MatteoBarlucchiAnnoAccademico2006-2007Pisa29-04-2008 Candidato: Prof.Ing.MarcoBeghiniDipartimentodiIng.Mecc.Nucl.Prod.Prof.Ing.LeonardoBertiniDipartimentodiIng.Mecc.Nucl.Prod.Ing.MarcoBaccheretiScienziaMachinaleS.r.l. Relatori: Analisiesviluppoditrasmissi

(1)

Università di Pisa Facoltà di Ingegneria

Presentazione

Analisi e sviluppo di trasmissione

per sferzatore di olive

Relatori:

Prof. Ing. Marco Beghini

Dipartimento di Ing. Mecc. Nucl. Prod.

Prof. Ing. Leonardo Bertini

Dipartimento di Ing. Mecc. Nucl. Prod.

Ing. Marco Bacchereti Scienzia Machinale S.r.l.

Candidato: Matteo Barlucchi

(2)

Indice

1 Introduzione

2 Analisi dinamica

3 Sviluppo della trasmissione

(3)

Introduzione Analisi dinamica Sviluppo della trasmissione Risultati

Descrizione della macchina

Agevolatore di raccolta

azione diretta sulla pianta

distacco dei frutti grazie al moto alternato dei pettini

impugnato direttamente dall’operatore

(4)

Problema

Problemi evidenziati sul prototipo:

Evidenti oscillazioni del sistema

(5)

Problema

Problemi evidenziati sul prototipo:

Evidenti oscillazioni del sistema

(6)

Problema

Problemi evidenziati sul prototipo:

Evidenti oscillazioni del sistema

(7)

Obiettivi

Obiettivi:

1

_{Ridurre le vibrazioni trasmesse}

2

_{Ridurre il peso complessivo}

(8)

Obiettivi

Obiettivi:

1

_{Ridurre le vibrazioni trasmesse}

2

_{Ridurre il peso complessivo}

(9)

Obiettivi

Obiettivi:

1

_{Ridurre le vibrazioni trasmesse}

2

_{Ridurre il peso complessivo}

(10)

Obiettivi

Obiettivi:

1

_{Ridurre le vibrazioni trasmesse}

2

_{Ridurre il peso complessivo}

(11)

Analisi Dinamica

1

Introduzione

2

Analisi dinamca

3

_{Sviluppo della trasmissione}

4

_Risultati

(12)

Approccio al problema

Analitico

controllo e

padronanza sulla

fisica del problema

imediato ed intuitivo

intervento sui

parametri progettuali

Mathcad

c

: utilizzato

da Scienzia Machinale

Elementi finiti

tempi di calcolo

inferiori

verifica dei dati

numerici

Ansys

c

: disponibile

presso la Facoltà di

Ingegneria

(13)

Approccio al problema

Analitico

controllo e

padronanza sulla

fisica del problema

imediato ed intuitivo

intervento sui

parametri progettuali

Mathcad

c

: utilizzato

da Scienzia Machinale

Elementi finiti

tempi di calcolo

inferiori

verifica dei dati

numerici

Ansys

c

: disponibile

presso la Facoltà di

Ingegneria

(14)

Modello di trave continua

Metodo di calcolo:

1

equilibrio del concio

2

equazione differenziale

3

separazione delle variabili

4

_{condizioni al contorno}

5

_{sovrapposizione modale}

(15)

Modello di trave continua

Metodo di calcolo:

1

equilibrio del concio

2

equazione differenziale

3

separazione delle variabili

4

_{condizioni al contorno}

(16)

Modello di trave continua

Metodo di calcolo:

1

equilibrio del concio

2

equazione differenziale

3

separazione delle variabili

4

_{condizioni al contorno}

5

_{sovrapposizione modale}

¨

u = −ν

2 _u

IV

dove ν =

s

EI

ρA

(17)

Modello di trave continua

Metodo di calcolo:

1

equilibrio del concio

2

equazione differenziale

3

separazione delle variabili

4

_{condizioni al contorno}

(18)

Modello di trave continua

Metodo di calcolo:

1

equilibrio del concio

2

equazione differenziale

3

separazione delle variabili

4

_{condizioni al contorno}

5

_{sovrapposizione modale}

(19)

Modello di trave continua

Metodo di calcolo:

1

equilibrio del concio

2

equazione differenziale

3

separazione delle variabili

4

_{condizioni al contorno}

up

(z, t) =

P

∞

(20)

Schema della trasmissione

Sistema completo con:

masse testa ed impugnatura

simulazione presa operatore

rigidezza dei cuscinetti

(21)

Schema della trasmissione

Sistema completo con:

masse testa ed impugnatura

simulazione presa operatore

rigidezza dei cuscinetti

(22)

Schema della trasmissione

Sistema completo con:

masse testa ed impugnatura

simulazione presa operatore

(23)

Schema della trasmissione

Sistema completo con:

masse testa ed impugnatura

simulazione presa operatore

rigidezza dei cuscinetti

(24)

Schema della trasmissione

Sistema completo con:

masse testa ed impugnatura

simulazione presa operatore

rigidezza dei cuscinetti

(25)

Risultati dell’analisi dinamica

Frequenze proprie e forme modali

Deformata u(z, t)

Freccia massima u

max

≈ 8 mm

Vibrazioni trasmesse (UNI 5349):

A8

≈ 4.9 m/s

2 ω

1

ω

2

( rpm)

Solo albero interno

1470

2180

Solo carter

1210

3970

Sistema completo

1130

1660

Tabella:

Frequenze proprie

Figura:

Forme modali normalizzate ad 1

(26)

Risultati dell’analisi dinamica

Frequenze proprie e forme modali

Deformata u(z, t)

Freccia massima u

max

≈ 8 mm

Vibrazioni trasmesse (UNI 5349):

A8

≈ 4.9 m/s

2 ω

1

ω

2

( rpm)

Solo albero interno

1470

2180

Solo carter

1210

3970

Sistema completo

1130

1660

Tabella:

Frequenze proprie

(27)

Risultati dell’analisi dinamica

Frequenze proprie e forme modali

Deformata u(z, t)

Freccia massima u

max

≈ 8 mm

Vibrazioni trasmesse (UNI 5349):

A8

≈ 4.9 m/s

2 ω

1

ω

2

( rpm)

Solo albero interno

1470

2180

Solo carter

1210

3970

Sistema completo

1130

1660

(28)

Risultati dell’analisi dinamica

Frequenze proprie e forme modali

Deformata u(z, t)

Freccia massima u

max

≈ 8 mm

Vibrazioni trasmesse (UNI 5349):

A8

≈ 4.9 m/s

2 ω

1

ω

2

( rpm)

Solo albero interno

1470

2180

Solo carter

1210

3970

Sistema completo

1130

1660

Tabella:

Frequenze proprie

(29)

Analisi agli elementi finiti

Impostazione del modello

Analogo schema di vincoli e carichi

Metodo risolutivo: sovrapposizione modale

Elementi utilizzati: travi, molle, masse

Risultati coincidenti

(30)

Analisi agli elementi finiti

Impostazione del modello

Analogo schema di vincoli e carichi

Metodo risolutivo: sovrapposizione modale

Elementi utilizzati: travi, molle, masse

(31)

Analisi agli elementi finiti

Impostazione del modello

Analogo schema di vincoli e carichi

Metodo risolutivo: sovrapposizione modale

Elementi utilizzati: travi, molle, masse

(32)

Analisi Dinamica

1

Introduzione

2

Analisi dinamca

3

_{Sviluppo della trasmissione}

(33)

Indicazioni progettuali

Scarsa influenza di:

rigidezza cuscinetti

numero cuscinetti

rigidezza albero interno

(34)

Indicazioni progettuali

Scarsa influenza di:

rigidezza cuscinetti

numero cuscinetti

rigidezza albero interno

(35)

Indicazioni progettuali

Scarsa influenza di:

rigidezza cuscinetti

numero cuscinetti

rigidezza albero interno

(36)

Indicazioni progettuali

Parametro determinante:

rigidezza specifica del carter:

E

ρ

Materiali

Compositi

(37)

Indicazioni progettuali

Parametro determinante:

rigidezza specifica del carter:

E

ρ

Materiali

Compositi

(38)

Indicazioni progettuali

Parametro determinante:

rigidezza specifica del carter:

E

ρ

Materiali

Compositi

(39)

Modellazione tubolare in composito

Ipotesi

Tecnologia produttiva: Filament winding o Pullwinding

Sequenza di impilamento angle ply: [α, −α]

n

Figura:

Angolo di avvolgimento

La rigidezza è funzione di:

materiale utilizzato

(40)

Modellazione tubolare in composito

Ipotesi

Tecnologia produttiva: Filament winding o Pullwinding

Sequenza di impilamento angle ply: [α, −α]

n

La rigidezza è funzione di:

materiale utilizzato

angolo di avvolgimento α

(41)

Modellazione tubolare in composito

Ipotesi

Tecnologia produttiva: Filament winding o Pullwinding

Sequenza di impilamento angle ply: [α, −α]

n

Figura:

Angolo di avvolgimento

La rigidezza è funzione di:

materiale utilizzato

(42)

Modellazione tubolare in composito

Ipotesi

Tecnologia produttiva: Filament winding o Pullwinding

Sequenza di impilamento angle ply: [α, −α]

n

Figura:

Angolo di avvolgimento

La rigidezza è funzione di:

materiale utilizzato

angolo di avvolgimento α

(43)

Rigidezza richiesta

Vibrazioni trasmesse

Valore di soglia da normativa: A

lim

≈ 3.7 m/s

2 effetto dell’irrigidimento del carter

Figura:

Andamento di A

con E

Rigidezza richiesta:

(44)

Rigidezza richiesta

Vibrazioni trasmesse

Valore di soglia da normativa: A

lim

≈ 3.7 m/s

2 effetto dell’irrigidimento del carter

Figura:

Andamento di A

8 con E

eq

Rigidezza richiesta:

(45)

Ottimizzazione e selezione di tubi commerciali

Ottimizzazione

Rigidezza minima richiesta

Caratteristiche della lamina

Possibili carichi accidentali

E11( GPa) E22( GPa) G12( GPa) ν12 200 11 9 0.32

S11( MPa) S22( MPa) S12( MPa) ρ ( kg/m3) 3500 55 100 1600

Tabella:

Caratteristiche lamina

Angolo di avvolgimento:

α ≈ 30 deg

Tubi commerciali

Caratteristiche richieste:

Rigidezza: E

eq

≈ 120 GPa

Geometria:

D

e

= 34 mm, D

i

= 32 mm,

L

a

≈ 2.1 m

Migliore offerta singolo pezzo:

100, 00

e

Migliore offerta serie:

(46)

Ottimizzazione e selezione di tubi commerciali

Ottimizzazione

Rigidezza minima richiesta

Caratteristiche della lamina

Possibili carichi accidentali

E11( GPa) E22( GPa) G12( GPa) ν12 200 11 9 0.32

S11( MPa) S22( MPa) S12( MPa) ρ ( kg/m3) 3500 55 100 1600

Tabella:

Caratteristiche lamina

Angolo di avvolgimento:

α ≈ 30 deg

Tubi commerciali

Caratteristiche richieste:

Rigidezza: E

eq

≈ 120 GPa

Geometria:

D

e

= 34 mm, D

i

= 32 mm,

L

a

≈ 2.1 m

Migliore offerta singolo pezzo:

100, 00

e

Migliore offerta serie:

(47)

Ottimizzazione e selezione di tubi commerciali

Ottimizzazione

Rigidezza minima richiesta

Caratteristiche della lamina

Possibili carichi accidentali

E11( GPa) E22( GPa) G12( GPa) ν12

200 11 9 0.32

S11( MPa) S22( MPa) S12( MPa) ρ ( kg/m3)

3500 55 100 1600

Tabella:

Caratteristiche lamina

Angolo di avvolgimento:

α ≈ 30 deg

Tubi commerciali

Caratteristiche richieste:

Rigidezza: E

eq

≈ 120 GPa

Geometria:

D

e

= 34 mm, D

i

= 32 mm,

L

a

≈ 2.1 m

Migliore offerta singolo pezzo:

100, 00

e

Migliore offerta serie:

(48)

Ottimizzazione e selezione di tubi commerciali

Ottimizzazione

Rigidezza minima richiesta

Caratteristiche della lamina

Possibili carichi accidentali

E11( GPa) E22( GPa) G12( GPa) ν12

200 11 9 0.32

3500 55 100 1600

Tabella:

Caratteristiche lamina

Angolo di avvolgimento:

α ≈ 30 deg

Tubi commerciali

Caratteristiche richieste:

Rigidezza: E

eq

≈ 120 GPa

Geometria:

D

e

= 34 mm, D

i

= 32 mm,

L

a

≈ 2.1 m

Migliore offerta singolo pezzo:

100, 00

e

Migliore offerta serie:

(49)

Ottimizzazione e selezione di tubi commerciali

Ottimizzazione

Rigidezza minima richiesta

Caratteristiche della lamina

Possibili carichi accidentali

E11( GPa) E22( GPa) G12( GPa) ν12

200 11 9 0.32

3500 55 100 1600

Tabella:

Caratteristiche lamina

Angolo di avvolgimento:

α ≈ 30 deg

Tubi commerciali

Caratteristiche richieste:

Rigidezza: E

eq

≈ 120 GPa

Geometria:

D

e

= 34 mm, D

i

= 32 mm,

L

a

≈ 2.1 m

Migliore offerta singolo pezzo:

100, 00

e

Migliore offerta serie:

(50)

Ottimizzazione e selezione di tubi commerciali

Ottimizzazione

Rigidezza minima richiesta

Caratteristiche della lamina

Possibili carichi accidentali

E11( GPa) E22( GPa) G12( GPa) ν12

200 11 9 0.32

3500 55 100 1600

Tabella:

Caratteristiche lamina

Angolo di avvolgimento:

α ≈ 30 deg

Tubi commerciali

Caratteristiche richieste:

Rigidezza: E

eq

≈ 120 GPa

Geometria:

D

e

= 34 mm, D

i

= 32 mm,

L

a

≈ 2.1 m

Migliore offerta singolo pezzo:

100, 00

e

Migliore offerta serie:

(51)

Analisi Dinamica

1

Introduzione

2

Analisi dinamca

3

_{Sviluppo della trasmissione}

(52)

Risultati

1

_{riduzione di peso}

2

costo contenuto

3

vibrazioni minime

Progetto

Nuova

originale

Alice

M ( kg)

3.5

3.3 C

c

/C

tot

1%

5%

ω

c

( rpm)

1100

1600

A

8 ( m/s

2 )

4.9

0.3 Tabella:

Risultati

(53)

Risultati

1

_{riduzione di peso}

2

costo contenuto

3

vibrazioni minime

Figura:

Nuova deformata

Progetto

Nuova

originale

Alice

M ( kg)

3.5

3.3 C

c

/C

tot

1%

5%

ω

c

( rpm)

1100

1600

A

8 ( m/s

2 )

4.9

0.3 Tabella:

Risultati

(54)

Risultati

1

_{riduzione di peso}

2

costo contenuto

3

vibrazioni minime

Progetto

Nuova

originale

Alice

M ( kg)

3.5

3.3 C

c

/C

tot

1%

5%

ω

c

( rpm)

1100

1600

A

8 ( m/s

2 )

4.9

0.3 Tabella:

Risultati

(55)

Risultati

1

_{riduzione di peso}

2

costo contenuto

3

vibrazioni minime

Figura:

Nuova deformata

Progetto

Nuova

originale

Alice

M ( kg)

3.5

3.3 C

c

/C

tot

1%

5%

ω

c

( rpm)

1100

1600

A

8 ( m/s

2 )

4.9

0.3 Tabella:

Risultati

(56)

Risultati

1

_{riduzione di peso}

2

costo contenuto

3

vibrazioni minime

Figura:

Nuova deformata

Progetto

Nuova

originale

Alice

M ( kg)

3.5

3.3 C

c

/C

tot

1%

5%

ω

c

( rpm)

1100

1600

A

8 ( m/s

2 )

4.9

0.3 Tabella:

Risultati

(57)

Sintesi

In sintesi

1

_{Problema dinamico e di vibrazioni}

2

_{Analisi della macchina}

3

Individuazione delle possibili soluzioni

4

Ottimizzazione considerando costi e vibrazioni trasmesse

5

Progetto di una macchina più rigida, più leggera, con meno

(58)

Sintesi

In sintesi

1

_{Problema dinamico e di vibrazioni}

2

_{Analisi della macchina}

3

Individuazione delle possibili soluzioni

4

Ottimizzazione considerando costi e vibrazioni trasmesse

5

Progetto di una macchina più rigida, più leggera, con meno

(59)

Sintesi

In sintesi

1

_{Problema dinamico e di vibrazioni}

2

_{Analisi della macchina}

3

Individuazione delle possibili soluzioni

4

Ottimizzazione considerando costi e vibrazioni trasmesse

5

Progetto di una macchina più rigida, più leggera, con meno

(60)

Sintesi

In sintesi

1

_{Problema dinamico e di vibrazioni}

2

_{Analisi della macchina}

3

Individuazione delle possibili soluzioni

4

Ottimizzazione considerando costi e vibrazioni trasmesse

5

Progetto di una macchina più rigida, più leggera, con meno

(61)

Sintesi

In sintesi

1

_{Problema dinamico e di vibrazioni}

2

_{Analisi della macchina}

3

Individuazione delle possibili soluzioni

4

Ottimizzazione considerando costi e vibrazioni trasmesse

5

Progetto di una macchina più rigida, più leggera, con meno

(62)