Tale soluzione è stata scartata per la di coltà di collegamento dei bracci appunto, non essendo lo spazio a disposizione su ciente a realizzare l'accoppiamento.
La seconda proposta, in gura 8.10 nella pagina seguente, prevede che entrambe le dentature siano ricavate direttamente sul manicotto; si dieren-
8. Modellazione 2D
Figura 8.9: Prima alternativa di gruppo alimentazione.
zia inoltre per la posizione delle ghiere, una da un lato e una dall'altro; anche in questa versione si pone però il problema del montaggio dei bracci, dato che lo spazio a disposizione non è su ciente a realizzare il loro collegamento.
Figura 8.10: Seconda alternativa di gruppo alimentazione.
La soluzione per cui si è optato è quella in gura 8.11 nella pagina suc- cessiva: la ruota dentata sul manicotto interno è calettata, ciò permette di sfruttarla anche come distanziale nel bloccaggio della ghiera; le ghiere sono montate dallo stesso lato ed i bracci saranno collegati frontalmente, utiliz- zando delle viti che passano da fori ricavati sulla angia e si avvitano alle lettature dei manicotti.
8. Modellazione 2D
Figura 8.11: Gruppo alimentazione de nitivo.
Materiali
Il materiale con cui vengono realizzate le ruote dentate, e quindi il manicotto esterno, è acciao da boni ca: dovendo esse resistere a fatica super ciale, la durezza del materiale è fondamentale per una lunga durata di vita, si rende pertanto necessario il trattamento di boni ca.
Il manicotto interno può essere realizzato in acciaio da costruzione op- pure in alluminio, con una dierenza in peso che assume un signi cato trascurabile, data la struttura cava da cui è composto.
Medesimo discorso vale per le ange, così come per quelle montate sul gruppo rotori.
8.5 Il collegamento manicotto-gripper
Per collegare ogni manicotto al corrispondente gripper da trasportare in ro- tazione, è stata pensata una semplice struttura costituita da un braccio ad essi avvitato. Essendo il gripper un corpo di lunghezza uguale alla dimensio- ne assiale dei 2 gruppi rotori-collettore, si pone il problema di quelli che sono collegati alle ruote esterne, che, come si può notare dalla bozza di gura 7.1 a pagina 38, risultano strutture a sbalzo, situazione non ottimale essendo i gripper sottoposti a forza centrifuga.
Partendo da tali presupposti, la soluzione proposta al tutor aziendale è quella rappresentata in gura 8.12 nella pagina successiva, dove i gripper so- no corpi cavi vincolati ai rotori tramite una struttura, dotata di un foro per il passaggio dell'aria coassiale a quello ricavato sul gripper stesso; i bracci han- no il punto di attacco posizionato proprio su questa struttura e un appoggio sul lato opposto evita lo sbalzo; questo appoggio è ottenuto tramite un ul-
8. Modellazione 2D
Figura 8.12: Assieme temporaneo con proposta di applicazione di un appoggio per i gripper.
teriore braccio vincolato ad un carrellino, che scorre su una guida solidale al rotore esterno opposto: l'assieme guida-carrellino, riportato in gura 8.13 e del quale si possono reperire maggiori informazioni da [3], permette al brac- cio di scorrere assecondando la dierenza di velocità esistente tra il gripper e il rotore solidale alla guida, garantendo un appoggio costante.
Figura 8.13: Modello 3D del complessivo carrellino-guida.
Seppur tecnicamente valida, la soluzione è stata scartata in accordo col tutor: il rispetto della condizione di corretto montaggio delle guide sui rotori avrebbe portato ad una catena di tolleranze molto complessa, con conseguente innalzamento dei costi di realizzazione e della di coltà di montaggio.
L'alternativa portata avanti si basa sull'utilizzo di gripper realizzati in materiale plastico, caratteristica che unita a quella di struttura cava compor- ta una con gurazione molto leggera, la quale, opportunamente supportata
8. Modellazione 2D
da un unico appoggio che si estenda per lo meno a metà della lunghezza totale, non creerebbe problemi di deformazione da forza centrifuga in fase di lavoro.
Si è optato quindi per una soluzione che lasci l'elemento a sbalzo solo per metà della lunghezza, sorretto dalla struttura che lo collega al rotore e che fa inoltre da attacco per il braccio di alimentazione. Il tutto può essere osservato nella gura 8.14 nella pagina successiva, che rappresenta la proposta nale prima del passaggio alla modellazione 3D.
Materiali
Come già accennato, la struttura dei gripper sarà realizzata in materiale plastico, in particolare il te on, che garantisce leggerezza e una rugosità super ciale che facilita l'adesione della lamina alla super cie.
Per quanto riguarda i bracci e le basi portanti delle scarpette, il materiale più idoneo, per caratteristiche di peso, costo e lavorabilità, è l'alluminio.
Punto della situazione
Con riferimento alla gura 8.14, l'assieme messo in tavola tramite AutoCAD®
risulta compatibile con le speci che (vedere 6.1 a pagina 32) e i vincoli imposti dal brevetto (vedere 5.2 a pagina 30).
Si può pertanto passare alla progettazione 3D, attraverso la quale ver- ranno creati i modelli dell'assieme e di tutti i suoi componenti, risolvendo le problematiche in sospeso, come i vari collegamenti tra gli elementi, la struttura del collettore e il passaggio del so o attraverso l'albero.
8. Modellazione 2D
9
Modellazione 3D
La creazione del modello tridimensionle è prassi consolidata in azienda: at- traverso di essa, si creano les dell'assieme e di tutti i suoi particolari, utili ad una comprensione globale migliore dell'oggetto che si sta progettando, per la successiva messa in tavola di disegni esecutivi, utilizzati nella realizzazione dei componenti e nel loro assemblaggio, e per eettuare eventuali simulazio- ni. L'editabilità dei modelli permette inoltre una modi ca in tempo reale ed immediata delle quote e delle caratterisiche dei particolari.
Il lavoro di modellazione 3D si è reso dunque necessario per creare dei modelli che facciano da base per il progetto esecutivo.
Il software utilizzato in azienda è Solid Edge®v11, di cui è illustrata l'in-
terfaccia in gura 9.1 nella pagina seguente, programma CAD mai utilizzato no allo svolgimento del tirocinio: prima di iniziare la fase di vera e propria modellazione, è stato pertanto necessario un periodo di apprendimento nel quale, svolgendo le esercitazioni proposte dal programma stesso e seguendo le indicazioni del tutor, si è raggiunto il livello di conoscienza su ciente a svolgere il lavoro.
La progettazione è stata arontata componente per componente, appro- fondendo ogni singolo aspetto e procedendo ad una modi ca a posteriori nel caso la creazione di un particolare da accoppiare ad un altro già disegnato rendesse necessari dei cambiamenti. Ogni collegamento è stato pensato per essere realizzato in maniera semplice e utilizzando strumenti e accessori stan- dard e commerciali, al ne di soddisfare la possibilità di un disassemblaggio completo e permettere la sostituzione di qualsiasi particolare, a seguito di rottura o cedimento.
9. Modellazione 3D
Figura 9.1: Interfaccia principale di Solid Edge® v11.
I disegni tecnici di assieme e particolari non saranno riportati: la crea- zione di questi fa seguito al progetto esecutivo, caratterizzato da veri ca di dettaglio di ogni componente e di tutti gli accoppiamenti, lavoro che non è stato possibile arontare per motivi di tempo; con questa modellazione completa del meccanismo sono state comunque gettate le basi per il prossi- mo step, il progetto esecutivo appunto, cercando di dimensionare le parti e i collegamenti in maniera quanto meno tecnologicamente corretta e valutando il tutto insieme al tutor.
In questo capitolo sono riportate le immagini e la descrizione della crea- zione dei principali componenti e dell'assieme, tralasciando i commerciali, dei quali i modelli sono stati reperiti on-line tramite i servizi messi a disposi- zione dai produttori, e i particolari di semplice costruzione, come i distanziali e le ange.
Accortezze come smussi, raggi di raccordo e simili non sono rappresentati: su consiglio del tutor, è stata portata avanti la progettazione evitando di appesantire la gra ca con questi particolari, al ne di avere les snelli che non in uenzino, soprattutto nella visualizzazione del complessivo, le prestazioni delle macchine su cui il software gira; una prassi utilizzata in azienda e alla quale si è ritenuto opportuno adeguarsi, in modo che i modelli creati siano il più possibile in linea con le metodologie adottate dall'u cio tecnico. Le informazioni riguardanti questi accorgimenti vengono solitamente inserite sui disegni tecnici relativi a posteriori, soprattutto per quanto riguarda quei componenti che prevedono una realizzazione eseguita da terzi.
L'ordine con cui vengono analizzati i particolari rispecchia la sequenza con cui essi vengono assemblati, aspetto che verrà discusso in seguito.
9. Modellazione 3D
Un ultimo appunto è da farsi riguardo le quote: esse sono provvisorie e pertanto non riportate nelle immagini dei componenti mostrate nel seguito; la provvisorietà è dovuta al fatto che tali modelli non sono ancora de nitivi e pertanto saranno soggetti ad editabilità. Le dimensioni di ogni componente saranno tuttavia espresse nel testo, al ne di rendere più comprensibili i concetti espressi.
9.1 L'albero
Figura 9.2: Modello 3D dell'albero.
L'albero è stato modellato come si era pensato e messo in tavola nella progettazione con AutoCAD: come è possibile notare in gura 9.2 sono state inserite le lettature M150 e M90, necessarie all'avvitamento delle ghiere, e lo spallamento centrale (diametro 170 mm) che fa da riferimento per il montaggio dei gruppi cuscinetti-distanziali, oltre che le cave per linguetta, le quali permettono il corretto calettamento dei pre-collettori; non essendo sottoposti ad alcuna coppia, tali linguette non sono state dimensionate come normalmente si eettua per gli accoppiamenti albero-mozzo (per maggiori informazioni sulle dimensioni standard delle linguette consultare il capitolo 10 di [4]): a fronte di un diametro di 150 mm è stata infatti inserita una cava per linguetta 10x8. Discorso simile vale per le linguette poste agli estremi dell'albero, dove il diametro assume valore 80 : le linguette previste sono 2 per parte, diametralmente opposte, di misura 10x8, sottodimensionate rispetto alle dimensioni standard, ma su cienti poichè l'albero non dovrà trasferire coppia e quindi esse fungeranno da riferimento per il collegamento al telaio.
Il foro per il passaggio dell'aria aspirata è posto assialmente, mentre quello più piccolo per l'espulsione è parallelo e parte anch'esso dagli estremi: essi si estendono no ai corrispondenti fori radiali di pari diametro, come si può vedere meglio dalla gura 9.3 nella pagina seguente; tale soluzione è stata preferita a quella dei fori attraversanti l'albero da parte a parte in
9. Modellazione 3D
Figura 9.3: Particolare in trasparenza del modello 3D dell'albero. modo da realizzare condizioni uidodinamiche simmetriche senza che i ussi possano interferirsi l'un l'altro. I diametri dei fori sono stati scelti in modo da utilizzare raccordi rapidi all'interfaccia con i tubi che alimentano il sistema: scegliendo quindi la normativa GAS per la lettatura all'imbocco dei fori, si è ricaduti sulle misure 1-1/4 e 1/8, alle quali corrispondono tubi e condotti di diametro interno rispettivamente 42 mm e 10 mm.
9.2 I rotori
(a) Vista sugli scarichi. (b) Vista in trasparenza sul lato
opposto.
Figura 9.4: Modello 3D del rotore.
Per semplicità costruttiva e di montaggio, si è pensato di standardizzare le coppie di rotori, realizzandone un unico tipo in 4 unità, le quali verrano
9. Modellazione 3D
montate a specchio per realizzare la con gurazione già illustrata in gura 8.14 a pagina 55; sempre con riferimento a tale gura si può notare come i primi componenti da montare sull'albero siano i cuscinetti, seguiti dai 2 rotori a destra e sinistra dello spallamento, successivamente i distanziali, ancora i cuscinetti e poi i pre-collettori, no ad arrivare alla ghiera che compatta la sequenza.
In gura 9.4 nella pagina precedente è possibile osservare due viste del modello; la vista (a) è ideale per mostrare le aperture ricavate sulla faccia esterna del rotore, quella lato spallamento e lato esterno, accortezza presa al ne di rendere più leggera possibile la struttura, e lo spallamento ricavato sul diametro interno, utile al montaggio sui cuscinetti; la vista (b) è realizzata in trasparenza in modo da evidenziare il foro ricavato sulla periferia e che si interfaccia con il collettore realizzando un condotto che lo collega al gripper, il quale verrà vincolato al rotore tramite collegamenti lettati, applicati al piano ricavato sul diametro esterno in direzione normale al raggio; i fori lettati sulla faccia interna serviranno al montaggio della angia di tenuta del cuscinetto.
9.3 Il gruppo collettore
Formato da pre-collettore e collettore vero e proprio.
Figura 9.5: Modello 3D in trasparenza del pre-collettore
Il precollettore è visibile in gura 9.5, in cui sono in risalto i particola- ri che andranno ad accoppiarsi con quelli presenti sull'albero: la cava per
9. Modellazione 3D
linguetta e i fori radiali, delle stesse misure dei loro corrispondenti. Si pos- sono notare inoltre gli spallamenti in corrispondenza del diametro interno, che permettono al componente di fungere anche da distanziale nel pacchetto cuscinetti dei rotori.
(a)
(b)
Figura 9.6: Modelli 3D in trasparenza delle due metà che compongono il collettore.
In gura 9.6 sono mostrate le due metà di cui è composto il collettore vero e proprio: le apertura presenti sul diametro interno e sulle facce permettono la distribuzione dell'aria, mentre il collegamento avviene tramite viti passanti nei fori, su una metà alesati e sull'altra lettati, presenti nelle vicinanze del diametro esterno; si noti nella vista (b) la presenza di un'interruzione dell'a- pertura sul diametro interno, che ricomincia con una dimensione minore: le due larghezze delle cave sono uguali al diametro dei fori di aspirazione e so o presenti su albero e pre-collettori, grazie a questo espediente attraverso solo
9. Modellazione 3D
tre delle aperture sulle facce si veri ca la condizione di aria espulsa, mentre nelle altre si ha aspirazione.
Figura 9.7: Modello 3D del gruppo collettore.
Il montaggio dei particolari è mostrato in gura 9.7: la regolazione della posizione angolare del collettore, di cui si è discusso alla sezione 8.3 a pa- gina 48, si realizza andando a svitare le viti quel tanto che basta per poter ruotare il collettore, variando la posizione relativa dei fori del pre-collettore al ne di ritardare/posticipare l'innesco di aspirazione ed espulsione, adattando il sistema al prodotto.
Dopo aver eettuato l'assemblaggio dei particolari nora mostrati, l'a- spetto del modello è quello illustrato in gura 9.8
Figura 9.8:
9. Modellazione 3D
9.4 I manicotti
I manicotti interni ed esterni hanno una sostanziale dierenza: con riferi- mento alla tavola di gura 8.14 a pagina 55, sul manicotto esterno la ruo- ta dentata è ottenuta di pezzo, mentre sul manicotto interno deve essere realizzata a parte e poi calettata tramite linguetta.
(a) Manicotto esterno. (b) Manicotto interno.
Figura 9.9: Modelli 3D dei manicotti.
Il manicotto esterno è rappresentato in gura 9.9(a): la ruota dentata ricavata sulla super cie esterna presenta un diametro primitivo di 306 mm e un modulo pari a 2 mm; sul diametro interno è ricavato lo spallamento necessario al montaggio sui cuscinetti; sulla faccia frontale sono eseguiti dei fori lettati M5 distanziati di 30° per permettere il montaggio della angia di tenuta, sulla parte superiore (riferendosi alla vista della gura) si dovrà realizzare il collegamento con il braccio, i fori lettati sono quindi in ttiti (3 fori disposti a 15°) e di diametro maggiore, M8, intervallati da 2 fori calibrati da 6 mm che fanno da sede per le spine di riferimento.
In gura 9.9(b) è riportato il manicotto interno: sull'estremo di destra, in linea con quanto detto riguardo quello esterno, si sono inseriti fori lettati equidistanziati per il montaggio della angia e sulla parte superiore sono stati in ttiti, aumentati di diametro e inseriti dei fori calibrati per le spine; sul diametro interno sono ricavati gli spallamenti di riferimento per i cuscinetti; sull'estremo di sinistra si possono notare la lettatura M80 per la ghiera di bloccaggio, che impacchetta il gruppo cuscinetti-distanziale, e la linguetta, che anche in questo caso non è stata dimensionata come da normativa, ma ne sono state posizionate 2 diametralmente opposte (1 delle quali non visibili in gura) di misura 20x12, al ne di garantire su ciente resistenza per trasferire la coppia e nel contempo permettere la riduzione degli ingombri.
9. Modellazione 3D
Figura 9.10:
Modello 3D della ruota dentata da calettare sul manicotto interno.
La ruota dentata in ne è riporta in gura 9.10: il modulo scelto è sempre pari a 2 mm mentre il diametro primitivo è di 222 mm; si possono notare le due cave per linguetta diametralmente opposte per il calettamento sul manicotto; lo spallamento visibile sulla faccia permette il funzionamento da distanziale, la ghiera preme infatti sulla faccia opposta della ruota che a sua volta impacchetta i cuscinetti.
L'aspetto dell'assieme dopo aver assemblato e montato sull'albero i grup- pi di alimentazione è riportato in gura 9.11.
Figura 9.11:
9. Modellazione 3D
9.5 Il gripper
Il gripper è composto da 3 particolari collegati tra loro e progettati in due