area di progetto

ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE STATALE
“GALILEI -SANI”
Latina
Anno scolastico 2014-2015
AREA DI PROGETTO:
CAMBIO DI VELOCITA' SINCRONIZZATO
CLASSE: 5 A Meccanica
INDIRIZZO: MECCANICA E MECCATRONICA
COORDINATORE AREA DI PROGETTO: Prof. Santomauro Antonio
L’obiettivo dell’Area di Progetto è stato l’approfondimento delle materie specifiche di
indirizzo al fine di far confrontare gli alunni in modo autonomo con le problematiche proprie
del corso di meccanica e meccatronica. Per questo motivo il C.d.C. ha ritenuto opportuno
intraprendere nel corrente a.s. un percorso progettuale denominato “CAMBIO DI VELOCITA'
SINCRONIZZATO” focalizzato al progetto di un cambio manuale a due marce di tipo
sincronizzato per un veicolo a trazione elettrica, con la realizzazione di alcune parti del modello
del cambio all’interno del laboratorio di MACCHINE UTENSILI.
La disciplina che ha coordinato l’area di progetto è stata DISEGNO, PROGETTAZIONE ed
ORGANIZZAZIONE INDUSTRIALE in sinergia con le discipline di TECNOLOGIE
MECCANICHE DI PROCESSO E PRODOTTO e con MECCANICA, MACCHINE ED
ENERGIA. Il tema specifico è stato la progettazione di un cambio manuale di tipo sequenziale
a due a marce da utilizzare per una minicar a trazione elettrica tipo "Twizy Renault",
movimentata da un motore elettrico trifase con una potenza di 13 kW.
Per mettere in pratica tale progettazione la classe, ha dovuto affrontare problematiche non
trascurabili come:
• il contenimento delle dimensioni degli alberi e delle ruote dentate a denti dritti,
per tener conto dei ridotti ingombri disponibili sul tipo di veicolo scelto e per la
realizzazione del modello in modo da poter lavorare in sicurezza, sia sul tornio a
controllo numerico (CN), che sulla fresatrice modulare;
•
la disponibilità del materiale presente già nel Laboratorio di M.U. ed in quelli
dei laboratori dell'Istituto per la costruzione del modello.
Il cambio progettato presenta cinque elementi principali che permettono la variazione del
numero di giri in uscita dall’albero secondario in modo sincronizzato:
‒ Albero primario
‒ Albero secondario
a
‒ Coppia di ruote dentate 1 marcia
a
‒ Coppia di ruote dentate 2 marcia
‒ Sincronizzatore.
La realizzazione del progetto si è articolata nei seguenti passaggi principali:
• Suddivisione della classe in tre gruppi;
•
Disegno e progettazione degli elementi del cambio;
•
Realizzazione dei cartellini di lavorazione e dei fogli analisi degli elementi reali
del cambio (ogni alunno ha prodotto quelli relativi al particolare in lavorazione in
modo da verificarne le problematiche legate anche ai tempi di esecuzione);
•
Esecuzione delle operazione di lavoro alle M.U. dei particolari del modello;
•
Assemblaggio dei componenti prodotti;
•
Considerazioni finali.
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Suddivisione della classe in tre gruppi
Essendo la classe formata da 12 alunni si è deciso di suddividerla in tre gruppi allo scopo di
organizzare meglio il lavoro e di ottimizzare i tempi di realizzazione. E' stato formato il gruppo
dei progettisti e disegnatori costituito dai seguenti alunni (Amzolinii, Fraulin, Mastracci,
Passeri), quello dei realizzatori dei cartellini e fogli analisi di lavorazione (Arcangeli, Abà,
Anfora, Zomparelli) e degli esecutori-programmatori (Libralato, Bordignon, Padovan, De
Paolis) assegnando a ciascun gruppo un amministratore capogruppo responsabile e
organizzatore del lavoro (suddivisione dei compiti e dei particolari da produrre).
Disegno e progettazione degli elementi del cambio e del modello
Il percorso didattico ha previsto preliminarmente la progettazione meccanica degli elementi
principali del cambio assumendo i dati relativi alle caratteristiche di una minicar elettrica
attualmente in commercio (Twizy della casa Renault); si è poi passati al disegno in 3D del
cambio utilizzando il software SolidWorks. Tale compito è stato affidato agli alunni del 1°
gruppo.
Vista del cambio progettato
Contemporaneamente si è passati al progetto e alla successiva realizzazione del modello del
cambio che ha richiesto un supporto capace di sostenere tutti gli elementi e allo stesso tempo
permettere di osservare gli elementi in funzionamento e smontabile senza problemi. In
relazione a quanto detto gli alunni del 1° gruppo affiancati da quelli del 3° gruppo si sono presi
la responsabilità di progettare una “scatola” di supporto ed i relativi elementi di comando e in
seguito procedere alla realizzazione pratica del modello.
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L’immagine sottostante raffigura la scatola di supporto del modello progettata e disegnata con
AutoCad nella quale si possono notare gli elementi principali:
‒ Le piastre di supporto;
‒ Le coppie di ruote dentate;
‒ Il selettore;
‒ I cuscinetti di estremità degli alberi;
‒ La mensola di supporto del motore;
‒ I coperchi.
Realizzazione dei cartellini di lavorazione e dei fogli analisi
Per quanto riguarda il processo di realizzazione degli elementi di trasmissione, ovvero alberi e
ruote dentate, agli alunni 2° e 3° del gruppo è stato assegnato un elemento da ricavare. Di
conseguenza ogni membro ha realizzato un ciclo di lavorazione, completo di cartellino e foglio
analisi, riguardante il proprio pezzo in modo da impostare tutti i parametri meccanici,
tecnologici e geometrici utili per le lavorazioni da eseguire alle macchine utensili e per
prevedere i tempi di attuazione.
Esecuzione delle operazione di lavoro alle M. U.
Per quanto riguarda il lavoro di realizzazione del modello possiamo analizzare le operazioni
eseguite in base al tipo di elemento del cambio.
• Gli alberi di trasmissione sono stati realizzati al tornio a controllo numerico partendo da
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una barra tonda di alluminio tagliata con la sega a nastro, con alcune lavorazioni di
rifinitura eseguite al tornio parallelo ed al trapano a colonna.
•
Le ruote dentate sono state realizzate al tornio parallelo partendo da una barra tonda di
alluminio tagliata con la sega a nastro, per poi passare alla fresatrice con la quale è stata
realizzata la dentatura delle ruote.
•
Le piastre di supporto, in alluminio, sono state tagliate con la sega a nastro e
successivamente forate con l’ausilio di macchine utensili come il trapano a colonna e
la fresatrice verticale.
L’alberino ausiliario è stato rifinito al tornio parallelo partendo da una barra tonda
tagliata con la sega a nastro.
•
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•
•
•
I coperchi sono stati realizzati al tornio parallelo partendo da una barra tonda di
alluminio tagliata con la sega a nastro, per poi essere forati col trapano a colonna.
Il selettore, i cuscinetti, le viti di serraggio e gli altri elementi unificati come anelli di
sicurezza e spinotti sono
stati scelti da cataloghi ed
acquistati all’esterno.
Il motorino elettrico per
la
rotazione
degli
ingranaggi del cambio
forniti dal Lab. di
Elettrotecnica
dell’Istituto.
Assemblaggio dei componenti prodotti
Una volta concluse le operazioni di
lavorazione e ottenuti tutti i singoli
elementi
si
è
proceduto
all’assemblaggio
degli
stessi
posizionando i due alberi nella
scatola rispettando gli interassi
calcolati precedentemente, come si
può
vedere
nell’immagine
sottostante, con il calettamento e/o
montaggio delle ruote dentate e del
sincronizzatore; si è provveduto
infine al montaggio della forcella
scorrevole sull’alberino ausiliario
per la manovra del selettore ed
all’accoppiamento dell’albero primario con il motorino elettrico fissato su un supporto della
scatola del cambio.
Considerazioni finali.
La classe attraverso tale lavoro si è accresciuta sia dal punto di vista didattico, che dal punto di
vista del lavoro di gruppo in quanto gli elementi capigruppo hanno coinvolto e trascinato anche
gli alunni meno intraprendenti. Questo progetto ha consentito alla classe di sviluppare e
perfezionare le attitudini pratiche sulla base di buone conoscenze teoriche, ma soprattutto la
gestione dei tempi di consegna e degli imprevisti nella proiezione di un futuro lavorativo.
Si ringraziano tutti i docenti del C.d.C., il D.S., il D.S.G.A. che hanno reso possibile tale area
di progetto mettendo a disposizione tempo e mezzi. Un ringraziamento particolare per la grande
disponibilità all’assistente tecnico Rizzello Salvatore.
Si allega alla presente il prospetto delle discipline coinvolte.
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AREA DI PROGETTO
TITOLO: Realizzazione di un cambio di velocità sincronizzato
Coordinatore Area di Progetto: Prof. Antonio Santomauro
Di seguito si riportano le discipline coinvolte
OBIETTIVI
ore dedicate
ore di
compresenza
MECCANICA,
MACCHINE ED
ENERGIA
Progettazione del cambio di velocità
con definizione dello schema e calcolo
delle singole coppie di ingranaggi,
alberi ed altri particolari
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TECNOLOGIE
MECCANICHE DI
PROCESSO E
PRODOTTO
Realizzazione dei cicli di lavorazione
calcolo dei tempi, utilizzo delle
macchine utensili presenti in
laboratorio: tornio a C.N., torni
paralleli e fresatrice modulare
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DISEGNO
PROGETTAZIONE
ED
ORGANIZZAZIONE
INDUSTRIALE
Progettazione e definizione dei
rimanenti componenti della scatola
del cambio con relativi disegni
costruttivi
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MATEMATICA
Verifica degli elaborati di
dimensionamento
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0
SISTEMI E
AUTOMAZIONE
Esame dei sistemi per variare la
velocità dei motori asincroni per
trazione elettrica
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0
DISCIPLINE
Addì 08 giugno 2015
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