Facoltà di Ingegneria

Corso di laurea in Ingegneria meccanica

Corso di Disegno assistito dal calcolatore I

Anno Accademico 2004/05

Studente:Bellachioma Nicolino

Matricola:1003416

Modellazione del differenziale di un Nissan Cabstar utilizzando Solid Edge V17

L’oggetto modellato,il funzionamento e le fonti.

L’idea della modellazione di un differenziale proviene essenzialmente dalla curiosità che questo componente mi ha sempre suscitato e dalla possibilità di averlo a disposizione. Prima della modellazione, inoltre, non avevo compreso appieno il suo completo funzionamento e la necessità di alcuni suoi componenti.

L’ utilizzo del differenziale ha il seguente scopo: trasmettere il moto dal cambio all’asse di trazione (nella maggior parte dei casi, come in questo, la trazione è posteriore). Oltre alla semplice trasmissione meccanica questo componente riesce a far variare la direzione della rotazione tramite un ingranaggio ipoide chiamato generalmente coppia conica.

Ogni componente ha inoltre una sua precisa funzione:

-La flangia è collegata all’albero motore tramite un collegamento ad attrito e più precisamente con quattro bulloni. L’albero motore, che è responsabile della trasmissione del moto dal cambio al differenziale, trasmette, quindi, il momento torcente alla flangia che è collegata tramite profili scanalati al pignone. Sulla flangia, inoltre, è presente un paraolio affinché il lubrificante presente nel differenziale non fuoriesca.

-Il pignone, che riceva il moto rotatorio dalla flangia, trasmette a sua volta quest’ ultimo alla “ruota condotta” che per la sua particolare posizione “ruota” l’ asse di rotazione di novanta gradi. Il grado di libertà concesso al pignone è solo quello della rotazione attorno al proprio asse in quanto è collegato alla flangia sia da profili scanalati, come osservato precedentemente, sia da un dado che ne impedisce la traslazione lungo il proprio asse.

-La ruota condotta è a sua volta collegata tramite nove viti al portatreno, quindi quest’ ultimo ruota solidalmente alla ruota.

-All’ interno del portatreno ci sono due satelliti e due planetari: mentre i satelliti sono costretti a ruotare attorno all’asse del portatreno, essendo collegati ad esso tramite un albero, i due planetari, a cui sono collegati i semiassi che trasmettono il moto alle ruote, sono svicolati da questa rotazione.

La funzione particolarmente interessante e per me, come già esposto precedentemente, di difficile comprensione riguarda la capacità del differenziale di permettere l’assunzione di velocità di rotazione differenti ai due semiassi collegati ai planetari. Considerando una strada diritta le velocità di rotazione delle due ruote sono identiche. Questo perché il moto, dalla ruota condotta ai planetari, è dovuto essenzialmente all’ ostacolo che i satelliti offrono ai planetari. Nel caso di una curva, in cui le velocità di rotazione dei due semiassi sono differenti, i satelliti, ruotando attorno al proprio asse, consentono ai planetari di avere velocità angolari diverse tra loro e diverse da quella della ruota condotta.

Figura 1: I componenti del differenziale

La strategia di modellazione.

La strategia di modellazione dalla quale sono partito è stata quella di rappresentare in maniera molto fedele quello che è il modello reale di ogni singolo componente. Col proseguire del lavoro ho parzialmente abbandonato questo intento perché parallelamente alla modellazione Part dei singoli componenti ho preferito lavorare anche in ambiente Assembly quindi ogni qualvolta realizzavo un componente lo inserivo nell’ assieme. Questo ha portato all’ individuazione, pressoché immediata, di errori di misurazione, dato che avevo la necessità di non avere interferenze piuttosto che rispettare fedelmente il modello reale, e quindi di modellazione. In questo modo ho prevenuto il lavoro aggiuntivo che mi sarei dovuto sorbire se avessi prima modellato i componenti e se li avessi assemblati successivamente.

Utilizzando quindi questa strategia sono partito dalla modellazione dei componenti interni (satelliti e planetari) fino ad arrivare alla cassa esterna che come si può vedere è stata creata direttamente sull’assieme finale e notevolmente semplificata dato lo scarsa necessità di precisione richiesta per quest’ ultimo.

Passaggi dettagliati per la modellazione di alcuni componenti.

- Per la modellazione del satellite (figura 4) e del planetario (figura 3) ho seguito il ciclo di lavorazione proprio di questi componenti. Partendo dai modelli reali ho dapprima costruito una protusione di rivoluzione da un profilo ottenuto dalla misurazione diretta sui componenti. Successivamente ho effettuato uno scavo, considerando il profilo ad evolvente da ottenere sui fianchi dei denti ed infine utilizzando il comando “Campitura circolare” ho creato la dentatura. Sul planetario, inoltre, ho generato uno scavo ed una campitura per creare il profilo scanalato che collega questo componente al semiasse.

Figura 2: Satelliti, planetari e relativi spessori	Figura 3: Profili utilizzati per la dentatura del planetario

Figura 4: Profili utilizzati per la dentatura del satellite	Figura 6: Spessore satellite

- La ruota condotta (figura 7) è stata modellata in modo simile ai satelliti e ai planetari. All’ inizio sono partito con la solita protusione di rivoluzione di un profilo ricavato dal modello reale ma invece di effettuare uno scavo che riproducesse la dentatura ho preferito creare una protusione del dente e successivamente, utilizzando il comando di campitura circolare, ho concluso la modellazione. Al contrario dei satelliti e planetari la modellazione del dente in questo componente si è rivelata molto più complicata. Questo perché il dente, che nei componenti precedentemente illustrati è diritto, in questo caso è elicoidale. Per questo ho generato due profili che riproducessero il profilo ad evolvente del dente alle due estremità ed infine tramite la generazione di due curve, su piani opportunamente creati, che collegano i profili suddetti (figura 8) ho utilizzato il comando “Protusione di scorrimento” per modellare dente. Alla fine sul retro ho modellato i fori filettati, tramite il comando “Crea foro“, per l’accoppiamento tramite viti con il portatreno.

Figura 7: La ruota condotta	Figura 8: Ruota condotta e relativi profili per la costruzione del dente

- Per il portatreno (figura 9) ho seguito una strategia diversa. Come accennato precedentemente la modellazione dei componenti è progredita parallelamente all’ assemblaggio degli stessi (figura 11) quindi prima di iniziare la modellazione ho assemblato i satelliti e i planetari e prese le dimensioni di ingombro di questi ultimi ho costruito il portatreno controllando continuamente l’eventuale presenza di interferenze.

Figura 9: Il portatreno	Figura 10: Portatreno modellato

Figura 11: Preassemblaggio utilizzato per il portatreno	Figura 12: Assemblaggio completo

L’assieme.

L’ambiente Assembly di Solid Edge è stato, all’inizio, molto complicato da comprendere ed utilizzare soprattutto avendo già dimestichezza con il medesimo ambiente in Solid Works. Quest’ ultimo infatti è, a mio parere, più semplice da intuire ed utilizzare. La mancanza, inoltre, di un accoppiamento tra ingranaggi, presente invece in Solid Works, ha complicato ulteriormente il mio lavoro. Nell’ accoppiare i satelliti e planetari non ho avuto particolari problemi essendo gli assi di questi ultimi perpendicolari tra loro. Nell’ accoppiare invece la coppia conica ho impiegato quasi due giorni per trovare una posizione che non creasse interferenza tra i denti: non avendo, infatti, la posizione dell’asse del pignone rispetto a quello della ruota condotta ho dovuto fare tutto manualmente (figura 13). La coppia conica, come del resto i satelliti e i planetari, sono disaccoppiati a causa della mancanza di un idoneo comando, cioè se nell’assieme si muove uno di questi componenti quello a contatto con quest’ ultimo non si muove. Una volta assemblata la coppia conica ho creato, sulla base delle dimensioni di ingombro, la cassa esterna.

I draft.

Le tavole richieste sono quelle dell’ esploso, di un componente e del complessivo.

- La tavola dell’ esploso (figura 14) è stata creata utilizzando il relativo ambiente. Per dare maggiore rilevanza ai componenti ho aggiunto dei colori “assurdi”. Il comando di esplosione automatica non ha dato i risultati sperati quindi ho dovuto esplodere l’ intero differenziale manualmente.

- Per la tavola del componente (figura 15) ho scelto uno dei pezzi più significativi e cioè il pignone. La rappresentazione utilizzata è conforme alla norma UNI 7282.

- La tavola del complessivo (figura 16) è stata quella che ha dato più problemi soprattutto per la rappresentazione dei singoli componenti nella sezione. Infatti nell’ assieme ho utilizzato una semplificazioni dei cuscinetti rappresentati come cilindri forati. Per l’assieme ho creato dei sottoassiemi dei cuscinetti in cui ho inserito due corpi volventi, posizionati in maniera opportuna all’interno dell’assieme, in modo che nella messa in tavola si avesse la conformità alla loro rappresentazione proposta dalle norme UNI. Ho, inoltre, modificato il pignone e tutti i componenti dentati in modo che nella tavola non apparissero i denti (figura 19). Ho avuto, inoltre, bisogno di due viste per una buona comprensione del disegno. Nella vista superiore ho eliminato, tramite gli opportuni comandi nelle opzioni, i bordi nascosti a vantaggio di una migliore comprensione e pulizia del disegno anche se in alcuni casi non ho rispettato le norme. La pallinatura è stata creata manualmente cercando di rispettare l’ordine proposto dalle norme (ordine di montaggio o smontaggio).

Figura 13 : Accoppiamento ingranaggio ipoide	Figura 14 : Tavola dell’ esploso

Figura 15: Tavola del pignone	Figura 16: Tavola del complessivo

Difficoltà incontrate.

Le difficoltà incontrate sono state dovute più al non sapere utilizzare i comandi che alla effettiva difficoltà del componente. L’unico componente che ha richiesto molto più tempo del previsto è stato il pignone (figura 17). Questo è stato modellato con lo stesso metodo della ruota condotta ossia creando una protusione di rivoluzione, successivamente un dente ed effettuando una campitura circolare di quest’ ultimo. Il problema si è verificato nella modellazione del dente. Come nel caso della ruota condotta il dente è elicoidale ma a differenza del primo la curvatura è maggiore. Nella ruota condotta ho avuto la possibilità di disegnare due piani su cui far giacere le curve guida della protusione mentre in questo caso avrei dovuto creare due superfici che curvassero di novanta gradi. Come si può vedere in figura il dente compie una rotazione di novanta gradi. La modellazione ha richiesto molte prove ma soprattutto molta fantasia. Dapprima ho creato i profili limite del dente e successivamente, per utilizzare il comando “Protusione di scorrimento”, ho creato due curve. Affinché queste avessero un andamento che riproducesse fedelmente quello reale ho creato un profilo intermedio del dente e ho posizionato le curve sui punti strategici dei tre profili (figura 18). Il risultato ottenuto è stato il migliore e, come si può vedere in figura, rispecchia fedelmente il modello reale.

Figura 17 : Il pignone	Figura 18 : Il pignone modellato e le curve per la creazione del dente

Applicazioni complementari.

Conclusa la modellazione e l’assemblaggio sono passato all’ utilizzo di Simply motion per effettuare alcune animazioni. Simply motion è uno strumento di semplice utilizzo e di elevata efficacia dal punto di vista visivo. Il problema è stato quello relativo al non avere un giunto idoneo all’accoppiamento degli ingranaggi. Ho dovuto, quindi, vincolare a terra le parti ferme e dare diverse velocità ai componenti in rotazione verificando volta per volta l’eventuale presenza di interferenze. Le immagini sono relative ai classici tipi in cui si trova a lavorare il differenziale. Nel primo caso il differenziale si trova a percorrere una strada diritta quindi i planetari sono solidali al portatreno, nel secondo il differenziale si trova in curva e i planetari hanno velocità di rotazione diversa mentre nel terzo caso il differenziale è alzato da terra e i planetari hanno velocità di modulo uguale ma di segno opposto.

Figura 19: Assieme utilizzato per la tavola del complessivo	Figura 20: La flangia, il paraolio e il dado
Figura 21: Organi di fissaggio, ghiera e antisvitamento	Figura 22: La cassa e l’albero