ANALISI FEM

Un'importante fase del lavoro di progettazione è stata quella di verifica attraverso l'Analisi agli Elementi Finiti dei carter da noi costruiti.
Il software utilizzato è Algor Fempro v. 21.

L'analisi delle strutture contenenti la trasmissione è stata effettuata nel caso di frenata di fine ciclo di lavoro, che è stata individuata come situazione più critica a cui è sottoposto il braccio robot.


Analisi dell'esistente

Per prima cosa si è analizzato il carter originale, ovvero quello presente nel braccio robot della Schiavi.
Dall'analisi effettuata si evidenzia come il materiale non è sfruttato al massimo delle potenzialità, ma anzi ben al di sotto; è chiaro che l'obbiettivo è quello di minimizzare le deformazioni e quindi gli spostamenti, in modo da ottenere un buon funzionamento della macchina. Infatti la rigidezza della struttura è fondamentale affinché la trasmissione funzioni correttamente, ma soprattutto affinchè la posizione del polso sia corretta e precisa durante le lavorazioni.
In particolare per il Braccio Schiavi si sono ricavati i seguenti valori si sollecitazione deformazione e spostamento massimi che nel seguito del lavoro verranno presi come metro di paragone per le altre analisi:

σ max [MPa]	ε max	Δlx max [mm]	Δly max [mm]	Δlz max [mm]	Δl max [mm]
10,29	0,00019	0,068	-0,084	-0,668	0,6762

Verifica delle alternative possibili

Si è proseguito verificando le possibili alternative di carter elaborate.
A differenza della soluzione Schiavi la struttura è stata suddivisa in due parti per rendere più agevole il montaggio della trasmissione cardanica: carter e colletto.
Per prima cosa si è affrontata l'analisi del colletto; esso è caricato solo dalle forze competenti al cuscinetto superiore (reggispinta) e vincolato al carter tramite viti.
Attraverso l'analisi FEM è stato possibile ricavare sollecitazioni, deformazioni e spostamenti massimi, ma anche le reazioni vincolari scaricate sul carter sottostante. 



Le sollecitazioni risultano accettabili (20,6 MPa) e localizzate in prossimità di  delle nervature del colletto; gli spostamenti sono dell'ordine del centesimo di millimetro.
Con buona approssimazione si può considerare che le reazioni vadano a scaricarsi in maniera omogenea sulla superficie di contatto tra colletto e carter; il particolare le componenti nelle tre direzioni sono:

• Fx = 950 N
• Fy = -932 N
• Fz = -2100 N

Da qui in avanti tutti i carter analizzati verranno caricati con le forze ottenute dall'analisi del colletto, dalle forze agenti sul cuscinetto inferiore (forza in direzione X di -2300 N) e dal peso della trasmissione (-120 N in direzione Z).
Si è partiti da una prima soluzione di carter privo di elementi di rinforzo: questa soluzione è stata subito scartata poiché gli spostamenti massimi di circa 3 mm sono eccessivi rispetto all'originale.



Il passo successivo è stato quello di provare ad aumentare la rigidità della struttura attraverso l'inserimento di un costolone di rinforzo che riducesse la tendenza del braccio ad inflettersi, soprattutto verso il basso; il risultato ottenuto è stato soddisfacente (spostamento massimo di 0,16 mm)ma le analisi successivamente condotte hanno rivelato che gran parte del materiale aggiunto non contribuiva al raggiungimento dello scopo.



Si è pensato così di posizionare il materiale più lontano dall'asse neutro della flessione così da sfruttare meglio la minor massa aggiunta. La miglior distribuzione della materia ha prodotto una consistente riduzione dello spostamento massimo (all'incirca si dimezza portandosi a 0,097 mm).
Mantenendo circa la stessa distanza dall'asse neutro ma riducendo consistentemente la sezione resistente, si arriva addirittura a guadagnare 5 kg, mentre lo spostamento assoluto rimane circa il medesimo (0,1 1 mm).





Si è quindi deciso di scegliere come carter definitivo l'ultimo analizzato poiché è il meglio ottimizzato. La massa risulta essere notevolmente diminuita, dai 71 kg del carter Schiavi ai 38 kg del carter scelto.
La precisione della posizione dell'albero in uscita è garantita e migliorata rispetto all'originale, così come il corretto funzionamento della trasmissione in condizioni di carico.