VERIFICHE TECNICHE
Analisi statiche sul braccio
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Per l'analisi statica abbiamo preso in considerazione il caso più critico, ossia quello con carico di compressione pari a 200 N.
Abbiamo suddiviso l'analisi in più parti verificando il braccio fisso e il braccio mobile insieme al supporto per la madrevite. Infine abbiamo verificato la resistenza delle viti di collegamento con dei calcoli analitici. |
Braccio fisso
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In questa analisi ad elementi finiti (FEM) il braccio è stato fissato a terra, tenendo conto del corretto funzionamento delle viti che lo fissano sulla lastra.
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Braccio mobile e madrevite
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Anche in questo caso la faccia del supporto della madrevite è stata fissata tramite quattro viti. Quindi la si può considerare fissa rispetto al carrello.
In entrambe le verifiche, il carico è stato applicato tramite una forza verticale e un momento di trasporto dovuti alla forza di compressione sul paziente. A seguito delle analisi non si è riscontrato alcun tipo di problematica legata alla resistenza statica delle varie parti. |
Carrello
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Il momento che agisce sul carrello risulta essere nettamente minore del carico massimo che esso piò reggere da listino.
M=200 N∙0,262 m=52,4 Nm < Mp=100 Nm
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Viti
Sulle 4 viti che vincolano il braccio fisso agiscono una forza di taglio T pari ad 1/4 del carico di 200 N, una forza di trazione sulle due viti inferiori e una di compressione su quelle superiori, date dal momento flettente Mf pari a 134 Nm.
Considerando un valore sufficientemente alto del precarico da compensare la compressione sulle viti superiori e mantenerle in trazione evitandone lo svitamento, è possibile effettuare l'analisi considerando il braccio come incernierato sulla lastra.
In tal caso si ricava la forza di trazione assiale attraverso l'equilibrio dei momenti.
Per verificare la resistenza delle viti inferiori deve valere:
σvm<Rm
Utilizzando viti M6 di classe 8.8, la relazione di verifica risulta soddisfatta con un coefficiente di sicurezza di 4.6
Si verifica inoltre una corretta unione ad attrito del collegamento filettato:
T<mu*Fs
dove mu è il coefficiente di attrito per alluminio vs alluminio, mentre Fs è la forza di precarico.
La verifica risulta essere ampiamente soddisfatta.
Considerando un valore sufficientemente alto del precarico da compensare la compressione sulle viti superiori e mantenerle in trazione evitandone lo svitamento, è possibile effettuare l'analisi considerando il braccio come incernierato sulla lastra.
In tal caso si ricava la forza di trazione assiale attraverso l'equilibrio dei momenti.
Per verificare la resistenza delle viti inferiori deve valere:
σvm<Rm
Utilizzando viti M6 di classe 8.8, la relazione di verifica risulta soddisfatta con un coefficiente di sicurezza di 4.6
Si verifica inoltre una corretta unione ad attrito del collegamento filettato:
T<mu*Fs
dove mu è il coefficiente di attrito per alluminio vs alluminio, mentre Fs è la forza di precarico.
La verifica risulta essere ampiamente soddisfatta.
link a Calcolo resistenza viti.xlsx
Scelta del motore e dimensionamento
Il motore scelto per garantire il moto del braccio è un motore passo-passo da 24V.
Questo è stato dimensionato sulla base dei requisiti di potenza e coppia richiesta durante il lavoro
Questo è stato dimensionato sulla base dei requisiti di potenza e coppia richiesta durante il lavoro
Requisiti
•Velocità di movimento: 25 mm/s
•Carico di lavoro: 30 - 150 N con passo 5 N
•Carico di sicurezza: 200 N
•Velocità di movimento: 25 mm/s
•Carico di lavoro: 30 - 150 N con passo 5 N
•Carico di sicurezza: 200 N
In movimento•Peso braccio = 80 N
•Potenza richiesta= 0.025 m/s * 80N= 1,75 W •Potenza motore=2,5 rad/s *1,6 Nm= 4 W 
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Fase di compressione
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Sistema di feedback per il controllo della forza
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Abbiamo deciso di utilizzare un sensore estensimetrico per il controllo della forza di compressione. E' sufficiente l'utilizzo di un singolo estensimetro in quanto non è necessario compensare effetti termici o eventuali forze di trazione, che viene incollato il più possibile vicino alla colonna dove il momento e le deformazioni sono maggiori.
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Scelta del magnete
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Il magnete è necessario per supportare il peso del braccio di 8 kg nella posizione di parcheggio quando il motore non è in funzione.
Esso permette lo sgancio del braccio all'avviamento del motore, in seguito al superamento del carico di 11.4 kg. Dischi Neodimio D 22 mm x H 10 mm
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