Giunzioni Costruzione di Macchine 2 – Prof. Stefano Beretta, Michele Sangirardi

Giunzioni bullonate: Pro: •  permettono di collegare materiali

diversi •  possono essere smontate e

rimontate •  non richiedono trattamenti termici

Contro: •  rischio di allentamento in presenza

di vibrazioni •  ingombri maggiori delle saldature

Giunzioni saldate Pro: • minore ingombro e peso delle giunzioni bullonate; • non sono soggette ad allentamenti

Contro: • sono unioni permanenti; • non tutti i materiali sono saldabili; • difficile unire materiali diversi • occorre manodopera qualificata; • la zona di saldatura è spesso sede di innesco di cricche a fatica.

Giunzioni

Elementi di una giunzione bullonata: Vite, dado, rosetta + dispositivi anti svitamento

Come lavorano le viti nelle giunzioni bullonate?

Azione assiale Azione assiale + taglio

N.B. ci riferiamo alle azioni nelle viti, non nella giunzione

Come lavorano le viti nelle giunzioni bullonate?

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Solo taglio (bulloni non pre-caricati)

Meglio se il contatto interessa il gambo e non la parte filettata

Bulloni pre-caricati Giunzioni per attrito

Si applica un tiro iniziale al bullone, affinché sia applicata una pressione tra le superfici a contatto La forza si trasmette per attrito e il bullone risulta essere soggetto a sola azione assiale, almeno fin tanto che non si raggiunge il limite di distacco

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N.B: lavorano per attrito anche i giunti di trasmissione flangiati

Evoluzione del comportamento in funzione del carico: da attrito a taglio

Tratto 1: la giunzione lavora per attrito Tratto 2: inizia lo scorrimento, fino a quando il gambo della vite va a

contatto con le superfici del foro Tratto 3: il gambo e la lamiera si deformano elasticamente Tratto 4: plasticizzazione del gambo e/o della lamiera

Verifica in presenza di azione assiale

A meno di effetti di flessione del gambo per effetto della flessione delle parti da collegare, è sufficiente che sia verificata la relazione

Quale valore di Ares?

Quale valore di Rp0,2?

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Resistenza dei bulloni

La sezione resistente è definita

anche se, a favore di sicurezza, si può assumere la sezione di nocciolo

Materiali viti: classi secondo UNI-EN 20898

Bulloni

Classe A.B => Rm = A x 100

Rp0,2 = A x B x 100

Classe 6.8 Rm = 6 x 100 = 600 MPa

Rp0,2 = 6 x 8 x 100 = 480 MPa

Esempio:

Classe 3.6 4.6 5.6 6.8 8.8 10.9 12.9

Rm 300 400 500 600 800 1000 1200

Rp0,2 180 240 300 480 640 900 1080

A (%) 25 22 20 16 12 9 8

Viti 3.6 e 4.6 5.6 6.8 8.8 10.9 12.9

Dadi 4 5 6 8 10 12

Giunzioni che lavorano a taglio per attrito

Bisogna distinguere tra doppia (a) e semplice (b) sovrapposizione. Il numero di superfici a contatto n è: n = 2 doppia sovrapposizione n = 1 semplice sovrapposizione

Dato un tiro iniziale V0, per un coefficiente d’attrito f variabile tra f = 0,3 (superfici non trattate) e f = 0,45 (superfici sabbiate), la formula di verifica è

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Quale valore di V0?

Il tiro iniziale V0 deve garantire l’accoppiamento delle superfici ed impedire lo svitamento Un valore adeguato di V0 corrisponde a uno sforzo nella sezione resistente pari a circa l’80% di Rp0,2

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Valori di V0 in funzione della classe di resistenza (kN)

4.6 5.6 6.8 8.8 10.9 12.9

d (mm)

A (mm2)

12 84 16,1 20,2 28,2 37,6 47,0 56,4

14 115 22,1 27,6 38,6 51,5 64,4 77,3

16 157 30,1 37,7 52,8 70,3 87,9 105,5

18 192 36,9 46,1 64,5 86,0 107,5 129,0

20 245 47,0 58,8 82,3 109,8 137,2 164,6

22 303 58,2 72,7 101,8 135,7 169,7 203,6

24 353 67,8 84,7 118,6 158,1 197,7 237,2

27 459 88,1 110,2 154,2 205,6 257,0 308,4

30 561 107,7 134,6 188,5 251,3 314,2 377,0

Per generare V0 bisogna applicare un momento di serraggio M

Filetto a sezione rettangolare

Filetto a sezione rettangolare

Filetto a sezione triangolare 15

Formula approssimata per M di serraggio 16

Verifica a taglio

Quando F supera Fattr oppure quando la giunzione è concepita per lavorare a taglio, bisogna verificare che: •  il gambo del bullone resista a taglio •  il foro non si deformi plasticamente (verifica la rifollamento) •  la lamiera non ceda a strappo

Verifica a taglio, rifollamento e strappo

srif

2,5 samm

2,0 samm

1,4 samm

1,0 samm

Ripartizione del carico nelle giunzioni

Le giunzioni sono solitamente costituite da più di un bullone. E’ buona regola disporre i bulloni simmetricamente rispetto alla linea di azione del carico, in modo da rendere ragionevole l’ipotesi che il carico si ripartisca uniformemente su tutti gli n bulloni

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Verifica delle giunzioni in presenza di flessione e/o torsione

Alcuni tipi di giunzioni possono essere soggette a: (a)  Taglio + torsione (b)  Taglio + flessione

Per procedere alla verifica dei bulloni è necessario calcolare le forze che si scaricano sui singoli bulloni formulando ipotesi ragionevoli. Vediamo alcuni casi

Taglio e torsione

Flessione

Bibliografia

1.  Davoli et. Al. Costruzione di macchine 1. McGraw-Hill (2003). Appendice B: Giunzioni bullonate.

2.  ESDEP (European Steel Design Education Programme ) Course. http://www.esdep.org/members/master/toc.htm

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