Dinamica della macchina a un grado di libertà Flashcards
def macchina
Sistema che trasforma energia di qualsiasi tipo in energia meccanica
Modello macchina
Descrive funzionamento della macchina in modo semplice, trascurando i dettagli dei componenti interni
- Motore: produce potenza meccanica, utilizzando una fonte di energia diversa;
- Trasmissione: trasferisce potenza meccanica tra motore e utilizzatore, stabilendo il rapporto tra le velocità del motore e dell’utilizzatore (rapporto di trasmissione);
- Utilizzatore: utilizza potenza meccanica prodotta dal motore per svolgere una funzione.
Modello motore
- Coppia motrice ridotta: coppia che genera la stessa potenza del motore originale. Dipende da velocità e posizione angolare, in prima approssimazione solo dalla velocità angolare:
Cm = Cm(ωm)
Wm = Cmωm - Momento di inerzia ridotto:
riproduce la stessa energia cinetica di tutti gli organi in movimento del motore
Jm
Ec = 1/2Jmωm^2
Principali tipi di motore
- Motore a combustione interna
- Motore elettrico: corrente continua o alternata (trifase); trifase sincrono o asincrono
Motore a combustione interna: principio di funzionamento
La combustione fa muovere il pistone, collegato ad un meccanismo biella manovella, che trasforma il moto alternativo in moto rotazionale dell’albero motore.
Si usa collegare più pistoni insieme, tipicamente 4.
La coppia erogata dipende dal numero di giri del motore.
Motore elettrico: principio di funzionamento
Spira immersa in un campo magnetico
Quando viene applicata una tensione, inizia a scorrere corrente, il movimento di carica nel campo magnetico genera una forza che ruota la spira;
al contrario, la rotazione della spira genera una forza elettromotrice (differenza di potenziale) che si oppone al moto che la genera.
Il motore elettrico può quindi funzionare sia da motore, sia da generatore.
Motore a combustione interna: caratteristica meccanica
Grafico che definisce la coppia erogata in funzione della velocità di rotazione dell’albero, al variare del grado di ammissione, un parametro che indica l’apertura delle valvole (accelerazione).
Si determinano in prova le curve per grado di ammissione minimo e massimo, e si assume che la coppia vari linearmente con tale parametro.
Valore tipico: coppia massima 200 Nm @ 3000 giri/minuto
Yaris: 111 Nm @ 3600-4400 rpm
Motore elettrico a corrente continua: caratteristica meccanica
Il grafico coppia motrice-velocità di rotazione è una retta con pendenza negativa: la velocità diminuisce all’aumentare del carico (coppia richiesta)
Motore elettrico trifase asincrono: caratteristica meccanica
Il grafico è una curva molto ripida, quasi lineare a velocità prossime a quella di sincronismo (velocità di rotazione dello statore):
è un motore migliore per alte coppie resistenti, che varia di poco la velocità di rotazione al variare del carico.
Modello utilizzatore
- Coppia resistente ridotta Cu, tale da mantenere la potenza reale
Wu = Cu*ωu - Momento di inerzia ridotto J*u, tale da riprodurre l’energia cinetica
Curve caratteristiche utilizzatori
- Coppia resistente costante
- Coppia resistente quadratica (aerodinamica)
- Coppia resistente costante + quadratica (attrito + aerodinamica)
Modello trasmissione
- Rapporto di trasmissione
τ = ωu/ωm - Rendimenti ηd ηr, η=|Wu|/ caratterizzano la potenza persa nella trasmissione:
se il moto è diretto (potenza W1 entrante lato motore positiva)
Wp = -(1-ηd)W1
se il moto è retrogrado (potenza W2 entrante lato utilizzatore positiva)
Wp = -(1-ηr)W2
Trasmissioni in serie
Rapporto di trasmissione equivalente e rendimento equivalente pari al prodotto dei singoli rapporti e rendimenti.
Principali tipi di trasmissione
- Ruote a frizione
- Cinghia
- Ruote dentate
- Catena
Ruote a frizione
- Moto trasmesso tramite attrito statico (condizione di puro rotolamento)
- Rapporto di trasmissione pari al rapporto tra i raggi
- Semplici, economiche
- Oltre una certa coppia, viene meno la condizione di attrito statico e c’è slittamento
