Per la verifica di resistenza sono state eseguite delle analisi statiche in due posizioni angolari per le cerniere (180° e 120°), in una sola posizione per gli altri componenti strutturali (120°) 120°: angolo minimo per salita gradino, massima sollecitazione tubi, agganci attuatore e attacchi fasce 180°: situazione di massimo carico per le cerniere Si è scelto di procedere analizzando un pezzo per volta, caricato e vincolato opportunamente, in modo da ottenere dei risultati che si discostano il meno possibile dalla situazione reale. E’ stato utilizzato il software Autodesk Inventor e si è cercato di mantenere un coefficiente di sicurezza minimo pari a 2 (consigliato dall’azienda).
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Materiali Impiegati
A seconda dei componenti e del loro scopo sono stati impiegati materiali differenti
che soddisfacessero i coefficienti di sicurezza minimi richiesti
Acciaio inossidabile a basso tenore di carbonio : elevata resistenza meccanica,
saldabile, facilmente reperibile, costo contenuto, lavorabile per deformazione
plastica (agganci attuatore, cerniere)
Fibra di carbonio: elevata resistenza meccanica e rigidezza, pur avendo peso
contenuto, facile da reperire in componenti tubolari
Lega di alluminio gruppo 6000 (Al-Si-Mg): peso contenuto, buona saldabilità, adatto
per produzione di profili (attacchi fasce, componenti attuatore)
Forcella attuatore
Il carico a cui è sottoposto l’aggancio a forcella è quello applicato dall’attuatore lungo il suo asse. Tramite i dati elaborati con Matlab è stata imposta quindi una forza pari a 1115 N sui fori della forcella, inclinata di un angolo di 7.38° rispetto all’asse del tubo in carbonio. Il pezzo è stato vincolato con un incastro sulla superficie di contatto col tubo. (Materiale: acciaio)
Aggancio attuatore inferiore
Il carico applicato è lo stesso per l’aggancio a forcella, con verso opposto. L’angolo di inclinazione rispetto al tubo inferiore questa volta risulta essere di 51.73°. Ancora una volta il pezzo è stato vincolato isostaticamente con un incastro sulla superficie di contatto col tubo. (Materiale: acciaio)
Tubi
Poiché nella salita di un gradino una persona si mantiene in equilibrio su di un unico punto di appoggio, l’analisi di come la forza peso e la forza vincolare del terreno si trasmettono alla struttura portante è risultata abbastanza complessa. Sono stati fatti degli schemi che, conoscendo la geometria nella configurazione presa in analisi (120°), dessero informazioni sulle interazioni tra coscia e tubo superiore, e polpaccio e tubo inferiore. Alle forze concentrate sui tubi sono stati aggiunti dei momenti torcenti di trasporto causati dal disallineamento della forza peso con la struttura portante. Il materiale utilizzato è la fibra di carbonio.
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Attacchi fasce
Gli attacchi sono soggetti alle stesse forze ricavate per i tubi, poichè il loro scopo è vincolare la gamba alla struttura portante. Data però la forma tozza non risultavano soggetti a sforzi importanti. È stata tuttavia ipotizzata un forza di 300 N agente sull’asola dove viene inserita la cinghia. Trattandosi di 4 componenti uguali i risultati dell’analisi sono stati abbastanza simili. Si riportano i valori solo per il componente più stressato. (materiale: alluminio)
Cerniere
Le cerniere, realizzate anch’esse in acciaio dato l’elevato carico a cui sono sottoposte, sono state analizzate non come assemblato ma come pezzi singoli dato che era difficoltoso vincolare l’assieme mantenendo la vicinanza alla situazione reale. Per la configurazione a 120° sono state impiegate le azioni trasmesse dal tubo superiore e inferiore (caricati con le forze come sopra). Per quella a 180° è stata posta una forza assiale di compressione pari al peso dell’individuo (90 kg).
