Calcolo della Resistenza delle molle

 

Per quanto riguarda la simulazione dinamica ci siamo soffermati all’analisi del sistema hard, poiché nel sistema soft avremmo solamente bisogno di un angolo maggiore per raggiungere la coppia target. A questo proposito attraverso un foglio di calcolo ci siamo calcolati la resistenza generata dalle molle in funzione della coppia applicata, in modo da ottenere una funzione della resistenza istante per istante. Grazie a questi calcoli possiamo quindi dare l’input di resistenza del giunto nella simulazione dinamica. Per l’elaborazione del foglio Excel abbiamo utilizzato i dati di costruzione delle molle presi da Gandini S.p.a. (Fornitore Atlas Copco) e di formule ricavate da manuali del costruttore stesso.

Figura  1: parametri e formula per il calcolo della coppia

Simulazione dinamica

 

Tramite un’analisi dinamica abbiamo simulato il comportamento del Joint Simulator durante l’avvitamento imposto da un avvitatore a impulsi, imponendo alla vite una coppia impulsiva come dai dati ricevuti dall’azienda (frequenza di circa 20 Hz). Abbiamo riscontrato qualche difficoltà nello sviluppare un modello che rispecchiasse la realtà fisica del problema per quanto riguarda la resistenza all’avvitamento imposta dalle molle, poiché il software non considera la deformabilità dei corpi nell’analisi dinamica. Inizialmente abbiamo provato a simularla con una forza crescente con l’avvitamento, così che l’attrito sull’accoppiamento filettato avrebbe impedito lo svitamento, ma ciò ha creato dei problemi nella simulazione. Quindi abbiamo deciso di imporre la resistenza come una coppia lineare con l’angolo sfruttando la relazione in Figura 1, che viene attivata solo per velocità di avvitamento positive. Così facendo risultano delle imprecisioni (la vite ha un lieve svitamento fra un impulso e il successivo), ma alcuni risultati sono comunque interessanti. Infatti come riscontrato nella realtà il giunto arriva alla coppia nominale di 250 Nm dopo circa mezzo giro. Inoltre la parte che utilizziamo per l’analisi degli sforzi dinamici riguarda gli istanti in cui avviene l’impulso, dove risultano carichi e accelerazioni più rilevanti.

Analisi FEM e sforzi dinamici

 

Esportando i dati dell’analisi dinamica, abbiamo riscontrato come gli sforzi dovuti all’impulso dell’avvitatore e alle inerzie del corpo, nonostante assumano valori abbastanza elevati, non arrivano allo snervamento della vite, poiché il materiale bonificato risulta avere un carico di snervamento maggiore dello sforzo massimo. Da sottolineare il fatto che la coppia che in realtà viene trasmessa uniformemente su tutta la testa del giunto, nel nostro caso è stata applicata solamente sulla faccia superiore dell’attacco all’avvitatore, ottenendo in questo modo una sovra-stima degli sforzi.