itiomar.it pubblica schede mat88

ITIS OMAR
Dipartimento di Meccanica
ESAMI DI MATURITA’ TECNICA INDUSTRIALE SPERIMENTALE
Indirizzo: MECCANICA
Sessione ordinaria 1988
Un autoveicolo, il cui motore sviluppa una potenza di 55 kW al regime di 5100 giri/min, deve
essere munito di un innesto a frizione del tipo monodisco a secco.
Il candidato, fissando con opportuno criterio i dati occorrenti, dimensioni l’innesto e le relative
molle spingidisco, descrivendo, infine, il ciclo di lavorazione per la fabbricazione, in media serie,
dell’albero portadisco.
Durata della prova: 6 ore
E’ consentito l’uso di manuali tecnici e di calcolatrici tascabili
La figura rappresenta il disegno di una frizione monodisco a secco per una autovettura
Le tabelle sotto rappresentate ( tratte da P.Pierotti Meccanica Macchine e progettazione Vol.3
Calderini) riportano i valori orientativi dei coefficienti di attrito e delle pressioni specifiche
Valori del coefficiente d’attrito (f)
Superficie di frizione
f
Ferodo tessuto su ghisa
Ferodo tessuto su acciaio
0.25
Ferodo agglomerato su ghisa
Ferodo agglomerato su acciaio
0.35÷0.40
Ghisa su ghisa
Ghisa su acciaio
Acciaio su acciaio
(superficie scarsamente lubrificate)
Ghisa su ghisa
Ghisa su acciaio
Acciaio su acciaio
(lubrificazione in bagno d’olio)
0.07÷0.10
0.05
Valori delle pressioni specifiche
Tipo di innesto
Superficie di frizione
Pamm (N/mm2)
a dischi multipli
monodisco
(a secco)
Ferodo su ghisa
Ferodo su acciaio
0.2÷0.3
a dischi multipli
(lubrificato con olio
moltofluido 2-3° Engler
a 50°C)
Ghisa su ghisa
Ghisa su acciaio
Acciaio su acciaio
a cono semplice
a cono doppio
Ferodo si ghisa
Ferodo su acciaio
0.06÷0.1
0.1÷0.2
Gli anelli di ferodo per frizioni di autoveicoli hanno di solito le dimensioni di cui al prospetto
seguente (da R. Giovannozzi Costruzione di Macchine vol.1 Patron)
Di
De
mm:
mm:
114
155
127
184
152
216
196
328
280
440
La frizione automobilistica si dimensiona considerando una quantità di eventualità possibili,
concomitanti o meno (varie temperature e quindi diversi coefficienti di attrito, cedimenti massimi
delle molle per deformazioni plastiche di assestamento ecc.). Senza entrare in particolari, si può, a
titolo di orientamento, dire che la frizione viene proporzionata in modo da poter trasmettere una
coppia massima pari a k volte la coppia massima del motore, essendo:
(R. Giovannozzi)
k = 1.8÷2.2
a 25 °C
k = 1÷1,4
a 250 °C
La pressione specifica si tiene intorno a 0.2÷0.3 N/mm2. Il ferodo potrebbe di per sé
sopportare, come accade nei freni, pressioni molto maggiori, ma si è obbligati a usare superficie
maggiori di quanto non corrisponderebbe alle pressioni massime ammissibili perché occorre limitare
il lavoro specifico, cioè il calore per unità di superficie del ferodo che si sviluppa durante la manovra
di innesto.(R. Giovannozzi)
Dimensionamento della FRIZIONE
Con i dati assegnati il momento Mt trasmesso dal motore vale:
Mt =
N 55 ⋅ 1000 ⋅ 60
=
= 103 Nm
ω
5100 ⋅ 2 ⋅ π
Il momento di dimensionamento Md si pone pari a:
M d = 18
. ⋅ M t = 185 Nm
Scelto un disco di frizione con De = 184 mm e Di = 127 mm ( raggio medio Rm = 77.75 mm) e
posto il coefficiente di attrito f pari a 0.35, il valore della forza assiale F necessaria a comprimere il
disco vale:
M d = n ⋅ f ⋅ F ⋅ Rm
185000 = 2 ⋅ 0.35 ⋅ F ⋅ 77.75
F = 3399 N
La pressione specifica vale:
p=
F
3399
2
2
2 =
2
2 = 0.24 N / mm
π ⋅ ( Re − Ri ) π ⋅ (92 − 635
. )
Valore pienamente accettabile
Dimensionamento della MOLLA
Ritenendo che la spinta F sul disco sia esercitata da 6 molle, ogni molla dovrà esercitare una forza P
pari a:
F 3399
=
= 566 N
6
6
P=
In base allo schema di riferimento si possono porre:
Diametro medio della molla
D
24 mm
Altezza di lavoro effettiva della molla
Hl 32 mm
(vedi figura)
Il diametro del filo della molla si può calcolare in prima approssimazione con la seguente relazione:
P⋅ D
=
0.3 ⋅ τ
d=
566 ⋅ 24
= 4.22 ≅ 4 mm
0.3 ⋅ 600
Definito con C il rapporto caratteristico D/d, il fattore di correzione di Wahl (Fa) assume il valore:
Fa =
4C − 1 0.615
+
= 1.25
4C − 4
C
Il valore corretto della tensione di torsione vale:
τc =
8 ⋅ Fa ⋅ D ⋅ P 8 ⋅ 125
. ⋅ 24 ⋅ 566
=
= 675 N / mm2
3
3
π ⋅d
π ⋅4
Ipotizzando di usare un filo armonico, in condizioni di servizio medio, la molla parrebbe essere
leggermente sovradimensionata. Tuttavia, tenuto presente anche che le maggiori sollecitazioni si
hanno durante la manovra di disinnesto, un diametro di 4 mm ci pare, in questa fase, adeguato.
Indicato con n il numero di spire utili, con f la freccia e con G il modulo di elasticità tangenziale in
N/mm2, si calcola la deflessione per spira f/n:
f 8 ⋅ D 3 ⋅ P 8 ⋅ 24 3 ⋅ 566
=
=
= 312
.
mm / spira
n
G⋅d4
78400 ⋅ 4 4
Il passo dell’elica a molla libera pl , indicato con g il gioco tra le spire vale:
pl = g +
f
+ d = 2 + 312
. + 4 = 9.12 mm
n
Il valore del passo a molla libera dovrebbe essere, secondo alcuni Autori, maggiore o uguale a 0.4D.
Nel nostro caso la condizione non è pienamente soddisfatta, tuttavia riteniamo che il passo così
determinato sia pienamente compatibile con le esigenze di servizio.
Il passo p della molla caricata vale:
p = g + d = 6 mm
Considerando una molla chiusa e lavorata a squadra (forma IV), l’altezza teorica di lavoro della
molla vale:
Hl = Hl − 2d = 24 mm
Il numero teorico n di spire vale:
n=
Hl 24
=
=4
p
6
L’altezza libera della molla vale:
H = n ⋅ pl + 2d = 4 ⋅ 9.12 + 8 = 44.5 mm
L’altezza ‘a pacco’ della molla Hb vale:
Hb = (n + 2) ⋅ d = 24 mm
La freccia di lavoro fl vale:
f l = H − Hl = 12.5 mm
La freccia massima fmax vale:
f max = H − Hb = 20.5 mm
a cui corrisponde una tensione massima di torsione accettabile:
τ max =
Fa ⋅ G ⋅ d ⋅ f max
= 740 < 0.6 ⋅ Rmin
π ⋅ n ⋅ D2