ANALISI STATICHE

Per poter verificare la resistenza meccanica delle soluzioni proposte, ovvero dei tre collegamenti principali di cui si è trattato nella sezione appositamente dedicata , sono state effettuate delle analisi statiche agli elementi finiti (FEM: Finite Element Method) sui componenti maggiormente sollecitati. Il software di riferimento è: CATIA™ V5 .
Di particolare interesse sono risultate le verifiche statiche dei seguenti componenti:

• Maniglia
• Finecorsa alla rotazione attorno asse z
• Finecorsa alla rotazione attorno asse x
• Braccetto

VERIFICA STATICA MANIGLIA

-Situazione critica simulata:

• Maniglia inserita in sede opportuna ricavata sulla testata della lampada
• Ghiera di bloccaggio avvitata
• Rotazione maniglia per effetto dell'impugnatura sul suo manico

-Materiale:

• LATER 4G30 + LATER 3
• Flexural Strenght:  140 MPa                                                                                                       

-Carico:                                                                                                                                                                  

• 240 N baricentrico                                                                                                            

-Risultati:

• Sforzo massimo di Von Mises:  96,2 MPa < 140 MPa
• Spostamento massimo: ≈ 0,4 mm

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→ IDONEO

VERIFICA STATICA BRACCETTO

-Situazione critica simulata:

• Massima rotazione consentita attorno all'asse y :  - 90°
• Base inferiore braccetto a contatto con la testata della lampada
• Archetto fissato rigidamente (incastro)

-Materiale:

• Alluminio 6061                                                                                                                    
• Carico di snervamento: 55,2 MPa

-Carichi:

• 240 N applicati sulla faccia superiore del braccetto

-Risultati:

• Sforzo massimo di Von Mises: 2,9 MPa < 55,2 MPa

→ IDONEO

VERIFICA STATICA FINECORSA (ROTAZIONE ATTORNO ASSE Z) 

Calcolo del carico equivalente

Il movimento della lampada viene simulato applicando un carico distribuito di 5 kg sulla maniglia che trasferisce un momento flettente sul finecorsa. Per poter effettuare l'analisi statica occorre calcolarne il carico equivalente. I calcoli fanno riferimento alla seguente situazione: 

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​Carico: 5kg come rappresentato in figura
Braccio: ~ 150 mm
Momento: 7,5 N*m
Altezza finecorsa: 19 mm
Carico equivalente: 7,5 N*m / 0,019 m = 395 N
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​

Di seguito i risultati dell'an​alisi:

 -Situazione critica simulata:

• Massima rotazione consentita attorno all'asse z: +45°
• Finecorsa in battuta sulla guida per un' altezza di 3 mm
• Rotazione attorno all'asse x impedita

-Materiale:

• Acci​aio Inox                                                                                                                      
• ​Flexural Strenght:  210 MPa                

-Risultati:

• Sforzo massimo di Von Mises: 167 MPa < 210 MPa

​→ IDONEO

VERIFICA STATICA FINECORSA (ROTAZIONE ATTORNO ASSE X) 

Calcolo del carico equivalente

​Analogamente a quanto fatto per la rotazione attorno all'asse z è stato calcolato il carico equivalente trasferito sul finecorsa posto un c​arico di 5 kg agente sulla maniglia.

​Carico: 5kg come rappresentato in figura
Braccio: ~130 mm
Momento: 6,5 N*m
Altezza finecorsa: 15 mm
Carico equivalente: 6,5 N*m / 0,015 m = 433 N
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Da cui si ottiene:

 -Situazione critica simulata:

• Massima rotazione consentita attorno all'asse x: +150°
• Finecorsa in battuta sulla guida del braccio di movimentazione per un' altezza di 3 mm
• Rotazione attorno all'asse z impedita

-Materiale:

• Acci​aio Inox                                                                                                                      
• ​Flexural Strenght:  210 MPa                

-Risultati:

• Sforzo massimo di Von Mises: 131 MPa < 210 MPa

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ANALISI TERMICA

REQUISITI TERMICI:
1. Garantire la dissipazione del calore in modo che la temperatura del LED sia inferiore alla temperatura di giunzione indicata nel datasheet pari a 135°.
2. Considerare le seguenti condizioni operative:

• Capacità termica scheda elettronica: 3 W
• Capacità termica LED: 2.1 W
  

La figura a lato mostra quali sono state le condizioni al contorno imposte per poter effettuare le simulazioni termiche conformi ai requisiti sopra esposti.




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(*)= tale condizione descrive, in base ai dati forniti dall'azienda partner, un ambiente chiuso e di volume contenuto.

Per definire la temperatura del LED occorre sommare alla temperatura della scheda elettronica (69.5°C) i termini associati alle resistenze termiche e un contributo di 16°C determinato dalla differenza tra una temperatura ambiente limite pari a 40°C e una temperatura ambiente in condizioni standard pari a 24°C (secondo la norma IEC 60601-1).

SCHEDA ELETTRONICA

Figura1. Simulazione termica con tre LED in azione, effettuata a
T=5000K. Temperatura massima raggiunta 69.5 °C

Figura2. Simulazione termica con due LED in azione (composave),  effettuata a T=2700K. Temperatura massima raggiunta 59.6 °C

Sulla scheda sono state inserite delle protuberanze atte a simulare la dimensione dei led. 
Led considerato: OSLON SQUARE tipo: GW CSSRM2.CM.

​Le due simulazioni fanno riferimento a due configurazioni differenti: la Figura1 fa capo all'utilizzo della lampada con tre LED in funzione mentre la Figura2 si riferisce alla configurazione composave. Quest'ultima viene utilizzata in ambito medicale per  ottenere tempi di lavorazione più lunghi dei materiali compositi tramite una filtrazione delle parti di blu della luce. Per i calcoli riguardanti il calcolo della temperatura raggiunta dal LED si è considerata la condizione più critica, ovvero quella con tre LED accesi.
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​​RESISTENZE TERMICHE

I termini associati alle resistenze termiche sono dati dal prodotto di resistenza e capacità termica:

• LED:   2.1  W * 2 °C/W
• FILLER:  2.1 W * 0.4 °C/W
  

CONCLUSIONI
Come emerge dai calcoli, la temperatura massima raggiunta  dal led (90.54 °C)  è molto al di sotto della temperatura massima di giunzione (135 °C).
Il sistema può essere considerato idoneo per l’applicazione.