prova esame ITIS 2018, Prove d'esame di Tecnologie di mecaniche, processo e prodotto

Scarica prova esame ITIS 2018 e più Prove d'esame in PDF di Tecnologie di mecaniche, processo e prodotto solo su Docsity! 1 SOLUZIONE La presente soluzione verrà redatta facendo riferimento al manuale: Caligaris, Fava, Tomasello Manuale di Meccanica (N.E) Hoepli. Nonostante in letteratura vi siano svariate formule e procedure riguardo agli argomenti richiesti, si cercherà di utilizzare il più possibile quanto messo a disposizione dal manuale e di semplificare al massimo la trattazione. PRIMA PARTE  Calcolo dei parametri fluidodinamici e geometrici della pompa. Dai dati relativi all’elica è possibile calcolare il regime di rotazione:
=   = 27,8 / , che corrispondono a 265,6 giri/min. Con riferimento alle formule di pg. R-40, dalla definizione di prevalenza manometrica si può ricavare la pressione di uscita p2.  =  ∙ , dati H=50 m, p1=80000 Pa e ρ=1000 kg/m3 si ottiene p2=570500 Pa. Dalle formule a pg. R-41 si calcolano corsa e alesaggio della pompa a stantuffo.  =  ∙   ∙  , dati G=10 l/s, n=265,6 giri/min e ηv=0,95 si ottiene una cilindrata V=2,38 dm3. Calcolata la cilindrata è possibile calcolare corsa C e alesaggio D mettendo a sistema C/D=1,5 con  =  ∙   ∙ . Con una semplice sostituzione si ottiene D=1,26 dm e C=1,90 dm. 2 - Calcolo dei parametri dinamici del sistema biella-manovella. Essendo la velocità di rotazione non elevata, si possono trascurare gli effetti di inerzia delle masse rotanti e traslanti del sistema biella-manovella. L’unica forza in gioco sul pistone diventa !"#$ = %"#$ ∙ &∙  ∙ = 7110 *, essendo pmax=570500 Pa e D=126 mm. - Dimensionamento del perno di estremità della manovella. Il quesito richiede il dimensionamento del perno di estremità della manovella (bottone di manovella) nella configurazione di allineamento tra biella e manovella in corrispondenza del PMS. Con riferimento agli schemi di pg. I-182 (sistema biella-manovella) e pg. I-190 (manovella di estremità), essendo allineati biella e manovella, la forza agente sul bottone di manovella è Fmax=7110 N. Se si considera il bottone di manovella come un perno di estremità accoppiato con la testa di biella tramite una bronzina, si possono utilizzare le formule a pg. I-90 per il calcolo del diametro d e della lunghezza L. Ipotizzando un rapporto L/d=1, = + ,∙-.∙/ 0.12∙3 = 21,4 55 ≅ 25 55, ipotizzando l’utilizzo di un acciaio C40 con σr=700 N/mm2 e quindi un σamf=700/9=77,8 N/mm2. Ne deriva quindi una lunghezza del bottone di manovella L=25 mm. Si procede quindi a verificare la pressione specifica di contatto % = - 3∙/ = 11,4 */558, accettabile. - Dimensionamento del perno di banco. Il quesito richiede il dimensionamento del perno di banco in posizione di quadratura (angolo tra la biella e la manovella pari a 90°). Sarà necessario calcolare le lunghezze di PARTE SECONDA 1. L’analisi dell’albero richiederebbe di considerare anche la flessione derivata dall’accoppiamento conico necessario alla trasmissione ortogonale e il problema derivante dal carico di punta; ciò comporterebbe un’analisi troppo onerosa per un quesito a scelta, si ritiene pertanto sufficiente la sola analisi a torsione. La scelta del materiale ricade su un classico acciaio da bonifica C 40 UNI En 10083 con Rm = 700 MPa, assumiamo come coefficiente di sicurezza un valore pari a 9 a causa della totale incertezza dei dati in nostro possesso. 𝜎𝑎𝑚 = = 𝑃𝑎 𝜏𝑎𝑚 = √ = 𝑃𝑎 Da cui risulta un diametro di primo tentativo pari a: 𝑑 ≥ √ 𝑡𝜏𝑎𝑚3 = √ ∙ ∙3 = Valore portato a 70 mm per considerare la cava della linguetta t1 = 7.5 mm. Calcoliamo l’angolo torsionale: 𝜃 = 𝑡𝐺𝐼𝑝 = ∙ ∙∙ ∙ 4 = . 𝑟𝑎𝑑 Da cui risulta una rigidezza pari a: = 𝑡𝜃 = . = 𝑟𝑎𝑑 Valutiamo la sezione cava considerando il rapporto 𝐷𝑖 𝐷𝑒⁄ = . Da cui ricaviamo: 𝐷𝑒 = √ 𝑡𝜏𝑎𝑚 [ − 𝐷𝑖𝐷𝑒 4]3 = √ ∙∙ ∙ .3 = . Valore portato a 75 mm, cui corrisponde un 𝐷𝑖 = Calcoliamo l’angolo torsionale: 𝜃 = 𝑡𝐺𝐼𝑝 = ∙ ∙∙ ∙ 4 − 4 = . 𝑟𝑎𝑑 Da cui risulta una rigidezza pari a: = 𝑡𝜃 = . = 𝑟𝑎𝑑 Calcoliamo la massa delle due configurazioni: = 𝑉 = ∙ ∙ . 2 ∙ = 𝑔 = 𝑉 = ∙ ∙ . 2 − . 2 ∙ = 𝑔 Per quanto riguarda la stabilità, il sistema con albero a sezione circolare piena evidenzia una migliore rigidezza, ma una massa elevata. Il sistema a sezione cava, nonostante una rigidezza leggermente inferiore, possiede una massa nettamente inferiore risultando quindi nel complesso più stabile. Per quanto riguarda la realizzazione e il montaggio, il calettamento delle ruote dentate è facilitato con la sezione piena. Il calettamento della sezione cava deve essere fatto con accoppiamento forzato e quindi più critica da realizzare. A favore della sezione cava è la manipolazione essendo di peso inferiore. 2. In alternativa alla soluzione proposta dal tema ministeriale è possibile sostituire la pala eolica con un sistema stand alone composto da un pannello fotovoltaico in silicio amorfo collegato ad un pacco batterie dimensionato per poter sopperire all’eventuale mancanza di energia elettrica. Si potrebbe ricorrere ad un sistema stand alone, in quanto la soluzione iniziale è tipica di installazioni isolate e quindi lontane dalla rete elettrica. Una seconda soluzione potrebbe ricorrere all’utilizzo di una microturbina idraulica: Per produrre l’energia necessaria per azionare la pompa (che in questo caso diventa un’elettropompa) bastano un salto utile di circa 5 m e una portata d’acqua pari a 0.15 m3/s, ipotizzando un rendimento pari a circa 80%. 3. Per la movimentazione di un robot cartesiano le possibilità di movimentazione sono legate principalmente all’utilizzo di guide lineari servoassistite.