EuroWire July 2016

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Articolo tecnico
Luglio 2016 72
Analisi progettuale di una
trefolatrice planetaria di
grandi dimensioni mediante
strumenti CAE
A cura di Giorgio Pirovano, MFL Group, e Fabiano Maggio, EnginSoft SpA
Introduzione
La progettazione di una trefolatrice
planetaria dotata di dispositivo di
detorsione non è semplice, a causa
della rotazione “planetaria” delle parti
che introduce effetti dinamici difficili da
valutare, in particolare se la prestazione è
estrema a causa della grande massa della
bobina, delle configurazioni di carico e
della velocità di rotazione.
Al fine di evitare eventuali rischi e ottenere
i dati di progettazione più precisi possibile,
MFL ha coinvolto EnginSoft come partner
affidabile in questo progetto per la sua
competenza in materia di simulazione.
Per questo specifico progetto, la
valutazione dinamica complessiva della
trefolatrice planetaria è stata affidata a
EnginSoft.
Al fine di ottenere risultati affidabili
e precisi, è necessario utilizzare un
software multibody potente e versatile: il
RecurDyn®.
D’altro canto, MFL deve completare
la progettazione di tutte le parti per
soddisfare il requisito strutturale in termini
di resistenza e durata.
Metodi e definizione
dei problemi
Questa colossale trefolatrice planetaria
sarà utilizzata per produrre cavi con diversi
diametri e combinazioni di trefoli, in modo
che le bobine caricate sulla macchina
possano avere dimensioni e posizioni
diverse sul rotore principale. Inoltre, le
bobine sono naturalmente sbilanciate
a causa di errori di avvolgimento, il che
comporta degli scenari diversi per quanto
riguarda il carico da analizzare.
L’obiettivo consiste nell’identificazione
del caso peggiore in termini di potenza
necessaria per i motori e di sollecitazione
sui componenti.
Gli ingegneri di EnginSoft sono incaricati
di identificare le peggiori condizioni
possibili attraverso la simulazione
dinamica. L’approccio ha inizio con una
singola gabbia; un’analisi definisce la
configurazione peggiore. Dopo di che,
insieme a MFL, vengono definiti gli scenari
di carico finito.
Il passo successivo è la simulazione
dinamica dei diversi scenari di carico
applicando la peggiore condizione di
gabbia definita in precedenza. Alla fine, è
possibile ottenere le peggiori condizioni di
funzionamento dell’intera macchina.
In altre parole, questa attività consiste
nell’applicazione scientifica e precisa della
progettazione sperimentale (DOE).
Modello di dinamica
dei corpi rigidi
Viene eseguita un’analisi della dinamica
dei corpi rigidi; i carichi interni e la
potenza/coppia dei motori dipendono
principalmente dall’accelerazione e
dalle inerzie delle parti in movimento,
pertanto non c’è la necessità di
introdurre la flessibilità nel modello (che
comporterebbe un aumento significativo
dello sforzo computazionale).
Partendo dalla geometria CAD 3D della
macchina di MFL, il modello dinamico
viene definito nell’ambiente RecurDyn®.
Il risultato è un modello accurato con più
di 100 corpi.
La maggior parte delle proprietà inerziali
è derivata automaticamente dal CAD,
ma numerosi corpi sono parametrizzati
all’interno del software multibody.
Ovviamente, il collegamento fra i diversi
corpi simula perfettamente il reale collega-
mento cinematico (ingranaggi, alberi, ecc.)
in modo da ottenere un modello che è il
più vicino possibile alla macchina reale in
termini di gradi di libertà.
Gli ingranaggi sono componenti speciali
della libreria RecurDyn® e sono progettati
▲ ▲ Figura 1: Rotazioni su una trefolatrice planetaria
▼ ▼ Figura 2: Gabbia singola della trefolatrice
planetaria
▼ ▼ Figura 3:Metodo e approccio DOE
Gabbia singola
Gabbia singola Gabbia singola
Dimensione della bobina
DOE
Carico
sulle parti
Potenza
del motore
Sbilanciamento
della bobina
Combinazione
di bobine