Regole di Assemblaggio per componenti a piastra

Un componente a piastra è un articolo che verrà assemblato su una faccia di un blocco attraverso delle viti. Esempi sono: valvole cetop NG6- NG10… , coperchi per elementi logici, Flange, ecc.
I vincoli per valvole a piastra differiscono da quelli usati per le cartucce perché MDTools deve correttamente ruotare il componente per rispettare la direzione della maschera di foratura (Footprint).

Sono richiesti 4 vincoli nel comando MDTools Set Assembly constraint:

  1. bottom face = piano di appoggio del componente con la faccia del blocco
  2. Top face = plane dove andrà assemblato un altro componente (i.e. valvole impilabili)
  3. Axis 1 and 2 = assi per definire l’orientamento del modello 3d
    Le regole MDTools per la definizione degli assi sono:
    a) se nella maschera di foratura sono presenti soltanto viti (BH): Axis 1 = BH1, Axis 2 = BH2
    b) se è presente soltanto una spina di posizionamento (LP): Axis 1 = LP, Axis 2 = BH1
    c) se sono presenti 2 spine: Axis 1 = LP1, Axis 2 = BH2
Le immagini seguenti mostrano i casi a,b e c:
Definizione degli assi con BH1 e BH2
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Definizione degli assi con LP e BH1
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Definizione degli assi con LP1 e LP2
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Top Face e Bottom Face seguono le regole mostrate in questa immagine::

Video che mostra come impostare le regole di assemblaggio con MDTools serie 900 per SolidWorks.

Step file dei modelli 3d usati nel video.

HyDraw CAD ricerca su FluidPowerTools.com

Di seguito trovate una breve guida per la ricerca nella libreria FluidPowerTools.com da HyDraw CAD.

FPT.com è un database molto grande, potrebbe essere conveniente escludere i produttori non necessari per la vostra ricerca. Per fare questo:

  • Spostarsi sul menu “Services” o “Servizi”
  • Click su “Data Access Settings” o “Impostazioni di Accesso ai Dati”
  • Selezionare / De-selezionare ciò che serve/non serve
Services - Servizi

Elenco di Produttori

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Costruttori

Selezione / de-selezione

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Solitamente questa è una impostazione generale che si fa una volta, se vi servissero più Produttori ripetete la medesima procedura.

Assumiamo che abbiate definito un elenco di Produttori preferiti, vediamo come eseguire ricerche nella libreria. Per passare alla ricerca componenti di HyDraw Library Explorer, click sulla piccola freccia in alto a destra.

Ricerca di tutti i componenti disponibili per un Produttore

Da  HyDraw Library Explorer\ Ricerca componenti

  • accertarsi di aver selezionato FluidPowerTools.com.
  • Selezionate il produttore desiderato (ad esempio Delta-Power in questo caso)
  • Click su Search / Ricerca

Alla fine della ricerca, troverete un elenco di famiglie e simboli disponibili. Inserite il simbolo facendo doppio click sull’immagine.

Nota: La ricerca è limitata a max 200 componenti.

Ricerca di Codice Articoli - Famiglie specifici

Per ricercare Codici o Famiglie specifici:

  1. digitare il codice (es. EG-S4)
    Nota: % è il carattere jolly. Se cercate per 4WE%J significa che HyDraw CAD troverà tutti gli articoli che iniziano per 4WE e che contengono una J.
  2. Click Search / Ricerca
  3. Se la vostra ricerca è valida, troverete una lista di famiglie o codici e i loro simboli.

Ricerca per Tipo di Componente

Se non avete familiarità con i codici, potete eseguire una ricerca per Tipo di Componente tra singoli o più Produttori.

  1.  Selezionate il Tipo di Componente dalla lista di quelli disponibili
  2. Filtrate tra i Produttori, se necessario
  3. Click Search / Ricerca

Il risultato sarà una lista di famiglie e simboli. E’ possibile filtrare ulteriormente, ad esempio per Produttore, una volta che la ricerca è completata.

Regole di Assemblaggio per valvole a cartuccia

Le valvole a cartuccia alloggiano in cavità specifiche, MDTools considera 2 tipi di cavittà: standard e “sun cavities”. Standard significa cavità con Lamatura, il termine Sun Cavities deriva dalle valvole Sun Hydraulics, si appoggiano alla “Locating Shoulder” che si trova all’interno della cavità. Di seguito 2 esempi di cavità presi da MDTools Library Manager.

Cavità Standard, piano di appoggio = SpotFace

Sun Cavity, piano di appoggio = Locating Shoulder (LS)

Le regole di assemblaggio per le cartucce sono definiti tramite l’interfaccia MDTools Set Constraints. Per una valvola a cartuccia abbiamo bisogno di 3 vincoli: top face, bottom face, axis.

Ognuna di queste geometrie deve essere definita direttamente nel modello 3d della valvola.

Il comando MDTools Set Constraints è disponibile si in ambiente Assieme che Parte per SolidWorks e Autodesk Inventor.

Top face è sempre richiesta, non è rilevante quando la cartuccia non avrà altri componenti assemblati sopra ad essa (es: una bobina, un dado).

Bobine, Dadi … richiedono le stesse regole di assemblaggio delle cartucce.

Di seguito esempio di Bottom Face / Top Face per Cartuccia, Bobina, Dado per una Valvola Elettrica.

Video che mostra come impostare i voncoli e creare assiemi con MDTools su SolidWorks. MDTools per Autodesk Inventor si comporta in maniera analoga quindi si applica ogni cosa descritta. Se vi servono maggiori informazioni contattateci pure

Regole di assemblaggio per Tappi

Per MDTools esistono 2 tipologie di tappi: filettati con lamatura o expander.

Esempio di cavità per tappo filettato

Esempio di cavità per Expander

In entrambi i casi va individuato lo STEP0 della cavità. Qui sotto viene mostrato come devono essere assemblati i tappi nel modello 3D.

I tappi filettati seguono le regole di assebmlaggio “Cartridge Valve”. In questa sezione vengono richieste
Top Face = non rilevante ma dovete selezionarlo (selezionate la faccia esterna del tappo)
Bottom Face = Il piano che deve essere appoggiato allo STEP0 della cavità
Axis = asse del tappo (asse del cilindro della filettatura)

E’ possibile selezionare facce planari nel modello 3d invece di piani, qualora le facce non fossero planari, è possibile creare dei piani con i comandi del modellatore CAD e utilizzarli.

Se il tappo viene assemblato sotto-sopra, è necessario invertire la normale del piano usando i comandi appositi di Inventor o Solidworks.

Expander segue le regole di assemblaggio Expander Plug . Per la serie MDTools 700 per Inventor è sufficiente soltanto il vertice Bottom Edge,
MDTools serie 900 per SolidWorks ha bisogno di due vincoli, Bottom Edge e Bottom Face per una differente gestione dei vincoli del motore CAD.

Di seguito alcune cartelle zip con modelli CAD 3D di tappi già pronti per Assemblaggio con MDTools
I modelli 3d sono stati scaricati da Bossard Part Community e da parker.com

Esercizio nr.4

Esercitazione con MDTOols su un blocco un po’ più complesso, un mix di valvole flangiabili e cartucce. In questo esercizio introduco il concetto di “net table”, un documento che potete creare manualmente per aiutarvi con il progetto. La Net Table non è necessaria se utilizzate HyDraw CAD.

Circuito idraulico

Obiettivo

Net Table

Net evidenziate nel circuito

Il blocco è progettato con MDTools 970 per SolidWorks. Di seguito trovate

Modelli 3d usati nel progetto

File mbxml del blocco

Dimensionamento di una sede O-ring

Valvole e sistemi oleoidraulici fanno largo uso di o-ring; i costruttori di guarnizioni suggeriscono una serie di geometrie predefinite delle sedi o-ring. In questo articolo vi accenno brevemente ad alcuni materiali per o-ring e vi spiego come progettare una sede o-ring a disegno ed essere sicuri che ‘funzioni’.

Definizione

Un o-ring è un anello di materiale elastomerico (‘gomma’) di forma toroidale caratterizzato geometricamente da un diametro interno  e una sezione di corda La funzione di un o-ring è quella di separare il fluido presente in una parte di un impianto/valvola/cilindro/… dal fluido presente in un’altra zona. Può servire ad evitare che del fluido esca nell’atmosfera, o che passi da una zona ad alta pressione ad una a bassa pressione…. Il movimento di fluido è legato sempre a differenze di pressioni tra due volumi di fluido che comunicano tra loro, una guarnizione serve ad impedire questo passaggio di fluido. Esistono altri modi per fare ‘tenuta’, l’oring rappresenta una soluzione estremamente semplice ed efficace.

Dimensione di un o-ring
Senza pressione
In assenza di pressione la tenuta è garantita dalla precompressione geometrica esercitata sull'o-ring. L'altezza della sede o-ring deve essere inferiore al diametro della sezione dell'o-ring (corda).
Con pressione
In presenza di pressione, l'o-ring si comporta come un fluido molto viscoso incomprimibile. La pressione si distribuisce uniformemente in tutte le direzioni aumentando la funzione di tenuta.
Con pressione elevata
In presenza di pressione elevata, l'o-ring può deformarsi fino ad occupare parte dell'interstizio. In questo caso l'o-ring si deteriora fino alla rottura
Con pressione elevata e pulsante
In presenza di pressione elevata e pulsante l'o-ring si deforma pesantemente fino a rottura o estrusione. E' consigliabile l'uso di anelli antiestrusione (backup ring)
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Dimensioni

Esistono migliaia di misure di o-ring standard, metriche e derivate da misure standard in pollici. I più comuni nel settore oleo-idraulico sono caratterizzati da sezioni 1,78 mm, 2,62 mm, 3,53 mm.

Materiali

I materiali più comuni per un o-ring sono gomma NBR, VITON, Poliuretano, Silicone, HNBR… ogni materiale è adatto a differenti fluidi, temperature di esercizio e pressioni di esercizio. Nelle valvole di impiego oleoidraulico si trovano soprattutto NBR, HNBR e VITON. La durezza del materiale si misura in Shore, è frequente trovare NBR 70 Sh, 90 Sh, VITON ha solitamente una durezza a metà tra i due (80 Sh). Per maggiori informazioni su compatibilità e durezze vi rimando al catalogo di qualsiasi produttore di o-ring In generale, maggiore è la durezza, maggiore è la resistenza all’estrusione. Si parla di estrusione di un o-ring quando, in presenza di una pressione elevata, l’oring viene letteralmente espulso dal suo alloggiamento. In caso di pressioni elevate, insieme agli oring trovano alloggiamento opportuni anelli antiestrusione (che possono essere in teflon ‘vergine’, teflon caricato o NBR). Una volta che l’oring viene ‘estruso’ la sua funzione è compromessa definitivamente.

Tipi di tenuta

Si parla di ‘tenuta statica’ o ‘tenuta dinamica’ a seconda se ci sia movimento relativo tra le parti che compongono la sede di tenuta. La sede di tenuta è la cavità in cui alloggia l’oring (ed eventualmente gli antiestrusione/pattini). Nel caso di ‘tenuta dinamica’ un parametro importante da considerare è l’attrito (che ad esempio per un cilindro o per una valvola che deve rispondere rapidamente diventa fondamentale, ecco una ragione della ricerca costante a sviluppare soluzioni di tenuta a basso attrito). Affinché l’oring faccia ‘tenuta’ nell’impianto è necessario che alloggi in una sede di altezza più piccola della sua sezione (tanto per capirci, un o-ring di corda 1,78 mm di solito alloggia in una sede di 1,45-1,5 mm). In pratica l’o-ring va ‘compresso’ altrimenti non è in grado di effettuare la sua funzione di tenuta. Esistono due condizioni di compressione: ‘assiale’ nel caso in cui l’o-ring venga compresso in direzione dell’asse del toroide, ‘radiale’ in cui l’o-ring viene compresso radialmente. Nel caso di compressione assiale si distingue la tenuta dall’interno verso l’esterno o viceversa.

Tenuta radiale
Esempio di tenuta radiale con guarnizione sull'albero o sulla camicia. Vale sia per tenute statiche che dinamiche
Tenuta assiale
Esempio di tenuta assiale con pressione dall'interno. L'o-ring viene spinto verso l'esterno della sede.
Tenuta assiale
Esempio di tenuta assiale con pressione dall'esterno. L'o-ring viene spinto verso l'interno della sede.
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Dimensionamento di una sede di tenuta

Compressione

Ogni o-ring va geometricamente compresso nella propria sede, i valori di compressione consigliati sono: da 6% a 20% per applicazioni dinamiche da 15% a 30% per applicazioni statiche Sia h l’altezza della sede di tenuta, la compressione si calcola come: % Ricordate di tenere in considerazione le tolleranze di lavorazione alcuni diagrammi estratti da catalogo Trelleborg.

Compressione statica
valori di compressione statica per tenute pneumatiche o oleoidrauliche consigliati in funzione del diametro della sezione.
Compressione dinamica
valori di compressione dinamica per tenute oleoidrauliche consigliati in funzione del diametro della sezione.
Compressione dinamica
valori di compressione dinamica per tenute pneumatiche consigliati in funzione del diametro della sezione.
Compressione assiale
valori di compressione assiale per tenute oleoidrauliche consigliati in funzione del diametro della sezione.
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Volume

Il volume della sede di tenuta deve essere sempre maggiore del volume dell’o-ring. Un 10% in più può bastare se siete sicuri che il fluido non è aggressivo per la guarnizione. In caso di fluidi aggressivi l’o-ring tende a gonfiarsi aumentando di volume. Considerando l’o-ring come un fluido incomprimibile, è chiaro che se il volume della sede è troppo simile a quello dell’o-ring potrete avere problemi di montaggio, elevati attriti, rotture della guarnizione al montaggio ecc.
Per l’o-ring, il volume si calcola con la formula:
Per il volume della sede vi rimando alle formule di geometria…

Ricordate le tolleranze di lavorazione, il volume potrebbe variare e l’eventuale presenza di anelli anti-estrusione (back up rings).

Allungamento

Nel caso di tenute assiali,

  • per pressione dall’interno conviene avere l’o-ring leggermente compresso sul diametro esterno (leggasi diametro massimo della sede leggermente minore del diametro massimo dell’o-ring, diciamo al massimo il 2%);
  • pressioni dall’esterno: o-ring a ridosso del diametro interno della sede di tenuta (leggasi diametro interno dell’o-ring tra 1% e 3% più piccolo del diametro interno della sede)

Tenute radiali:

In linea di massima si cerca di mantenere l’o-ring ‘teso’, quindi con diametro interno minore del diametro minimo della sede.

  • tenute dinamiche: da 2% a 5% di ‘tensione’
  • tenute statiche: da 2% a 8%

La percentuale di allungamento si calcola in funzione del diametro interno, sia il diametro minimo della sede di tenuta %

Riduzione di sezione

Ogni o-ring che viene allungato subisce una riduzione di sezione, esistono delle formule empiriche per il calcolano della riduzione percentuale di sezione (che andrebbe tenuta in considerazione per il calcolo della compressione).
  • per allungamenti fino al 3% la riduzione percentuale è data da:  %
  • Per allungamenti tra il 3% e il 25%:  %
Articolo scritto in collaborazione con Andrea Meggiolaro, Flumec Srl
Alcuni diagrammi e formule reperite sul catalogo di o-ring Trelleborg

Molle di compressione, formule di calcolo

Le molle di compressione sono dei componenti essenziali per il funzionamento di numerosi componenti idraulici. Nella mia esperienza di progettista ho avuto a che fare quasi quotidianamente con il calcolo e la verifica di molle per valvole, ecco una serie di formule che possono tornare utili per il progettista. A questo link trovate un foglio di calcolo che vi permette di calcolare automaticamente i carichi e le tensioni al variare della geometria della molla.

Definizioni:
= diametro del filo
= diametro esterno
= Lunghezza libera
= numero di spire utili
= numero di spire totali, solitamente
= modulo di elasticità tangenziale, varia a seconda del materiale. Per Acciai comunemente usati nelle molle per valvole oleodinamiche in prima approssimazione si può considerare pari a 80.000 MPa (va benissimo per gli acciai armonici C85, C98 o per i pretemprati VD e FD).

Lunghezza a blocco per molle molate
Passo tra le spire
Diametro medio
Rapporto di avvolgimento
Rigidezza della molla
Fattore di Wahl
Carico a blocco
Tensione a blocco
Carico a lunghezza L1
Tensione a lunghezza L1