Riassunto analitico
Nella primissima fase di progettazione di un generico componente meccanico il progettista si trova a gestire un elevato numero di gradi di libertà; in tali condizioni l'accuratezza e il livello di dettaglio sono necessariamente ridotti.
Nel caso specifico di componenti realizzati per fusione, l'evoluzione del progetto nella ricerca di migliori prestazioni è spesso frutto di un approccio trial and error; l'efficacia e l'efficienza di tale processo dipendono fortemente dall'esperienza e dal know-how del progettista.
I metodi di ottimizzazione strutturale basati sugli elementi finiti coadiuvano l'esperienza del progettista e introducono un elemento di ripetibilità e affidabilità nel processo progettuale.
Questo studio si pone come obiettivo lo sviluppo e l’implementazione di una metodologia di integrazione dell’ottimizzazione strutturale topologica, nelle primissime fasi della progettazione di componenti da realizzarsi per fusione.
La progettazione di tali componenti richiede il soddisfacimento di particolari requisiti, quali: elevate prestazioni strutturali, peso contenuto e agevole producibilità; poiché tali specifiche orientano in maniera contrastante il processo di progettazione, la ricerca di un compromesso ottimale richiede enormi sforzi in termini di tempo e costi.
Al fine di mostrare la bontà della metodologia proposta nonché i vantaggi della stessa, questa verrà applicata ad un caso pratico come la progettazione del carter di una trasmissione meccanica.
I principali requisiti che vengono richiesti al carter di una trasmissione meccanica sono infatti leggerezza, producibilità e rigidezza.
Quest’ultima caratteristica assume un ruolo fondamentale in quanto necessaria per mantenere entro limiti di progetto il disallineamento degli alberi di trasmissione e delle ruote dentate che vi sono calettate.
Verrà in particolare proposta una metodologia originale per la quantificazione della proprietà di rigidezza del carter, al fine di definire un target operativo per la procedura di ottimizzazione. Questa metodologia supera le tradizionali problematiche legate alla trasposizione su simulazioni elastiche lineari dei fenomeni di contatto ai cuscinetti.
I risultati ottenuti mediante tale metodologia saranno comparati con le stime ottenute con metodologie tradizionali.
|
Abstract
At the early design stages of a mechanical component detail level is necessary low since the designer deals with a wide set of degrees of freedom.
Within the realm of cast part design, the quest for performance usually implies a trial and error approach; the overall design process efficacy and efficiency heavily depend on the designer experience and know-how.
Structural optimization methods based on the Finite Element modeling support the designer experience and introduce repeatability and reliability elements within the design process.
This study aims to the developing and implementing of a methodology which integrates topological structural optimization within the early stages of cast part design.
Usual requirements for cast parts are: high structural performance, low weight and straightforward manufacturability; since those requirements contrastingly orient the design process, the quest for an optima compromise requires relevant efforts in terms of time and resources.
In order to demonstrate the convenience and the validity of the proposed methodology, its application to a gearbox housings design test case is presented.
Indeed, the gearbox housings need a lightweight design concurrently focused on manufacturability and stiffness performances.
The latter is particularly relevant since it directly affects the shaft alignment and the precision of the gear engagement in the loaded condition.
In particular, a new methodology is proposed to quantify the gearbox housing stiffness, in order to define an operative optimization target. This methodology overcomes the traditional failures in defining a significant linearized counterpart for the mildly nonlinear contact interactions at the bearings.
The forecasts obtained by applying this methodology are finally compared with the reference results returned by traditional procedures.
|
