02 Progetto Cambio

8/16/2019 02 Progetto Cambio

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Politecnico di Milano – Facoltà di Ingegneria IndustrialeCorso di laurea in Ingegneria Meccanica

Progettazione di Sistemi Meccanici

Anno Accademico 2010/2011

ESERCITAZIONE – PROGETTAZIONE DI UN CAMBIO PER AUTOVEICOLO

Si consideri un cambio a quattro marce con comando manuale usualmenteimpiegato in autoveicoli a motore anteriore e trazione posteriore di cui si mostrauna sezione longitudinale in figura 1. Esso è costituito da tre alberi: un albero diingresso o conduttore, un albero di uscita o condotto ed un terzo albero di rinvio o

intermedio. Uno schema del cambio in oggetto è mostrato in figura 2 ed i rapportidi trasmissione globali delle singole marce sono assegnati in tabella 1.

Considerando che le ruote dentate utilizzate sono tutte cilindriche a dentaturaelicoidale e trascurando tutte le perdite di potenza, si richiede di effettuare, inbase ai dati di progetto:

1. il dimensionamento di massima dell’albero di rinvio;

2. il calcolo delle spinte scambiate tra le ruote dentate, delle reazioni vincolarie delle azioni interne per l’albero di rinvio in tutte le condizioni di marcia(esclusa la retromarcia);

3. lo schizzo costruttivo dell’albero di rinvio;

4.

la verifica statica e a fatica dell’albero di rinvio in condizioni di secondamarcia;

5. il calcolo della freccia massima, delle velocità critiche flessionali e torsionalidell’albero di rinvio;

6. il dimensionamento, la verifica a pitting e a fatica flessionaledell’ingranaggio della prima marcia.

Dati di progetto

Coppia motrice massima Mm = 180 Nm

Velocità di rotazione motore in coppia massima nm = 4200 rpm

Rapporto d’ingranaggio della coppia di ruote OO’ u0 = 1.25

Interasse a = 85 mm

Angolo di pressione normale n = 20°

Angolo d’elica β = 15°

Larghezze di fascia ruote OO’, II e III marcia bOO’ = bII = 30 mm

bIII = 40 mm


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Larghezza di fascia ruote I marcia (indicativa) bI ≈ 50 mm

Tabella 1. Rapporti globali di trasmissione delle singole marce del cambioconsiderato.

I II III IV

0.258 0.481 0.719 1.000

Tabella 2. Materiali da utilizzare per la costruzione degli alberi e delle ruotedentate.

Alberi

Acciaio al carbonio C 30 bonificato UNI 7845

Rm = 540÷690 MPa

Rp0.2 = 325 MPa

Acciaio legato al Cr-Mo 25 CrMo 4 bon. UNI 7845

Rm = 690÷830 MPa

Rp0.2 = 440 MPa

Acciaio legato al Ni-Cr-Mo 39 NiCrMo 3 bon. UNI 7845

Rm = 880÷1080 MPa

Rp0.2 = 685 MPa

Ruote dentate

Acciaio legato per tempra superficiale 41 CrMo 4 UNI 7847

Rm = 880÷1080 MPa

Rp0.2 = 640 MPa

HB = 500

Acciaio da cementazione 16 NiCr 11 UNI 8550

Rm = 835÷980 MPa

Rp0.2 = 640 MPa

HB = 540


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Acciaio da nitrurazione 31 CrMo 12 UNI 8552

Rm = 980÷1180 MPa

Rp0.2 = 785 MPa

HB = 600

Figura 1. Sezione longitudinale di un cambio per autovettura a quattro marce concomando manuale.

Figura 2. Schema funzionale e dimensionale di un cambio per autovettura aquattro marce con comando manuale.


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Diagrammi utili per la verifica a resistenza dell’albero di rinvio

Figura 1. Coefficiente dimensionale b2 in funzione della dimensione del componente meccanico(Fonte: Costruzione di Macchine I, P. Davoli et al., Mc-Graw Hill).

Figura 2. Coefficiente superficiale b3 in funzione del carico di rottura Rm e della finitura superficiale:1 lucidato, 2 rettificato fine, 3 rettificato, 4 e 5 tornito(Fonte: Costruzione di Macchine I, P. Davoli et al., Mc-Graw Hill).


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Figura 3. Coefficiente di intaglio teorico per un albero con spallamento soggetto a flessione otrazione (Fonte: Costruzione di Macchine I, P. Davoli et al., Mc-Graw Hill).


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Figura 4. Coefficiente di intaglio teorico per un albero con gola circolare soggetto a flessione otrazione (Fonte: Costruzione di Macchine I, P. Davoli et al., Mc-Graw Hill).


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Figura 5. Coefficiente di intaglio teorico per un albero con spallamento o con gola circolaresoggetto a torsione (Fonte: Costruzione di Macchine I, P. Davoli et al., Mc-Graw Hill).


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Figura 6. Parametro √ρ per il calcolo della sensibilità all’intaglio q attraverso la formula del Neuber,in funzione del carico di rottura Rm (Fonte: Costruzione di Macchine I, P. Davoli et al., Mc-Graw Hill).


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Diagrammi utili per la verifica di resistenza degli ingranaggi


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Verifica a pitting degli ingranaggi

Figura 7. Fattore di lubrificazione ZL in funzione della viscosità cinematica nominale del lubrificante.(Fonte: norma ISO 6336-2:2006(E) ).


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Figura 8. Fattore di rugosità ZR in funzione della rugosità superficiale dei fianchi dei denti.(Fonte: norma ISO 6336-2:2006(E) ).

Figura 9. Fattore di velocità ZV in funzione della velocità tangenziale nel punto primitivo.(Fonte: norma ISO 6336-2:2006(E) ).


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Verifica a flessione degli ingranaggi

Figura 10. Fattore di forma YFa (Norma ISO 6336-3:1996(E)).


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Figura 11. Fattore di correzione della tensione YSa (Norma ISO 6336-3:1996(E)).


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Figura 12. Fattore di sensibilità all'intaglio relativo YrelT (Norma ISO 6336-3:1996(E)).


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Figura 13. Fattore di sensibilità all'intaglio Yδδδδ (Norma ISO 6336-3:1996(E)).


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Figura 14. Fattore di superficie relativo YRrelT (Norma ISO 6336-3:1996(E)).

Figura 15. Fattore dimensionale Yx (Norma ISO 6336-3:1996(E)).


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Materiali e trattamenti termici per ingranaggi – Abbreviazioni e sollecitazioni limite

Figura 16. Abbreviazioni per i materiali e trattamenti termici (Norma ISO 6336-1:2006(E)).


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