Raccolta casi Working Model, visualNastran & SimWise - Pressa a ginocchiera
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SIMULAZIONE DI UNA PRESSA A GINOCCHIERA
- Michele Preghenella, studente del Prof.
Mauro Da Lio all'Università di Trento ha sviluppato con il Working Model 2D la simulazione di una pressa con un meccanismo a ginocchiera.
Ulteriori dettagli di questa esercitazione didattica del corso di meccanica applicata alle macchine nel sito dell'Università di Trento, facoltà di ingegneria.
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La pressa in figura utilizza un meccanismo a ginocchiera per amplificare la forza esercitata dal cilindro attuatore.
In questo esempio, sebbene il cilindro sia limitato alla forza massima di 50.000 N (5 t), è possibile chiudere la pressa con una forza di ben 1.000.000 N (100 t).
La chiusura "geometrica" della pressa avviene in realtà un po' prima del raggiungimento della configurazione di ginocchiera perfetta, la quale si ha quando il "ginocchio" è disteso (cioè le due aste sono allineate).
Questo si ottiene costruendo la pressa in modo tale che ci sia una certa interferenza in ginocchiera.
In questo esempio l'interferenza è di 3 mm.
Poichè gli organi strutturali della pressa sono deformabili, nell'intervallo di tempo fra la chiusura "geometrica" della pressa e la configurazione di ginocchiera perfetta (che corrisponde alla corsa in interferenza) si ha un progressivo aumento della pressione fra le ganasce, dovuto alle deformazioni elastiche degli organi della macchina (non potendosi avere compenetrazione delle ganasce).
L'elasticità degli organi strutturali della macchina, nel modello viene simulata attraverso una molla di rigidezza equivalente alla rigidezza della struttura, posta fra le due ganasce della pressa, la quale entra in funzione quando la distanza fra le ganasce scende sotto i 3 mm (cioè nel momento in cui inizierebbe l'interferenza).
La molla, all'inizio della simulazione, è mostrata tratteggiata perché non è attiva.
All'inizio della corsa è richiesta un piccola forza al cilindro, che serve per accelerare il meccanismo.
Dopo questa breve fase di accelerazione però, la forza dell'attuatore è praticamente zero, fino al momento in cui inizia l'interferenza.
Quando la distanza fra le ganasce scende sotto i 3 mm la molla interviene. La forza esercitata dal cilindro all'inizio cresce (vedi grafico), perchè aumenta la compressione fra le ganasce, ma, avvicinandosi alla configurazione di ginocchiera, ad un certo punto diminuisce di nuovo per l'effetto di amplificazione delle forze dovuto alla configurazione di ginocchiera.
In pratica, esiste un valore massimo della forza richiesta al cilindro che si realizza in un punto intermedio della corsa in interferenza.
Se il cilindro è in grado di realizzare forze superiori a tale massimo, questa posizione viene superata e il meccanismo "scatta" in ginocchiera.
Viceversa, se la forza disponibile al cilindro è inferiore a questo massimo, la ginocchiera non si chiude.
All'aumentare dell'interferenza assegnata aumenta, ovviamente, la corsa in interferenza e il massimo di forza richiesto al cilindro.
Converrebbe quindi ridurre l'interferenza, ma questo non si può fare perchè l'ammontare dell'interferenza dipende dalla forza di compressione che si desidera realizzare in ginocchiera e dalla rigidezza della struttura (cioè più la struttura è cedevole, maggiore è l'interferenza da dare per ottenere una certa forza di chiusura).
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