Progetti dimostrativi. Sono studi di concetto sviluppati dallo studio per mostrare il metodo: non sono prodotti costruiti né lavori svolti per un cliente. I lavori dei clienti restano riservati.
Agroalimentare · TNK-00-000
Serbatoio in acciaio inox da 1.000 litri su telaio
Modello 3D in SolidWorks · verifica strutturale in ANSYS · controlli a mano in MATLAB
Serbatoio atmosferico per liquidi alimentari, con fondo conico a scarico totale, passo d'uomo e attacchi per il lavaggio. Il modello è completo di parti, sottoassiemi e codifica.
Dati di progetto
| Capacità | 1.017 litri lordi, atmosferico |
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| Fasciame | diametro interno 1000 × 1250 mm, lamiera 3 mm, AISI 304 |
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| Fondo | cono a 15°, scarico totale DN50 con valvola a farfalla |
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| Tetto | cono a 10°, passo d'uomo DN400, attacchi per lavaggio, carico e sfiato |
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| Appoggi | 4 gambe 88,9 × 3 su telaio 1300 × 1300 in tubolare 80 × 80 × 4 |
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| Ingombro | 1460 × 1320 × 2100 mm |
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| Massa a vuoto | 258 kg, 22 parti in 4 sottoassiemi |
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Verifica strutturale (von Mises)
| Pieno di liquido a 1.200 kg/m³: giunzione cono-fasciame | 52 MPa |
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| Gambe, sforzo normale e flessione | 40 MPa |
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| Travi del telaio | 29 MPa |
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| Sollevamento a vuoto dai golfari, fattore 1,5 | 23 MPa |
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| Tensione ammissibile (Rp0,2 / 1,5) | 140 MPa |
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| Margine minimo | 2,7 |
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| Spostamento massimo | 0,7 mm |
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Metodo
Modello a gusci e travi con 93.000 elementi. La convergenza è stata controllata su due densità di maglia; le reazioni agli appoggi corrispondono al peso totale entro lo 0,3%. I controlli a mano confermano il calcolo sulla tensione di membrana del cono (9,5 contro 9,8 MPa) e sulla flessione del telaio (27 contro 29 MPa).
Limiti. Non sono modellati le saldature, il passo d'uomo e i bocchelli. Non sono considerati vento, sisma, pressione interna, vuoto e carichi termici.
Scheda del progetto in PDF (in inglese)
Agroalimentare e movimentazione · CNV-00-000
Nastro trasportatore da 3 metri a tappeto su piano di scorrimento
Modello 3D in SolidWorks · dimensionamento della trasmissione in MATLAB · analisi del telaio in ANSYS
Nastro a tappeto largo 500 mm con piano di scorrimento in acciaio inox, tamburi, tenditore e motoriduttore pendolare. Il motore è scelto dal calcolo, non a occhio.
Dati di progetto
| Lunghezza di trasporto | 3.000 mm fra gli assi dei tamburi |
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| Tappeto | poliuretano 500 × 3 mm, chiuso ad anello |
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| Altezza di trasporto | 898 mm |
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| Tamburi | diametro 160 × 560 mm, albero da 40 mm |
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| Telaio | longheroni piegati 150 × 40 × 4, piano di scorrimento 5 mm in AISI 304 |
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| Gambe | tubolare 60 × 60 × 3, due cavalletti |
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| Motorizzazione | motoriduttore pendolare da 0,25 kW |
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| Ingombro | 3166 × 1070 × 898 mm |
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Trasmissione e telaio
| Carico di progetto | 50 kg/m, 150 kg sul tappeto |
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| Velocità | 0,30 m/s (36 giri/min) |
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| Forza periferica e coppia al tamburo | 456 N · 36,5 Nm |
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| Potenza richiesta | 171 W, margine 1,5 sul motore |
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| Albero motore: tensione equivalente | 6,7 MPa, coefficiente a fatica 24 |
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| Freccia massima dei longheroni | 0,16 mm |
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| Tensione massima nel telaio | 6,0 MPa |
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| Prima frequenza propria | 10,9 Hz |
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Metodo
Tiri del tappeto, coppia e potenza calcolati con attrito 0,30 sul piano e rendimento 0,80. Telaio verificato con un modello a travi di 778 elementi; il controllo a mano sul longherone dà 5,6 MPa e 0,18 mm, in accordo con il calcolo.
Limiti. Il progetto non comprende i ripari, le protezioni dei punti di trascinamento e l'analisi dei rischi, che dipendono dall'installazione.
Scheda del progetto in PDF (in inglese)
Componenti e involucri · ENC-00-000
Contenitore stagno IP65 in alluminio con coperchio alettato
Modello 3D in SolidWorks · rete termica in MATLAB · analisi termica in ANSYS
Involucro lavorato dal pieno per un modulo che dissipa 10 W. La parte meccanica risolve due problemi insieme: la tenuta e lo smaltimento del calore, con un ponte in alluminio che porta il calore al coperchio alettato.
Dati di progetto
| Dimensioni | 160 × 100 × 66 mm |
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| Materiale | alluminio EN AW-6061 |
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| Spessori | pareti 3 mm, coperchio 4 mm |
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| Tenuta | guarnizione in silicone da 1 mm, battuta sul coperchio, 4 viti M3 |
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| Ingresso cavo | pressacavo M20 |
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| Scheda | 132 × 72 mm su 4 colonnette |
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| Raffreddamento | 9 alette, convezione naturale |
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Temperature con ambiente a 40 °C
| Modulo che dissipa | 70,6 °C (a mano 67,6 °C) |
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| Coperchio alettato | da 61 a 66 °C (a mano 63,1 °C) |
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| Corpo | da 52 a 53 °C (a mano 52,9 °C) |
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| Calore smaltito dal coperchio | 5,4 W |
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| Calore smaltito dal corpo | 4,6 W |
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| Senza ponte termico, solo coperchio | 83 °C |
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Metodo
Modello di conduzione a regime con 62.000 elementi. Convezione naturale e irraggiamento sono riassunti in un coefficiente di 8 W/m²K sulle superfici esterne. L'aria interna e la scheda non sono modellate, ipotesi a favore di sicurezza.
Limiti. Lo studio si occupa dell'involucro e della sua verifica termica e meccanica. La scheda e i componenti al suo interno sono solo ingombri.
Scheda del progetto in PDF (in inglese)
Movimentazione e sollevamento · LFT-00-000
Tavola elevatrice a pantografo da 1.000 kg
Modello 3D in SolidWorks · cinematica e statica in MATLAB · analisi a travi in ANSYS
Tavola elevatrice oleodinamica a pantografo semplice, con un cilindro e rulli trattenuti nei profili a C. Il cilindro, i perni e le braccia sono dimensionati sulla posizione più gravosa, che è quella a tavola abbassata.
Dati di progetto
| Portata | 1.000 kg (× 1,25 nelle verifiche) |
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| Piano | 1360 × 800 mm, lamiera bugnata da 6 mm |
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| Altezza | da 227 a 917 mm |
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| Sollevamento | pantografo semplice, 1 cilindro |
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| Cilindro | alesaggio 80 mm, corsa 352 mm |
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| Pressione massima | 173 bar a tavola abbassata |
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| Braccia | piatto 60 × 40, S355 |
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| Perni | diametro 30 mm, C45 |
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| Rulli | diametro 60 mm, trattenuti in profili a C 70 × 50 |
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| Massa | 208 kg, nessuna interferenza |
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Risultati per un lato del pantografo (carico × 1,25)
| Forza nel cilindro a tavola abbassata | 43,4 kN (a mano 43,4 kN) |
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| Forza nel cilindro a tavola alzata | 8,79 kN (a mano 8,79 kN) |
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| Tensione nelle braccia, caso peggiore | 151 MPa al foro (a mano 153 MPa) |
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| Tensione ammissibile (0,67 Rp) | 231 MPa |
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| Taglio nei perni | 61 MPa, ammissibile 173 MPa |
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| Abbassamento massimo del piano | 5,9 mm |
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Metodo
Statica del pantografo in forma chiusa da 8 a 50 gradi, con il carico al centro e su metà piano, per dimensionare cilindro, perni e braccia. Le posizioni più gravose sono poi verificate con un modello piano a travi di 183 elementi: perni come cerniere, rulli liberi di scorrere, cilindro come biella. Le forze nel cilindro coincidono con il calcolo a mano. Caso peggiore: tavola abbassata, carico su metà piano.
Limiti. Il modello è piano e statico: non considera le saldature, la stabilità laterale e la fatica, e trascura il peso delle braccia. La centralina, le valvole e i dispositivi di sicurezza non fanno parte dello studio.
Scheda del progetto in PDF (in inglese)
Ferroviario · RTR-00-000
Carrello da binario da 1.000 kg con assale oscillante
Modello 3D in SolidWorks · carichi ruota e verifiche a mano in MATLAB · analisi a travi in ANSYS
Carrello portattrezzi a spinta per scartamento 1435 mm. L'assale posteriore oscilla su un perno centrale: il carrello appoggia su tre punti e le quattro ruote restano caricate anche sul binario sghembo, che è la condizione in cui un telaio rigido scarica una ruota.
Dati di progetto
| Portata | 1.000 kg (× 1,25 nelle verifiche) |
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| Scartamento | 1435 mm |
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| Piano | 1700 × 1300 mm, lamiera bugnata da 4 mm |
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| Altezza del piano | 294 mm sul piano del ferro |
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| Passo | 1000 mm |
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| Ruote | diametro 200 mm, bordino 250 mm, C45 |
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| Assali | diametro 50 mm, C45 |
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| Assale posteriore | oscillante su perno da 30 mm, ± 12 mm alla ruota |
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| Telaio | tubolare 80 × 40 × 4, S355 |
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| Massa | 339 kg, nessuna interferenza |
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Risultati con il carico decentrato (150 mm verso l'assale oscillante, 240 mm di lato)
| Carichi sulle ruote anteriori | 4674 e 724 N (a mano 4702 e 752 N) |
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| Carichi sulle ruote posteriori | 4554 N ciascuna (a mano 4567 N) |
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| Assali, flessione rotante | 56 MPa (a mano 56 MPa), a fatica 115 MPa |
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| Bilanciere dell'assale oscillante | 104 MPa (a mano 109 MPa al foro) |
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| Traverse del perno | 67 MPa (a mano 74 MPa) |
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| Tensione ammissibile (0,67 Rp) | 231 MPa |
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| Sghembo assorbito senza scaricare le ruote | 24 mm sul passo |
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| Spinta a pieno carico, in piano | 131 N |
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Metodo
Carichi ruota con l'appoggio su tre punti, fatica degli assali a flessione rotante, bilanciere, perno e spinta sono calcolati a mano, con il carico al centro e decentrato. Telaio, bilanciere e assali sono poi verificati con un modello a travi tridimensionale di 680 elementi: supporti come vincoli di sola traslazione, uno bloccato e uno libero in direzione assiale, perno libero di oscillare. I carichi ruota coincidono con il calcolo a mano entro l'1%.
Limiti. Il modello a travi non considera le saldature e la collaborazione del piano in lamiera. Con il carico decentrato di lato oltre 362 mm una ruota anteriore si scarica e lavora il fine corsa del bilanciere. Freno, contatto ruota-rotaia e requisiti per l'uso su una linea non fanno parte dello studio.
Scheda del progetto in PDF (in inglese)
Automotive · VGR-00-000
Mano di presa a ventose per robot, pannelli in lamiera fino a 12 kg
Modello 3D in SolidWorks · forza di tenuta e verifiche a mano in MATLAB · analisi a travi e modale in ANSYS
Mano di presa per la movimentazione robotizzata di pannelli in lamiera: telaio in tubolare di alluminio, sei ventose e attacco alla flangia del robot. Il risultato utile per chi programma il robot sono le accelerazioni ammesse, calcolate con l'attrito della lamiera oleata e anche con una ventosa persa.
Dati di progetto
| Carico | pannello in lamiera fino a 12 kg |
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| Dimensioni del pannello | fino a 1300 × 700 mm |
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| Ventose | 6 da 80 mm, vuoto al 60% |
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| Forza di tenuta teorica | 1.810 N |
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| Telaio | tubolare 40 × 40 × 3, EN AW-6063 |
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| Ingombro del telaio | 1100 × 540 mm |
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| Attacco al robot | interasse 125 mm, 6 fori da 9, centraggio 63 |
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| Massa della mano | 9,4 kg, nessuna interferenza |
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| Carico al polso | 21,4 kg, baricentro 126 mm sotto la flangia |
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Tenuta e rigidezza
| Sicurezza a 2 g in verticale | 5,1 (4,3 con una ventosa persa) |
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| Sicurezza a 1 g in orizzontale | 2,6 (2,1 con una ventosa persa) |
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| Sicurezza con pannello verticale, 0,5 g | 2,05 (1,7 con una ventosa persa) |
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| Freccia alla ventosa d'angolo a 3 g | 0,17 mm (a mano 0,16 mm) |
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| Tensione nel telaio a 3 g | 5,7 MPa (a mano 5,6 MPa) |
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| Prima frequenza propria | 67 Hz (a mano 68 Hz) |
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Metodo
Forza di tenuta dall'area delle ventose e dal grado di vuoto, con attrito 0,2 per la lamiera oleata: da qui le accelerazioni che il robot può usare con sicurezza 2. Il telaio è dimensionato a rigidezza: un modello a travi di 376 elementi, con le ventose e la quota di pannello come masse concentrate e la piastra di attacco rigida, dà la freccia a 3 g e le frequenze proprie. Il calcolo a mano del longherone a sbalzo coincide entro il 5%.
Limiti. La forza di tenuta è quella teorica: non considera perdite, porosità e deformazione del pannello. Con il pannello in verticale e una ventosa persa la sicurezza scende a 1,7, sotto il valore 2 richiesto. Il circuito del vuoto e i suoi controlli non fanno parte dello studio.
Scheda del progetto in PDF (in inglese)
Aerospazio · LUG-00-000
Attacco a occhiello in alluminio 7075 ricavato dal pieno, 45 kN
Modello 3D in SolidWorks · verifica dell'occhiello a mano in MATLAB · analisi a elementi solidi in ANSYS
Attacco strutturale fresato dal pieno, con occhiello per perno da 20 mm e base a quattro viti. È dimensionato sul carico limite con i margini di sicurezza espressi come si usa nel settore: margine sullo snervamento al carico limite e sulla rottura al carico ultimo.
Dati di progetto
| Carico limite | 45 kN a 20° dall'asse dell'occhiello |
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| Carico ultimo | 67,5 kN (× 1,5) |
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| Materiale | EN AW-7075 T651, lamiera |
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| Resistenza | Rp0,2 470 MPa, Rm 540 MPa |
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| Occhiello | spessore 16 mm, raggio 24 mm, perno da 20 mm |
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| Base | 130 × 80 × 12 mm, raccordi di raggio 10 |
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| Fissaggio | 4 viti M8 classe 12.9 |
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| Massa | 0,56 kg, nessuna interferenza |
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| Carico limite su massa | 80 kN/kg |
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Risultati al carico limite
| Tensione di picco al foro del perno | 325 MPa (a mano 301 MPa, Kt 3,0) |
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| Raccordi fra occhiello e base | 240 MPa |
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| Margine sullo snervamento, carico limite | +0,45 |
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| Margine sulla rottura, carico ultimo | +0,11 sul picco elastico |
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| Viti M8 al carico ultimo | margine +0,94 |
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| Controllo della maglia | da 307 a 312 MPa ai nodi fra 101.000 e 262.000 elementi |
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Metodo
Prima le verifiche classiche dell'occhiello a mano: sezione netta con concentrazione delle tensioni, strappo, pressione sul foro e carichi nelle viti dovuti alla forza inclinata. Poi un modello solido di 262.000 tetraedri: il perno carica metà foro con una pressione a coseno, le viti vincolano la base a taglio con una corona bloccata sotto ogni testa. Il picco cambia dell'1,4% fra due maglie; il valore a mano è il 7% sotto il picco letto in superficie, che è quello usato per i margini.
Limiti. Il margine sulla rottura è calcolato sul picco elastico, quindi è prudente. La stima a fatica (coefficiente 1,9 con ciclo da 0 al 40% del limite) è indicativa: usa dati di letteratura e non considera l'usura da sfregamento al foro. Le sedi delle viti nel modello sono vincoli ideali. Non è un componente qualificato né certificato.
Scheda del progetto in PDF (in inglese)
Energia · PVS-00-000
Struttura di sostegno a terra per 6 moduli fotovoltaici
Modello 3D in SolidWorks · carichi e verifiche a mano in MATLAB · analisi a travi tridimensionale in ANSYS
Struttura in tubolare zincato a inclinazione fissa di 25°, con due telai, quattro arcarecci e un controvento. Il caso che decide non è la neve ma il vento in depressione: scarica i montanti e mette in trazione i piedi, e da lì nasce la fondazione.
Dati di progetto
| Moduli | 6 da 1722 × 1134 mm, 22 kg ciascuno |
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| Inclinazione | fissa, 25° |
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| Tavola | 3,46 × 3,44 m |
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| Montanti | tubolare 80 × 80 × 3 |
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| Correnti | tubolare 100 × 50 × 3 |
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| Arcarecci | tubolare 60 × 40 × 3 |
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| Acciaio | S355, zincato a caldo |
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| Massa della struttura | 153 kg, nessuna interferenza |
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| Carichi assunti | neve 0,80 kN/m², vento +1,00 e −1,30 kN/m² |
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Risultati con le combinazioni di progetto
| Carico totale, neve più vento | 26,3 kN in verticale e 4,5 kN in orizzontale (a mano gli stessi valori) |
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| Arcarecci, neve più vento | 93 MPa (a mano 109 MPa) |
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| Montanti, vento in depressione | 105 MPa |
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| Sfruttamento massimo | 0,30 sul limite di 355 MPa |
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| Trazione al piede posteriore | 6,7 kN: zavorra da 764 kg o fondazione a vite |
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| Freccia degli arcarecci in esercizio | 3,0 mm |
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Metodo
Carichi per arcareccio da valori di progetto assunti di neve e vento, combinati come 1,35 G + 1,5 neve + 0,9 vento e 1,0 G + 1,5 vento in depressione. Un modello a travi tridimensionale di 505 elementi, con i montanti incastrati alla base, dà tensioni, frecce e reazioni ai piedi per ogni combinazione. Il calcolo a mano controlla l'equilibrio globale, che coincide, e l'arcareccio a flessione deviata, che risulta il 17% a favore di sicurezza.
Limiti. Neve e vento sono valori assunti: per un sito reale si determinano con le norme sui carichi e possono cambiare molto il risultato. Non sono verificati i collegamenti, le fondazioni, i fissaggi dei moduli e l'instabilità locale dei profili sottili. Il modello trascura le eccentricità fra correnti e arcarecci.
Scheda del progetto in PDF (in inglese)
Elettromedicale · MDC-00-000
Carrello porta-apparecchio su ruote piroettanti, 15 kg a 1,07 m
Modello 3D in SolidWorks · stabilità al ribaltamento a mano in MATLAB · analisi a travi e modale in ANSYS
Carrello con colonna, ripiano e impugnatura per un apparecchio fino a 15 kg. In un carrello alto e leggero la struttura non è il problema: lo è il ribaltamento. La prima disposizione si ribaltava con 70 N di spinta a ruote frenate, e il progetto è stato cambiato di conseguenza.
Dati di progetto
| Apparecchio | fino a 15 kg, decentrato fino a 80 mm |
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| Ripiano | 400 × 350 mm a 1,07 m |
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| Base | a croce, tubolare 50 × 30 × 3 |
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| Ruote | 4 piroettanti da 100 mm su un quadrato da 640 mm |
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| Zavorra | piastra 360 × 360 × 10 mm, 10 kg |
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| Colonna | tubo 60 × 3 mm |
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| Impugnatura | a 950 mm dal pavimento |
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| Massa del carrello | 27,8 kg, nessuna interferenza |
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| Massa totale | 42,8 kg, baricentro a 669 mm |
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Stabilità e rigidezza
| Angolo di ribaltamento, verso peggiore | 20,6° (obiettivo 10°) |
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| Spinta che ribalta, a ruote frenate | 111 N (obiettivo 100 N) |
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| Carichi sulle ruote con 100 N di spinta | 29 e 173 N (a mano gli stessi valori) |
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| Tensione nella colonna | 13 MPa (a mano 13 MPa) |
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| Spostamento del ripiano con 100 N di spinta | 1,08 mm (0,57 mm la sola colonna) |
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| Prima frequenza propria | 10,4 Hz |
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Metodo
Prima la stabilità: angolo di ribaltamento e spinta orizzontale che ribalta il carrello a ruote frenate, con l'apparecchio decentrato e le ruote piroettanti girate nel verso sfavorevole. La prima disposizione, con le ruote su un quadrato da 560 mm e senza zavorra, si ribaltava a 70 N: la base è stata allargata ed è stata aggiunta una piastra da 10 kg. Un modello a travi di 142 elementi dà poi carichi sulle ruote, tensioni, spostamento del ripiano e frequenze proprie.
Limiti. I due obiettivi (10° di inclinazione e 100 N di spinta) sono criteri scelti per lo studio, non la verifica rispetto a una norma: per un prodotto reale valgono le prove della norma applicabile. Il margine sulla spinta è piccolo, l'11%. Non sono trattati il superamento di soglie, le ruote e i freni reali, i cavi e la pulibilità.
Scheda del progetto in PDF (in inglese)
Ecologia · SKP-00-000
Cassone ribaltabile per carrello elevatore, 750 L e 1.000 kg
Modello 3D in SolidWorks · bilanciamento e statica a mano in MATLAB · analisi a travi del telaio in ANSYS
Cassone per sfridi e rifiuti che si svuota rotolando in avanti su due slitte circolari. Il progetto sta tutto nel bilanciamento: pieno deve ribaltarsi da solo quando si sgancia il fermo, vuoto deve tornare da solo in posizione. La prima disposizione si ribaltava da sola solo se riempita oltre il 93%, e il progetto è stato cambiato di conseguenza.
Dati di progetto
| Capacità | 750 L, 1.000 kg |
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| Cassone | 1.300 × 1.136 × 750 mm, parete anteriore a 43° |
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| Lamiere | fianchi e parete anteriore 3 mm, posteriore 5 mm, fondo 8 mm |
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| Slitte | segmenti circolari di raggio 450 mm, piatto da 20 mm |
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| Contrappeso | barra 60 × 60 mm sul retro, 32 kg |
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| Rotaie | tubolare 60 × 80 × 5 |
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| Manicotti per le forche | tubolare 200 × 80 × 5, interasse 700 mm |
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| Ribaltamento | 90°, con avanzamento di 707 mm |
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| Massa | cassone 199,5 kg, in tutto 299 kg, nessuna interferenza |
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Bilanciamento e telaio
| Momento ribaltante allo sgancio, a pieno | +852 N·m (2,7 kN sul fermo) |
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| Riempimento minimo per ribaltarsi da solo | 55% (93% senza contrappeso) |
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| Momento di richiamo a vuoto, da 0 a 90° | da 46 a 199 N·m |
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| Carichi sulle forche a riposo, davanti e dietro | 2,88 e 3,52 kN (a mano 2,86 e 3,51) |
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| Tensione nelle rotaie a riposo | 43 MPa (a mano 57 MPa, trave appoggiata) |
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| Tensione nelle rotaie a fine corsa | 21 MPa (a mano 21 MPa) |
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| Forca posteriore a fine corsa con il carico ancora dentro | −0,28 kN: il telaio va trattenuto |
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Metodo
Su rotaie piane una slitta circolare si comporta, per l'equilibrio, come un pendolo attorno al proprio centro: il cassone si ribalta se il baricentro sta davanti a quel centro e torna indietro se sta dietro e più in basso. Il centro delle slitte è stato messo in modo che il cassone vuoto torni da solo da qualsiasi angolo. Così però si ribaltava da solo soltanto oltre il 93% di riempimento: una barra da 32 kg sul retro sposta il baricentro del vuoto e porta la soglia al 55%. Un modello a travi del telaio di 744 elementi, appoggiato sulle forche, dà poi tensioni, abbassamenti e carichi sulle forche a riposo e a fine corsa.
Limiti. Il carico è considerato a livello e rigido fino allo sgancio: con un riempimento irregolare la soglia cambia, e sotto il 55% serve una spinta (220 N con il 30% del volume). Il rotolamento senza strisciamento è un'ipotesi: denti o catene che lo garantiscono, fine corsa, fermo e catena di ritenuta al carrello non sono progettati. Non sono verificati le saldature, le lamiere del cassone, il contatto fra slitte e rotaie e la stabilità del carrello elevatore. A fine corsa il labbro scende 380 mm sotto il piano di appoggio: il cassone va ribaltato sollevato.
Scheda del progetto in PDF (in inglese)
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