Generazione e distribuzione dell’aria compressa. Unità trattamento aria. Attuatori pneumatici lineari e rotativi. Valvole direzionali, di regolazione e di sicurezza.
Pompe e motori oleodinamici. Cilindri. Valvole. Oleoidraulica proporzionale. Controllo di pressione e portata. Serbatoi, tubazioni, guarnizioni. Progetto di sistemi oleoidraulici.
Gli azionamenti elettrici. Accoppiamento motore-carico. Leggi di moto. Problema termico. Attuatori elettrici. Convertitori elettronici. Trasduttori.
FESTO - Principi di Pneumatica
ASSOFLUID - Oleodinamica
Legnani-Tiboni - Meccanica degli Azionamenti (vol. 1 Azionamenti Elettrici)
Obiettivi Formativi
cc3: La conoscenza sistematica degli aspetti chiave della progettazione meccanica dell’ingegneria industriale ed i relativi metodi; per questi ultimi, la comprensione di quali siano i più idonei al fine di definire un prodotto e le sue caratteristiche. La tecnologia dei materiali impiegabili, lo studio meccanico di parti e assiemi, il loro dimensionamento, lo studio del loro comportamento statico e dinamico e delle interazioni tra componenti, le tecnologie per la loro produzione, la loro rappresentazione grafica sono le aree di conoscenza e comprensione.
cc5: La conoscenza dei principi dell’elettrotecnica industriale, delle macchine elettriche e dei controlli impiegati negli impianti industriali.
cc6: La conoscenza dei componenti degli impianti produttivi e dei processi. La comprensione dei vantaggi e dei limiti delle scelte di processo e impiantistiche nei diversi contesti di applicazione.
ca3. La capacità di scegliere e applicare appropriati metodi analitici e di modellazione per poter simulare al meglio il comportamento di componenti e impianti al fine di predirne e migliorarne le prestazioni.
ca5: La capacità approfondita di scegliere e utilizzare componenti appropriati, conoscendone i limiti e le potenzialità.
ca6: La capacità di applicare la propria conoscenza per identificare, formulare e risolvere problemi di ingegneria industriale e specificamente meccanica, definendo le specifiche, i vincoli tecnici, ma anche sociali, sanitari e di sicurezza, ambientali e commerciali, e di risolverli usando metodi consolidati andando pertanto a realizzare progetti ingegneristici, adeguati al livello di conoscenza e di comprensione sviluppato.
Il corso si propone di fornire la conoscenza di base degli elementi di potenza elettrica e fluidica e del loro utilizzo nei settori della Progettazione e dell’Automazione dell’Ingegneria Meccanica.
Prerequisiti
Basi di fisica, di meccanica e di elettrotecnica
Metodi Didattici
Lezione frontale, realizzazione di esercitazioni di laboratorio e visite didattiche presso aziende del settore.
Modalità di verifica apprendimento
La valutazione dello studente prevede una prova orale.
I quesiti iniziali mireranno a verificare il raggiungimento di un'adeguata conoscenza degli aspetti generali degli azionamenti (oleodinamici, pneumatici ed elettrici), quali le caratteristiche costruttive dei principali organi e i principi generali per la loro selezione.
Successivamente, in maniera trasversale agli argomenti, sarà avviata la discussione di un problema tecnico di progettazione il cui scopo è di verificare la capacità di analizzare apparati complessi ed effettuare collegamenti interdisciplinari.
Nel suo complesso, la prova orale ha l'obiettivo di accertare il conseguimento di un buon livello di cc3, cc5 e cc6. La domanda a sfondo applicativo mira ad accertare il raggiungimento di un buon livello nella capacità ca3, ca5, e ca6 (riferimento alle competenze e capacità descritte negli obiettivi formativi).
Programma del corso
Introduzione alla pneumatica. Caratteristiche della pneumatica.
Classificazione dei dispositivi pneumatici. Simboli ISO.
Fisica dell’aria. Grandezze fondamentali dei gas.
Leggi dei gas. Problemi ed esempi. Efflusso dei gas. Problemi ed esempi.
L'aria compressa. Proprietà tecniche dell’aria compressa. Compressione.
Compressione dell'aria e trattamento dell’aria compressa.
Lubrificazione dell'aria compressa. Gruppo FRL.
Dimensionamento dei serbatoi.
Distribuzione dell'aria compressa: reti e collegamenti flessibili. Esempi.
Attuatori pneumatici. classificazione. Cilindri pneumatici: descrizione,
dimensionamento statico e dinamico.
Carico laterale. Carico di punta. Consumo d'aria.
Attuatori lineari. Attuatori rotativi. Attuatori speciali.
Unità aria-olio. Motori pneumatici.
Valvole pneumatiche. Valvole di controllo della direzione: tipologie.
Valvole pneumatiche. Valvole di controllo della direzione: denominazione,
azionamento, collegamento.
Dimensionamento delle valvole pneumatiche. Valvole di regolazione della
portata. Valvole riduttrici di pressione.
Valvole ad autocommutazione. Valvole particolari. Tecnica proporzionale
Tecnica del vuoto. Generazione del vuota. Ventose.
Sensori e trasduttori
Introduzione all'oleodinamica, torchio idraulico, esempio di semplice
circuito.
Fluidi operanti, caratteristiche generali, viscosità dipendenza dalla
temperatura e dalla pressione, viscosimetri, modulo di comprimibilità,
caratteristiche anti fiamma. Tipologie di pompe: dinamiche volumetriche.
Generazione della potenza idraulica: pompe tipologie costruttive.
Pompe: equazioni fondamentali. Attuatori lineari: principali tipologie ed
equazioni fondamentali per il dimensionamento.
Esempio di dimensionamento di massima circuito pompa-cilindro.
Motori idraulici, tipologie costruttive, accorgimenti per il corretto
funzionamento dei pistoni nei motori a pistoni radiali fissi e nei motori a
pistoni assiali (differenze tra corpo e piastra inclinati).
Motori idraulici, equazioni fondamentali, esempi di calcolo su circuiti
idraulici.
Valvole direzionali, distributori a sede, rotativi ed a cassetto.
Ricoprimento statico e transitorio nei distributori a cassetto. Valvole per il
controllo della pressione.
Campo di funzionamento dei distributori a cassetto, tipi di attuazione dei
distributori, valvole per il controllo della pressione e della portata, valvole
di non ritorno.
Esempi di circuiti oleodinamici per l'azionamento di cilindri e motori
Accessori, serbatoio, scambiatore di calore, filtri
Accumulatori per circuiti idraulici, dimensionamento di massima
Introduzione agli azionamenti elettrici
Struttura di un azionamento elettrico: convertitore, motore, controllore, trasduttori, trasmissione, carico.
Definizioni. Norme CEI corrispondenti.
Azionamenti elettrici, CNC e PLC. CN multiasse.
Esigenze di controllo del moto: variazione, regolazione, inseguimento.
Specifica delle esigenze in un problema di controllo.
Esempi: macchina utensile, robot SCARA.
Tecniche di controllo del moto: velocità, posizione, coppia.
Schemi di controllo in anello aperto e chiuso.
Controlli di velocità.
Controlli di posizione. Inseguimento di posizione.
Controlli di coppia.
Caratteristiche delle principali tipologie di azionamento elettrico.
Accoppiamento motore-carico
Introduzione. Accoppiamento diretto o tramite riduttore. Moto diretto e
retrogrado.
Curva caratteristica del motore. Generatore di velocità. Generatore di
coppia. Generatore di potenza.
Funzionamento da motore, da freno o da generatore. Esempio
(ascensore). Flussi di potenza associati.
Campi operativi di un motore.
Curva caratteristica del carico.
Luogo dei carichi: definizione. Luogo dei carichi statici. Luogo dei carichi
dinamici. Valori efficaci di coppia e velocità angolare.
Accoppiamento diretto motore-carico, condizione di regime, transitorio.
Stabilità del funzionamento a regime.
Transitorio e tempo di avviamento.
Effetto del rapporto di trasmissione. Introduzione.
Perdite di potenza, flusso di potenza diretto e retrogrado. Riduzione di
coppie ed inerzie. Regime. Transitorio. Il volano.
Carichi statici e dinamici: classificazione.
Criteri di verifica e di scelta della taglia dei motori. Verifica dei motori.
Scelta del motore e del riduttore.
Scelta del motore e del rapporto di trasmissione per carichi statici a velocità fissa. Esempio.
Scelta del motore e del rapporto di trasmissione per carichi statici a velocità regolabile. Adattamento dei campi operativi. Cambi di velocità.
Esempio di scelta del motore.
Scelta del motore e del rapporto di trasmissione per carichi di durata limitata.
Scelta del motore e del rapporto di trasmissione per carichi dinamici.
Accoppiamento motore-convertitore. Macchina a regime periodico.
Carichi con movimento lineare.
Elasticità nelle trasmissioni.
Semplici leggi di moto per movimentazioni cicliche.
Parametri di giudizio. Leggi di moto cicloidale e ad accelerazione costante. Confronto.
Legge polinomiale di 5° grado.
Tempo minimo di azionamento.
Leggi di moto perfezionate. Legge di moto a sette tratti con accelerazione lineare.
Tempo minimo di azionamento (analisi approfondita).
Problema termico per gli attuatori elettrici
Introduzione.
Bilancio termico in un motore elettrico.
Comportamento termico a regime, coppia e potenza nominali.
Comportamento termico in transitorio per carico costante.
Comportamento termico: servizi generici e standard.
Classi d’isolamento, grado di protezione, declassamenti.
Sovraccarico di motore, convertitori e protezioni.