Analisi multibody di meccanismi di apertura per elettrodomestici

In tutti i forni e in tutte le lavastoviglie sono presenti dei meccanismi che mantengono la porta in equilibrio stabile in tutte le posizioni, sia nella fase di apertura sia in quella di chiusura, agendo con una forza di bilanciamento che contrasta il peso proprio della porta. Questo ne rende più comodo l'utilizzo e riduce il rischio di infortuni (come ad esempio la porta che si apre senza controllo sotto l’effetto del peso proprio, urtando l'utente). Esistono molte tipologie di meccanismi sul mercato per soddisfare differenti dimensioni e ingombri della porta e le differenti caratteristiche di funzionamento richieste dai produttori di elettrodomestici.

Per essere competitivi sul mercato nasce l'esigenza di sviluppare un prodotto diverso, capace di distinguersi dagli altri per semplicità costruttiva, bassi costi di produzione e maggiore modularità.

Nel presente lavoro si è presa in esame una soluzione finora inesplorata dalle aziende del settore, che è stata applicata sia per il caso di un forno che di una lavastoviglie col pannello esterno scorrevole: l’idea è quella di usare un sistema di cavi e pulegge per ridurre il numero complessivo di componenti.

L'intero progetto di tesi è stato realizzato all'interno dell'azienda Nuova Star di Zola Predosa, produttore di meccanismi per elettrodomestici; l’azienda è attualmente leader mondiale nella progettazione e realizzazione di meccanismi di apertura per forno.

Dopo una fase iniziale di analisi delle possibili soluzioni di progetto dei nuovi meccanismi ci si è affidati al software MSC Adams per realizzare un modello preliminare di comportamento, prima della realizzazione di un prototipo. Si è quindi eseguita un'analisi cinematica e cinetostatica completa, ottenendo numerose informazioni sulla risposta del sistema al variare delle sue dimensioni, del peso e della posizione del baricentro della porta.

 

Le parti sono state disegnate in CREO PARAMETRIC e successivamente importate in ADAMS con i meccanismi in posizione di completa chiusura. I membri sono stati considerati di rigidezza infinita, mentre le molle reali (sia di trazione che di compressione) sono state sostituite da molle virtuali nella sottosezione Translational Spring-Damper del menù Forces, settate con l'adeguata rigidezza e l'adeguato coefficiente di smorzamento. Infine, per quanto riguarda i perni, si sono utilizzati dei giunti rotazionali (Revolute joint).

La parte più interessante del modello è stata quella dell'inserimento del sistema di cavi e pulegge. Entrambi questi oggetti non sono stati disegnati in CREO ed importati, ma generati automaticamente da ADAMS, utilizzando la sottosezione Cable, dentro al menù Machinery. La modellazione dei cavi è stata effettuata col Method Simplified che non genera una mesh e non tiene conto della massa, ma solo dell'elasticità dei cavi stessi. Per poter effettuare un confronto tra i risultati cinetostatici ottenuti in ADAMS e quelli analitici realizzati in MATLAB/MATHEMATICA, per i cavi è stata inserita la massima rigidezza consentita dal programma, in modo da poter essere considerati con ottima approssimazione inestensibili.

 

Nelle simulazioni in un primo momento si è valutato il comportamento dei meccanismi vicino ai punti di singolarità, sia nella posizione di completa chiusura della porta che in quella di completa apertura; attraverso il modello ADAMS si è potuta scegliere la rigidezza delle molle e la posizione migliore in cui fissare le pulegge.

In un secondo momento, si sono ottenuti gli andamenti della coppia di bilanciamento che la molla esercita sulla portanella fase di apertura ed in quella di chiusura, verificando il corretto funzionamento del meccanismo nell'intero range di angoli di apertura richiesti dal cliente.

 

Autore 1: Antonio Guglielmi

Tesi 1: Progettazione e analisi del meccanismo di apertura di una lavastoviglie domestica

Autore 2: Matteo Iulianis

Tesi 2: Analisi e riprogettazione del meccanismo di apertura della porta di un forno domestico

Relatore: Marco Carricato

Correlatore: Giovanni Mottola

Ateneo: Università degli studi di Bologna

Facoltà: Scuola di Ingegneria e Architettura