Dal Zotto Davide

Moro Matteo

Rigon Alberto

Zambon Andrea

INTRODUZIONE

La macchina tritacarne e’ stata sottoposta ad una revisione completa. In una prima fase la macchina e’ stata rimessa in funzione sistemando il cablaggio elettrico, in una seconda fase del progetto si e’ deciso di sostituire interamente il sistema elettrico cablandone uno di più moderno composto da: un pulsante di emergenza, un pulsante di marcia che funge anche da pulsante di riarmo e infine un interruttore magnetotermico il quale permette la messa in sicurezza dell’impianto. La macchina e’ stata successivamente revisionata nelle sue parti meccaniche. I vari componenti:ruote dentate ed alberi sono stati sottoposti a prove di durezza per poter determinarne il materiale di costruzione e dopo un controllo della loro funzionalità si e’ proceduto alla loro pulizia e lubrificazione. E’ stato eseguito uno studio tecnico di verifica dimensionale dei vari componenti meccanici: diametri primitivi delle ruote e rispettivi moduli. Per rendere visibile il funzionamento della macchina abbiamo realizzato i relativi disegni tecnici con Autodesk Inventor 3D. Per la realizzazione del disegno complessivo finale sono stati disegnati precedentemente tutti i vari componenti e successivamente assemblanti e opportunamente vincolati tra loro. Infine la macchina è stata carteggiata e verniciata per renderla migliore esteticamente.

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DI MACINATURA Il montaggio della coclea del coltello e della piastra forata deve venire eseguito in modo corretto ai fini di far lavorare il tritacarne in modo perfetto. Montando correttamente la colea(elica) la sua estremità posteriore andrà ad inserirsi sulla presa dell’albero, poi verranno montati il coltello e la piastra e il tutto bloccato tramite una ghiera. La ghiera non va fissata in modo eccessivo per non creare inutili attriti fra coltello e piastra, il tritacarne lavorerà in modo perfetto se coltello e piastra saranno correttamente montati.

COCLEA COLTELLO

PIASTRA FORATA

Montata la macchina la carne, precedentemente tagliata in pezzi più piccoli, viene immessa sulla tramoggia del tritacarne e viene premuta all’interno della bocca di macinatura tramite un pestello in plexiglas dall’operatore, dove incontra l’elica in rotazione.

La coclea in rotazione preme la carne contro le pareti scanalate del tubo di contenimento permettendo alla carne di ricevere una prima sminuzzatura. Attraverso la pressione dell’elica la carne così sminuzzata viene premuta contro il coltello, posto all’estremità della coclea, collegato alla piastra forata permettendo alla carne di essere tritata definitivamente e di ottenere così il nostro

macinato.

- Vari tipi di coltello e piatsra

In base al tipo di piastra è possibile ottenere una diversa sezione del macinato in uscita in base alle diverse esigenze.

DESCRIZIONE TECNICA GENERALE DI FUNZIONAMENTO

Nella macchina è presente un motore elettrico,il quale fornisce l’energia per il funzionamento del processo di tritatura. Il motore presente è un motore trifase asincrono il quale sviluppa una potenza P = 1CV e un numero di giri n in uscita di 1000 giri/min. L’albero motore collegato, tramite linguetta alla ruota dentata elicoidale(pignone), trasmette il moto datogli dal motore ad un riduttore di giri composto da due coppie di ruote dentate. Il rapporto di trasmissione del riduttore è pari a i = 10,23 ottenendo così una riduzione di giri n = 98 in uscita. Il riduttore in uscita è collegato all’albero, tramite linguetta, e sostenuto tramite bronzine e cuscinetto reggispinta. Attraverso la scanalatura che questo presente nella sua parte terminale è collegato alla coclea, la quale grazie alla sua forma di vite senza fine a passo variabile comprime la carne all’interno del tubo di contenimento con il profilo scanalato. Nella parte terminale la coclea è provvista di un coltello che sminuzza la carne prima che questa esca attraverso la piastra forata.

DISPOSITIVO DI SICUREZZA Il dispositivo della messa in sicurezza è formato da un magnetotermico che protegge il motore da un eventuale cortocircuito, poi abbiamo un pulsante di emergenza e un pulsante di marcia che funge anche da pulsante di riarmo collegato ad una bobina di sgancio in caso di un blocco della macchina. Il pulsante di emergenza è il tipico pulsante a fungo che in caso di pericolo viene premuto è blocca tutto il sistema poi basta disinserirlo per far ripartire il sistema. Il pulsante di marcia ha due compiti:

1. fa da interruttore di start e fa partire la macchina 2. fa da interruttore di riarmo, cioè se alla macchina viene a mancare la corrente

la bobina di sgancio agisce sul magnetotermico disinserendolo e poi bisogna premere il pulsante di marcia per riarmare il sistema e quindi far partire la macchina.

Interruttore magnetotermico L'interruttore magnetotermico, detto anche interruttore automatico, è un dispositivo elettrotecnico in grado di interrompere un circuito in caso di sovracorrente. Sostituisce il fusibile, con il vantaggio di una maggior precisione di intervento ed essere facilmente ripristinabile con la pressione di un pulsante o l'azionamento di una leva.. Funzionamento I due fenomeni considerati, cortocircuito e sovraccarico hanno caratteristiche ben diverse e devono essere considerati separatamente. Come si nota dal nome, all'interno di un interruttore magneto-termico sono presenti due ben distinte sezioni che rilevano i due fenomeni per mezzo di differenti principi fisici.

Inizialmente l'interruttore deve essere chiuso agendo sul comando manuale oppure, nei modelli più grandi, per mezzo di motori elettrici. In questo modo viene caricata una molla che tende a provocare l'apertura dei contatti, ma è trattenuta da un'ancorina. Quando il dispositivo rileva un guasto, la molla viene liberata e si ha lo scatto, cioè l'apertura dell'interruttore. La forza prodotta dalla molla deve essere tanto più elevata quanto maggiore è l'intensità della corrente da interrompere, ovvero il potere di interruzione del dispositivo. Protezione dal cortocircuito Questo tipo di guasto si verifica quando due fili conduttori a differente potenziale (nel caso generale della corrente alternata trifase: fase – neutro entrano in diretto contatto tra loro, provocando un elevatissimo ed istantaneo flusso di corrente. La rilevazione di questo evento avviene per mezzo un relè. L'elevato impulso di corrente induce un campo magnetico che attira una ancorina la quale provoca l'apertura dell'interruttore. La caratteristica di intervento è pertanto istantanea, in modo da evitare sollecitazioni termiche e meccaniche, dovute all'elevata corrente di corto circuito, dannose per le condutture e le apparecchiature elettriche.

Componenti macchina INTRODUZIONE ALLE RUOTE DENTATE

FUNZIONAMENTO

Le ruote dentate sono organi meccanici molto diffusi e utilizzati per trasmettere il moto rotatorio tra alberi in modo da garantire la costanza del rapporto di trasmissione. La trasmissione del moto avviene tramite l’ingranamento di denti delle ruote. La ruota dentata che imprime il moto, trascinando dietro di sé l’altra, è detta motrice, o pignone, la ruota che viene trascinata, subendo l’azione dell’altra, è detta condotta. Nelle ruote a denti diritti i denti sono paralleli all’asse di rotazione, mentre nel caso di una dentatura a denti elicoidali i denti risultano inclinati rispetto all’asse e, rispetto alle altre, garantiscono una minore rumorosità, a causa dell’ingranamento più graduale, e una minore usura da contatto dei denti per la maggiore superficie di contatto offerta. Queste ultime hanno lo svantaggio di introdurre sugli alberi azioni interne aggiuntive rispetto alle ruote dentate a denti diritti. Producono infatti una forza assiale, una forza risultante lungo l'asse dell'ingranaggio, che deve essere vincolata, cioè sostenuta da un apposito cuscinetto a sfere reggispinta. La continuità della trasmissione del moto tra due ruote dentate è garantita quando ogni coppia di denti in presa cessa il suo accoppiamento solo dopo che un’altra coppia di denti è entrata in contatto per iniziare e percorrere il suo arco di presa. Si realizza così la condizione che in ogni istante c’è una coppia di denti in presa. Il dente si sviluppa lungo un’elica la cui tangente è inclinata di un angolo β rispetto all’asse. Nell’ingranamento tra due ruote a denti diritti elicoidali la lunghezza totale di contatto è maggiore della lunghezza d’azione delle ruote a denti diritti, perché il punto di contatto si sposta assialmente con gradualità lungo l’elica di un quantità pari alla larghezza del dente per la tangente dell’angolo dell’elica β, rendendo così la trasmissione più dolce, regolare e silenziosa. Il rapporto di trasmissione realizzabile con l’impiego di questo tipi di ruote può essere più elevato(anche 30) e comunque maggiore di quello realizzabile negli ingranaggi a denti diritti(massimo 8).

L’inclinazione del dente, come detto prima, da origine ed una forza assiale, tanto più grande quanto maggiore è l’angolo β di inclinazione del dente. Fa = Ft · tg β Questa spinta risulta essere la componente assiale della forza che si scambiano i denti nel trasmettere il momento torcente. Per i calcoli di dimensionamento delle ruote dentate cilindriche e denti elicoidali si applicano gli stessi criteri e le stesse formule adottate per le ruote a denti diritti, tenendo presente che la spinta tra dente e dente F1, sempre perpendicolare alla superficie di contatto, è sempre maggiore a causa dell’inclinazione β dei denti.

MOTORE ELETTRICO

Il movimento è dato da un motore elettrico asincrono, trifase. Col termine motore elettrico si definisce una macchina elettrica in cui la potenza di ingresso è di tipo elettrico e quella di uscita è di tipo meccanico.

Esempio di motore elettrico trifase assicrono

Il motore asincrono è un tipo di motore elettrico in corrente alternata in cui la frequenza di rotazione non è uguale alla frequenza di rete, ovvero non è "sincrono" con essa; per questo si distingue dai motori sincroni. Il motore asincrono è detto anche motore ad induzione in virtù del suo principio di funzionamento.

Funzionamento tecnico

Il motore asincrono trifase viene alimentato da un sistema di tensioni trifasi cioè tre tensioni che sono sfasate tra di loro di 120°.

stella di tensioni del sistema trifase

La tensione di alimentazione del sistema trifase è di 380 V in valore efficace, alla frequenza f = 50 Hz. Il motore si compone di una parte fissa detta statore e una parte mobile detta rotore, ambedue di forma cilindrica. In ambedue le parti, delle quali lo statore contiene il rotore, sono praticati dei fori paralleli all'asse del cilindro, detti cave, destinati ad ospitare gli avvolgimenti, ovvero l'insieme dei conduttori. Nello statore si trovano tre bobine doppie, le quali vengono disposte l’una rispetto all’altra di 120°.

Motore asincrono trifase

Tali bobine vengono alimentate dal sistema trifase di tensioni; vengono, quindi, percorse da una certa corrente, e si ha luogo ad un campo magnetico variabile, generato ciascuno dalle tre bobine. Nella zona compresa tra le tre bobine il campo magnetico sarà la somma dei tre campi magnetici delle tre bobine e questo campo magnetico ruota attorno all’asse del motore con una frequenza fissa:

f =50 Hz

Se all’interno di queste bobine mettiamo un altro avvolgimento in corto circuito sul rotore, a causa del flusso magnetico che si concatena con gli avvolgimenti di rotore nasce una forza elettromotrice indotta per la legge di Faraday. Poiché gli avvolgimenti da fare sul rotore devono essere in corto circuito e devono, quindi, sopportare una elevata corrente, devono avere una elevata sezione, per cui si preferisce mettere delle barre di alluminio attorno ad un nucleo di materiale ferromagnetico, costituito da lamierini al silicio. In tal modo le barre di alluminio, chiuse in corto circuito si comportano come un’insieme di poche spire, aventi ciascuna una elevata sezione, in modo da sopportare le elevate correnti di corto circuito. Queste correnti sono dovute alla tensione che si genera nelle barre a causa della legge di Faraday, in quanto il campo magnetico generato dallo statore è variabile. Queste correnti danno luogo ad un altro campo magnetico rotante generato sul rotore; tale campo magnetico ha verso opposto a quello generato dallo statore. Di conseguenza il rotore, poiché si oppone al campo magnetico di statore è costretto a mettersi in movimento e quindi ruotare con la stessa velocità del campo magnetico rotante di statore. Il rotore non ruota a una velocità costante, cioè la velocità di sincronismo, ma rallenta al variare del carico; per cui il motore non è detto sincrono ma asincrono, cioè non rispetta la velocità di sincronismo imposta dallo statore. Infatti, la velocità di sincronismo del campo magnetico rotante di statore è, nel caso di una sola coppia polare di rotore:

ns = 60 f

dove ns è il numero di giri al minuto, cioè la velocità di sincronismo, mentre f è la frequenza.

Infatti, la velocità n del rotore in giri al minuto del motore è legata alla frequenza f di alimentazione e al numero di coppie polari p dalla relazione:

Per esempio, un motore con tre coppie polari (6 poli totali), alimentato a 50 Hz ha una velocità angolare di sincronismo di 1000 giri al minuto.

La legge di Faraday La legge di Faraday o legge dell'induzione elettromagnetica è una legge fisica che quantifica l'induzione elettromagnetica, ovvero l'effetto di produzione di corrente elettrica in un circuito posto in un campo magnetico variabile La legge di Faraday-Lenz enuncia che la forza elettromotrice indotta in un circuito è uguale alla variazione del flusso magnetico concatenato con il circuito, ma si oppone alla variazione dello stesso, in modo da poter ritenere ancora valido il principio di conservazione dell'Energia. È importante notare come un campo magnetico costante non dia origine al fenomeno dell'induzione. Non è possibile quindi collocare un magnete all'interno di un solenoide ed ottenere energie elettrica dal nulla. È necessario che il magnete o il circuito vengano mossi, consumando energia meccanica. Per lo stesso motivo un motore elettrico può funzionare solamente in corrente alternata.

DIMENSIONAMENTO COMPONENTI

MOTORE ELETTRICO: • POTENZA NOMINALE: 1 C V = 735.499 Watt

• NUMERO COPPIE POLARI: 3

• VOLTAGGIO: 380 Volt

• FREQUENZA DI RETE: 50 hZ

Il nostro motore elettrico e’ un motore asincrono trifase con tre coppie polari. Per il calcolo del numero di giri (n) e` stata utilizzata la relazione:

n = 60 · f = 60 · 50 = 1000 giri/min P 3

ALBERO MOTORE • MATERIALE DI COSTRUZIONE: C 40

• DIAMETRO:13mm

• MOMENTO TORCENTE SULL’ ALBERO: 7000 N∙mm L’albero motore e` sottoposto ad un momento torcente,dovuto all’azione del motore elettrico e alla resistenza opposta degli ingranaggi ,il quale e` pari a 7000 N∙mm cosi calcolato:

Mtorcente= P = 735 = 7 N∙M (=7000 N∙mm)

W 104,72

P (potenza trasmessa dal motore) = 1cv = 1∙735 = 735 Watt

W(velocità angolare) = 2∙π∙n = 2∙π∙1000 = 104,72 rad/sec

60 60

Il materiale dell’albero e` stato identificato dopo una prova di durezza Brinnel, pari a: HB = 191 Brinnel Permettendoci così di classificarlo come C40.

RUOTA DENTATA ELICOIDALE DELL’ALBERO MOTORE(pignone ): • Mt = 700N∙mm

• DIAMETRO ESTERNO: 29.2 mm

• NUMERO DI DENTI: 16

• MATERIALE DI COSTRUZIONE: C 40

• ANGOLO INCLINAZIONE DEI DENTI (β): 12°

• ANGOLO DI PRESSIONE (α): 20°

La ruota dentata dell’albero motore e` calettata all’albero tramite una linguetta e il suo scopo e` quello di trasmettere il moto rotativo dell’albero alla successiva ruota dentata. Il suo materiale di costruzione e` stato calcolato come per l’albero motore tramite la prova di durezza Brinnel, conferendo gli stessi risultati del precedente caso abbiamo dedotto che la ruota dentata e` costruita in C40. Calcoli dimensionali ruota 1&2(pignone): i = Z2 = 58 = 3,6

Z1 16

i = rapporto di trasmissione

Z1 = numero denti del pignone

Z2 = numero denti ruota in Tephlon

Il numero di giri passa da 1000 giri/min dell’albero motore a 277 giri/min dell’albero

intermedio ricavato da:

i = n1 n2 = n1 = 1000 = 277 giri/min

n2 i 3,6

i = rapporto di trasmissione =3.6

n1 = numero giri albero motore=1000

n2 = numero giri albero intermedio

STUDIO DEL MODULO RUOTA1&2 i = 3,625 z1 = 16 z2 = 58(da costruttore)

m = K · 3 Mt·cos2β λ·Pam

2

Pam = 24,5 ·6 H _ n1 · h si prevede un funzionamento limitato h = 1000 si assume come materiale un acciaio da bonifica C40 H = 190(durezza materiale)

Pam = 24.5 ·6 190 = 465,5 N/mm2

1000 · 1000

K = 3 2 · K12 · ( 1 + z1 )

z12 · sen2αt z2

K1 = 1,18 · E1 · E2 = 378 E1 + E2

E = 206000 N/mm2 per acciai non legati

αt = arctg · ( tg αn ) = arctg (tg20° ) = 20,41° cosβ cos12°

K = 3 2 · 3782 · (1 + 16 ) = 12,96 162 · sen(2 · 20,41°) 58

mn = 12,96 · 7000 · (cos12°)2 = 1,49 20 · 465,52

si assume λ = 20 per ruote mediamente precise

mt = mn = 1,49 = 1,52 cosβ cos12°

caratteristiche dimensionali ruota1 z1 = 16 mn = 1,49 mt = 1,52 Dp1 = mt · z1 = 1,52 · 16 = 24,32mm Da = Dp1 + 2ha = 24.32 + 2·1,49 = 27,3mm ha = mn = 1,49mm larghezza dente b = λ · mn = 20 · 1,49 = 29,8

caratteristiche dimensionali ruota2 z2 = 58 mn = 1,49 mt = 1,52 Dp2 = mt · z2 = 1,52 · 58 = 88,16mm Da = Dp2 + 2ha = 88,16 + 2·1,49 = 91,14mm ha = mn = 1,49mm larghezza dente b = λ · mn = 20 · 1,49 = 29,8

RUOTE DENTATE ELICOIDALI DELL’ ALBERO INTERMEDIO: Le due ruote elicoidali sono supportate da un albero vincolato ad un perno fisso tramite una bronzina. La prima ruota dentata che riceve il moto dal pignone dell’albero motore e` costituita in Tephlon materiale che permette un buon assorbimento del rumore provocato dalla trasmissione meccanica del moto. L’albero di supporto di diametro 14 mm e la seconda ruota dentata sono anch’essi in C40. La seconda ruota dentata trasmette il moto ricevuto ad una quarta ed ultima ruota dentata.

Il primo ingranaggio è costituito dal pignone dell’albero motore e dalla ruota dentata elicoidale in Tephlon, già dimensionate precedentemente. Ruota dentata elicoidale2 in Tephlon: • DIAMETRO ESTERNO: 93.5 mm

• DIAMETRO INTERNO: 14 mm

• NUMERO DI DENTI: 58

• MATERIALE DI COSTRUZIONE: Tephlon

• ANGOLO INCLINAZIONE DEI DENTI (β): 20°

Ruota 3 • DIAMETRO ESTERNO: 29.2 mm

• DIAMETRO INTERNO: 13 mm

• NUMERO DI DENTI: 16

• MATERIALE DI COSTRUZIONE: C 40

• ANGOLO INCLINAZIONE DEI DENTI (β): 20°

Ruota 4

• DIAMETRO ESTERNO: 76.3 mm

• DIAMETRO INTERNO: 14 mm

• NUMERO DI DENTI: 48

• MATERIALE DI COSTRUZIONE:C 40

• ANGOLO INCLINAZIONE DEI DENTI (β): 20°

Calcoli dimensionali secondo ingranaggio ruota3&4 : Il secondo ingranaggio è costituito da una ruota dentata calettata all’albero

intermedio con 277 giri/min che trasmette il moto alla quarta ruota dentata dove è

fissato l’albero e successivamente la coecla riducendone ulteriormente i giri.

i= Z4 = 48 = 2,82

Z3 17

i = rapporto di trasmissione

Z3 = numero denti terza ruota

Z4 = numero denti quarta ruota

Il numero di giri passa da 277 giri/min dell’albero intermedio a 90 giri/min

dell’albero finale ricavato da:

i = n3 n4 = n3 = 277 = 98,3 ≈ 99 giri/min

n4 i 2,82

I = rapporto di trasmissione =3

n3 = numero giri albero intermedio=277

n4 = numero giri albero finale

Calcolo del momento torcente nella ruota3 il quale dipende da P e da n(il suo

numero di giri):

Mtorcente2 = P = 735 = 25,41 N∙mm (=25410 N∙mm)

W 28,92

P (potenza trasmessa dal motore) = 1cv = 1∙735 = 735 Watt

W(velocità angolare) = 2∙π∙n3 = 2∙π∙277 = 28,92 rad/sec

60 60

STUDIO DEL MODULO RUOTA3&4 i = 2,82 z1 = 17 z2 = 48(da costruttore)

m = K · 3 Mt·cos2β λ·Pam

2

Pam = 24,5 ·6 H _ n1 · h si prevede un funzionamento limitato h = 1000 si assume come materiale un acciaio da bonifica C40 H = 190(durezza materiale)

Pam = 24.5 ·6 190 = 576,81 N/mm2

277 · 1000

K = 3 2 · K12 · ( 1 + z1 )

z12 · sen2αt z2

K1 = 1,18 · E1 · E2 = 378 E1 + E2

E = 206000 N/mm2 per acciai non legati

αt = arctg · ( tg αn ) = arctg (tg20° ) = 20,41° cosβ cos12°

K = 3 2 · 3782 · (1 + 17 ) = 12,7 172 · sen(2 · 20,41°) 48 mn = 12,7 · 25410 · (cos12°)2 = 1,68 20 · 576,812

si assume λ = 20 per ruote mediamente precise

mt = mn = 1,68 = 1,7 cosβ cos12°

caratteristiche dimensionali ruota1 z1 = 17 mn = 1,68 mt = 1,7 Dp1 = mt · z1 = 1,7 · 17 = 28,9mm Da = Dp1 + 2ha = 28,9 + 2·1,68 = 30,26mm ha = mn = 1,68mm larghezza dente b = λ · mn = 20 · 1,68 = 33 ,2mm

caratteristiche dimensionali ruota2 z2 = 48 mn = 1,68 mt = 1,7 Dp2 = mt · z2 = 1,7 · 48 = 81,6mm Da = Dp2 + 2ha = 81,6 + 2·1,68 = 84,96mm ha = mn = 1,68mm larghezza dente b = λ · mn = 20 · 1,68 = 33,2

CARATTERISTICHE ALBERO E COMPONENTI FINALI

Alla quarta ruota dentata vi è calettato l’albero finale con un numero di giri n = 99 giri/min. Quest’albero di diametro 20mm è sostenuto in un estremità da un cuscinetto radente(bronzina),e nell’altra da un cuscinetto a sfere reggispinta.L’albero inoltre trasmette il moto circolare alla coclea collegata ad esso tramite un sistema di scanalature riportate in positivo e negativo, al termine della quale vi è un coltello ed in fine la piastra forata. Il sistema coclea-coltello-piastra è situato all’interno del tubo di contenimento scanalato, il quale esternamente è filettato e permette l’aggancio della ghiera che mantiene solidali i componenti per la tritatura. Tramite un esame di durezza abbiamo rilevato che questi componenti sono realizzati in ottone, alcuni successivamente cromati.

CONSIDERAZIONI FINALI: Questo modello di tritacarne ad uso domestico funziona con un motore elettrico alimentato da una tensione di 380 Volt in quanto è un modello vecchio ormai fuori produzione. Essendo vecchio i materiali usati per i componenti a diretto contatto con l’alimento non sono in acciaio inossidabile come stabiliscono le norme UNI 9891 per l’igiene,ma sono in ottone cromato.