Collegamenti: - filettati - smontabili non filettati - chiodati - saldati

Supporti per componenti rotanti (Cuscinetti) Trasmissioni meccaniche Letture su complessivi di macchine

Programma delle lezioni del Prof. Dattoma

Collegamenti

Nelle macchine e ambienti industriali, la necessità di

- trasmettere il moto o le forze fra parti meccaniche

- limitare o impedire il movimento di una parte rispetto ad un’altra (vincoli o punti fissi)

viene realizzata attraverso sistemi o metodi di collegamen-to nei quali sono presenti componenti meccanici che svol-gono delle funzioni elementari importanti

Si tratta per lo più di componenti normalizzati (cioè realiz-zati secondo degli standard ben precisi) e di dimensioni unificate

2

3

Un collegamento si definisce smontabile quando le parti unite possono essere separate e recuperate, ossia quando è possibile disassemblare il collegamento senza danneggiare gli elementi di collegamento e le parti collegate

I collegamenti smontabili (o temporanei)

Esempi di collegamento smontabile:

• Collegamenti filettati

• Chiavette

• Linguette

• Scanalati

• Spine coniche ed elastiche

• Chiavette trasversali

• Anelli elastici

4

Classificazione dei collegamenti in base al

principio di funzionamento

Per attrito Per ostacolo Per attrito e ostacolo

Per fusione e incollaggio

5

Collegamenti per attrito L’accoppiamento vite-madrevite è molto diffuso tra gli organi meccanici e svolge essenzialmente due funzioni:

- organo di trasmissione tra-sformazione del moto rotato-rio in moto di traslazione (vite di manovra)

- organo di collegamento per la trasmissione di uno sforzo

6

7

Il tipo più diffuso di giunto rigido è il giunto a dischi o a flange, la cui forma e dimensioni sono normate dall'UNI

Superficie filettata: superficie ottenuta facendo ruotare e tra-slare di moto uniforme una figura piana (generatrice della elicoide) a contatto con:

la superficie esterna di un cilindro o di un cono

vite

la superficie interna di un cilindro o di un cono

madrevite

Gli elementi filettati

8

Collegamenti filettati: nomenclatura

VITE MADREVITE

Vite + madrevite → accoppiamento filettato La rotazione relativa dei due elementi provoca uno scorrimento as-siale relativo degli stessi. Si definisce avanzamento L (al giro) lo scorrimento assiale relativo di vite e madrevite a fronte di una rotazione relativa dei due elementi intorno all’asse comune di 360°.

9

Il risalto a sezione costante così otte-nuto, si avvolge secondo un’elica e prende il nome di filetto (pane o ver-me).

La parte della superficie, cilindrica o conica, non intaccata dalla filettatura viene detta superficie di nocciolo

10

la vite

Elementi principali di una filettatura

• Elica: curva nello spazio descritta da un punto soggetto a due moti uniformi simultanei, circolare e rettilineo, su una superficie cilindrica o conica

• Passo dell’elica Ph (o della filettatura o effettivo): distanza assiale tra due punti consecutivi dell’elica che si trovano sulla medesima generatrice del cilindro o del cono

• Angolo di inclinazione dell’elica ϕ: angolo formato dalla tangente all’elica e da un piano perpendicolare all’asse del cilindro o del cono

hptgd

ϕ =π

11

Si definisce Profilo della filetta-tura la figura piana risultante dalla intersezione della superficie filet-tata con un semipiano avente per origine l’asse della vite (o della ma-drevite) → può essere: triangolare, a sezione trapezia, a dente di sega, rettangolare, tondo,…

In genere il profilo triangolare è quello comunemente usato nelle fi-lettature di collegamento.

Gli altri profili trovano impiego soprattutto nelle filettature destinate ad organi di manovra

12

Forma del filetto

Nelle filettature triangolari il profilo ideale della filettatura è individuato da un triangolo generatore di altezza H. Il passo della filettatura è propor-zionale all’altezza H.

Profilo ideale (altezza H)

Profilo nominale (altezza h1)

13

Angolo del filetto α : angolo al vertice del triangolo generatore

Asse del filetto: bisettrice del triangolo generatore.

Asse della filettatura: retta perpendicolare all’asse del filetto giacente nel piano del profilo e passante per i punti di interse-zione delle parallele all’asse del filetto sui fianchi del filetto. Passo del profilo o apparente: distanza assiale tra due punti omologhi della filettatura

14

Diametro nominale: diametro di cresta del filetto della vite oppure dia-metro di fondo del filetto nella madrevite

Il diametro nominale coincide (ad ecce-zione delle filettature GAS) col diametro esterno dell’elemento filettato

È una grandezza importante perché è uti-lizzata per la designazione convenziona-le della filettatura e della vite

N.B. Nel caso di una filettatura conica i vari diametri variano da punto a punto della fi-lettatura, e per convenzione, si intendono misurati ad una distanza prefissata di rife-rimento

15

Filettatura ad n principi:

La filettatura generata dalla trasla-zione elicoidale di un solo triangolo si dice a 1 principio; quella generata da n figure piane uguali contigue as-sialmente sul medesimo elemento si dice a n principi. Pertanto si defini-sce il passo Ph = P⋅n dove n= numero di principi o filetti Ph = passo della filettatura (o passo effet-tivo) P = passo del profilo (o passo apparente)

Normalmente le filettature usate negli organi di collega-mento sono ad un principio

16

Senso di avvolgimento dell’elica: verso secondo cui l’osservatore posto ad un’estremità vede allonta-narsi il filetto facendo ruotare la vite (o madrevite); la vite è destra se il senso è orario, sinistra nell’altro caso. Normalmente le filetta-ture impiegate per gli organi di collegamento sono destre.

Lunghezza di avvitamento: corrisponde alla porzione di vite che va a contatto con la madrevite e viene misurata in lunghezza nella direzione dell’as- se. Nelle viti di collegamento è dell’ordine di 1-1.5 volte il diametro nominale.

17

18

19

Il profilo ideale è un triangolo equilatero con lato uguale al passo P. Il profilo nominale differisce dal profilo ideale per la presenza di tron-cature e raccordi. Le dimensioni che proporzionano la forma del profi-lo nominale sono espresse in funzione del passo P.

Questo tipo di filettatura, prevedendo un gioco tra vite/madrevite, non assicura collegamenti a tenuta stagna.

20

Filettature metriche ISO: designazione

21

Il sistema di filettature metriche ISO defini-sce un insieme di diametri nominali unificati. I diametri nominali sono divisi in 3 gruppi: a, b e c. Nella progettazione sono consigliati i diametri del gruppo a, mentre quelli degli altri due gruppi debbono limitarsi alla secon-da o terza scelta. A ciascun diametro nomi-nale è sempre associato un valore di passo detto grosso e uno o più valori di passo detti fini. Le filettature a passo grosso presentano una maggiore resistenza del filetto e sono perciò consigliabili per materiali con bassa resistenza a trazione (ottone, alluminio). So-no usate anche quando non vi siano parti-colari esigenze di precisione e per collega-menti rapidi.

22

Numeri normali Diametri nominali Vengono ricavati come serie geometriche di ragione, rispettivamente

6,1105 =

25,11010 =

12,11020 =

06,11040 =

Filettature metriche ISO: designazione Caso 1: Unificate a passo grosso

M diametro nominale (mm)

Esempio: M10

Caso 2: Unificate a passo fine

M diametro nominale (mm) x passo della filettatura (mm)

Esempio: M10x1

23

Caso 3: Non unificate diametro nominale (mm) x passo del-la filettatura (mm) M

Esempio: 10x0.5 M

• Filettatura a più principi:

M20 x L 3 – P 1.5

ove L è il passo dell’elica o della filettatura e P è il passo del profilo (2 principi)

• Filettatura con elica sinistra:

M12 x 1.25 LH

Il profilo generatore è un triangolo isoscele

24

z = numero di principii

Diametro nominale in pollici W di designazione

Diametro nominale in pollici x nu-mero di filetti su una lunghezza as-siale di 1’’ W

25

Le norme UNI ISO 228 e UNI ISO 7 prevedono due tipi di filettature GAS:

1. Filettatura per tubazioni non a tenuta stagna sul filetto: vite cilindrica + madrevite cilindrica

2. Filettatura per tubazioni a tenuta stagna sul filetto: vite conica + madrevite cilindrica o conica → impiegata nei raccordi dei tubi di gas commerciali

Filettature GAS

26

Nelle filettature GAS il diametro nominale è convenzionale nel senso che non corrisponde al diametro esterno della filettatura ma è il diametro interno del tubo che porta all’e-sterno la filettatura con quel diametro.

27

Filettature GAS: designazione 1. Filettatura cilindrica per accoppiamenti non a

tenuta stagna sul filetto G diametro nominale (pollici)

Nel caso di filettatura esterna la normativa prevede due classi di tolleranza (A e B) per il diametro esterno, medio e di nocciolo

G diametro nominale (pollici) classe di tolleranza

28

2. Filettatura per tubazioni a tenuta stagna sul filetto

• Filettature interne cilindriche

• Filettature interne coniche

• Filettature esterne coniche

Rp diametro nominale (pollici)

Rc diametro nominale (pollici)

R diametro nominale (pollici)

29

Filettature trapezie

Trapezie: sono utilizzate in ge-nere negli organi di manovra.

Il profilo generatore è un trian-golo isoscele con angolo del fi-letto di 30°.

Il gioco, inoltre, tra fondo del filetto della vite e cresta del filetto della madrevite è relati-vamente grande

30

Filettature trapezoidali: designazione

Caso 1: filettatura ad un principio Tr diametro nominale (in mm) x passo del profilo (in mm)

Esempio Tr 50 x 8 Caso 2: filettatura a più principi

Tr diametro nominale (in mm) x passo dell’elica (in mm) (P passo del profilo)

LH sta ad indicare che la filettatura è sinistra Tr 50 x 24 (P8) LH

31

A denti di sega: il profilo generatore è un triangolo rettangolo con an-golo del filetto di circa 30°.

Vengono usate nei collegamenti filettati tra tubi sottili soggetti a sforzi assiali elevati nel solo senso assiale. Il filetto ha infatti uno dei fianchi inclinato di solo 3°, ed è questo fianco che meglio reagisce al carico assiale.

Tra vite e madrevite è previsto un forte gioco assiale ed un centraggio sul diametro esterno.

Filettature a denti di sega

32

Filettature autofilettanti: il profilo generatore è un triangolo equilatero con angolo del filetto di circa 60°. Il passo p = 0,5d

Hanno l’estremità a punta o piana. Autofilettanti perché la madrevite è ricavata per avvitamento della stessa vite. Naturalmente vengono impiegate su materiali teneri. Esempio tipico sono le viti da legno.

Filettature per viti autofilettanti

33

La norma UNI EN ISO 6410 stabilisce una rappresentazione convenzionale delle filettature

• Linea continua grossa per la cre sta del filetto e linea continua fine per il fondo del filetto • Linea continua grossa per i tratti di inizio e fine filettatura • Il filetto incompleto è rappresentato con due segmenti a 45° con linea

continua fine • Nella vista perpendicolare all’asse la circonferenza indicante la cresta del fi-

letto viene rappresentata con linea continua grossa, mentre quella indicante il fondo deve essere rappresentata per circa 3/4 con linea continua fine

• La distanza tra le linee dovrebbe essere approssimativamente uguale all’altezza del filetto, e comunque tale da evidenziare chiaramente la dif-ferenza tra le due linee.

• Si conviene di non rappresentare l’eventuale smusso di imbocco

Filettatura in vista

Rappresentazione delle filettature

34

• Secondo la norma UNI EN ISO 6410 le linee di cresta e di fondo vanno rappresentate mediante linee a tratti fini. Talvolta, per aumentare la chia-rezza della rappresentazione, si utiliz-za una linea tratteggiata grossa (tipo E) per la cresta del filetto e una linea tratteggiata fine (tipo F) per il fondo del filetto.

• Per la vista perpendicolare all’asse della filettatura la circonferenza indi-cante la cresta del filetto viene rappre-sentata con linea continua grossa, mentre quella indicante il fondo deve essere rappresentata per circa 3/4 con linea continua fine

Filettature non in vista (madrevite )

35

MADREVITE IN SEZIONE

• La cresta ed il fondo del filetto vanno disegnati con lo stesso criterio indicato per le filettature in vista

• La campitura deve terminare sulla linea indicante la cresta del filetto

VITE IN SEZIONE

La vite non va sezionata; solo in casi eccezionali va evidenziata la particola-rità: in questo caso la sezione della vite serve ad evidenziare il fatto che è forata

36

Accoppiamento filettato

Nella rappresentazione di un accoppia-mento filettato vale sempre il princi-pio che, nel tratto di sovrapposizione, la vite copre la madrevite

37

Il collegamento filettato è un collegamento per attrito. La stabilità del collegamento filettato è assicurata dall’attrito che si sviluppa fra le superfi-ci dei pezzi da collegare, fra le superfici elicoidali dei filetti di vite e ma-drevite ed anche fra la testa della vite e il suo contatto

La vite risulta essere sollecitata a trazione. Le piastre da collegare a compressione

38

1

2

La sollecitazione assiale

amm

amm

PAmm

APmmN

σ

σσ

=

≤=

][

]/[

2

2

verifica

progetto

Caso del bullone per sola trazione

ammn

n

Pd

dA

πσ

π

44

2

=

=

Per convenzione: - Sforzo di trazione (tende ad allungare) è positivo; - Sforzo di compressione è negativo

40

La filettatura per asportazione di truciolo può essere eseguita con uno dei seguenti procedimenti:

41

Fabbricazione, rappresentazione e quotatura di un foro cieco filettato

• Il foro cieco filettato termina sempre con una superficie conica rappresentata convenzionalmente con un angolo di apertura di 120°

• La rappresentazione dei filetti incompleti può essere omessa

La lunghezza utile di filettatura l in un foro cieco è almeno pari alla lunghezza di avvitamento più 3 volte il passo della filettatura

42

La lavorazione richiede più passate

43

Le filettature si quotano con riferimento al diametro nominale (ossia al diametro esterno)

Il testo di quota deve riportare la designazione della filettatura

44

Per disimpegnare l’utensile che genera la filettatura di una vite è necessario prevedere una gola sulla madrevite o una gola di scarico sulla vite

45

46

o di pressione

47

Grano di svito

48

Vite Prigioniera

La lunghezza di filettatura del lato radice è sempre inferiore a quella del lato gambo

In genere l’estremità del lato radice è smussata, quella del lato gambo bombata

È senza testa e con le estremità entrambe fi-lettate (anche con pas-so diverso)

49

50

altezza m dei dadi e delle teste delle viti. Si distinguono in Comuni m = 0,8 s Bassi m < 0,8 s Alti m = s s = larghezza del dado L’altezza del dado va scelta in modo che si abbia rot-tura del gambo della vite prima di quella del filetto. La esperienza ha mostrato che il rapporto m/s cresce con il rapporto s/p. Pertanto per i dadi comuni il rap-porto che rende adatta la scelta è s/p ≈ 10. Per passi fini occorrono dadi più alti. Se il dado non realizza questi rapporti si rompe prima della vite. La testa della vite si rompe per taglio, quindi il limite di resistenza si può assicurare per k = (0,4 – 0,5 ) s

Dispositivi contro lo svitamento spontaneo

51

52

0,75

53

54

Classi di resistenza degli acciai da bulloneria e corrispondenza con i dadi secondo la tabella EN 20898

55

56

I collegamenti filettati: con Vite Mordente

1. La vite si impegna in un foro filettato (passante o cieco)

2. Nella piastra aderente alla testa della vite viene ricavato un foro passante liscio con eventuale smusso di imboc-co e con diametro maggiore del gambo della vite

3. La lunghezza di avvitamento deve risultare inferiore alla lunghezza utile di filettatura della madrevite (foro cieco)

Caratteristiche del collegamento

• Occupa poco spazio e richiede l’accesso da un solo lato

• Inconveniente: Nel caso di frequenti smontaggi i filetti del-la madrevite possono usurarsi rapidamente (materiale te-nero)

57

I collegamenti filettati: con Bullone

1. La vite deve avere una lunghezza di filettatura non eccessiva ma sufficiente per consentire il serraggio esercitato mediante il dado

2. I fori passanti lisci sono eseguiti con diametro maggiore di quello del gambo della vite

Caratteristiche del collegamento

• È ingombrante e richiede l’accesso da entrambi i lati

• Particolarmente adatto nel caso di frequenti smon-taggi (la madrevite è il dado)

58

È fondamentale che le due superfici, su cui poggiano la sottotesta della vite e il dado, siano quanto più possibile piane e parallele tra loro.

Le superfici delle parti da collegare in un accoppiamento filettato devono essere, inoltre, di buona qualità

Osservazione

La vite non deve lavorare a flessione

59

I collegamenti filettati: con Prigioniero

1. Il prigioniero è forzato dal lato radice nel foro filettato (passante o cieco), mentre nell’altro è praticato un foro liscio passante di diametro maggiore di quello della vite dal lato gambo

2. Il serraggio delle parti si realizza mediante il dado che si avvita sulla parte filettata del lato gambo

3. La lunghezza di avvitamento del lato radice deve risultare inferiore alla lunghezza utile di filettatura della madrevite (foro cieco)

Caratteristiche del collegamento • Particolarmente adatto quando il materiale in cui è

ricavato il foro filettato non sopporta frequenti svitamenti, non garantendo sufficiente resistenza dei filetti (in tal caso la vite dal lato radice resta forzata nella madrevite)

60