08.07.2020 | Categoria : spectrum

Coppia

Moltiplicazione della forza


La coppia o momento (simbolo in fisica »M«) descrive l’effetto di rotazione di una forza (F) esercitata su un corpo, ad esempio un elemento di fissaggio. Essa viene calcolata moltiplicando la forza esercitata, espressa in »newton« o »N«, per la lunghezza della leva, espressa in »metri« o »m«, utilizzata per applicare tale forza al fulcro. L’unità di misura utilizzata per il momento o coppia risultante sarà N x m, o N·m.

Per quanto riguarda i principi fisici coinvolti, un giunto bullonato è un sistema tecnicamente molto più complesso di quanto ci farebbe pensare l’utilizzo di un cacciavite, un cricchetto o una chiave dinamometrica.

Non appena un elemento di fissaggio viene serrato, al suo interno vengono generate forze assiali che provocano un allungamento di tale elemento con l’aumentare del precarico. Con l’allungamento dell’elemento di fissaggio, le parti da assemblare vengono compresse. Non appena viene raggiunto il precarico ideale si produce una forza di attrito tra i componenti da accoppiare: tali componenti si comportano come se fossero un pezzo unico.

Che cosa ha a che fare questo con la coppia? Molto semplicemente, per molti giunti bullonati viene specificata una coppia di serraggio predefinita, ed il precarico necessario viene ottenuto solo effettuando l’applicazione della coppia corretta. A tale scopo è indispensabile utilizzare utensili di serraggio, quali le chiavi dinamometriche, che siano tarati secondo le norme nazionali. “Tarati secondo le norme nazionali” significa che gli utensili sono sottoposti ad un processo di taratura standard. Una pratica comune consiste nella taratura annuale della chiave dinamometrica da parte di un laboratorio di taratura riconosciuto o accreditato, al fine di poter effettuare un serraggio controllato con una qualità riproducibile.

Quanto più la leva è lunga, tanto meno l’operatore si renderà conto di quale forza enorme stia applicando alla testa dell’elemento di fissaggio. Ciò diventa ancora più complicato nel caso in cui, assieme alla chiave dinamometrica, vengano utilizzati inserti e utensili a innesto con prolunga fuori standard. In questo caso, per quanto riguarda le chiavi dinamometriche meccaniche, sarà necessario ricalcolare l’impostazione o il valore visualizzato per la chiave in uso prima di applicare la forza; nel caso di chiavi dinamometriche elettroniche dovranno invece essere regolati i parametri di serraggio.

 

N·m – newton metri

L’unità di misura più comune utilizzata per identificare la coppia è il newton metro. Questa unità di misura fa parte del sistema internazionale di unità di misura (SI) per le quantità fisiche. Un newton metro corrisponde a un joule di energia e rappresenta il lavoro meccanico esercitato da una forza di un newton applicata all’estremità di un’asta lunga un metro.

 

ft·lb – oot-pounds (piedi-libbre)

Il piede-libbra è l’unità di misura anglo-americana utilizzata negli Stati Uniti (ed occasionalmente nel Regno Unito) per esprimere la coppia, o momento. In origine veniva chiamata libbra-piede (lbf·ft), ma in seguito è stata rinominata per non fare confusione con l’unità di energia avente lo stesso nome. Una ft·lb corrisponde a circa 1.356 joule, cioè l’energia necessaria a sollevare di un piede una libbra avoirdupois.

 

in·lb – inch-pounds(pollici-libbre)

Anche il pollice-libbra (in·lb) è un’unità di misura anglo-americana. Un in·lb corrisponde a 0.11298483 joule, cioè l’energia necessaria a sollevare di un pollice (2,54 cm) una libbra.

 

Il metallo si muove

E’ difficile da credere ma, in modo semplificato, possiamo equiparare una vite ad una molla. Essa può venire allungata fino ad una certa misura per poi ritornare alla sua lunghezza originaria, creando un pretensionamento. Vale la pena notare che questo processo è soggetto a numerosi parametri, quali la quantità di attrito sotto testa, le variazioni della quantità di forza applicata e di attrito sul filetto, e l’effetto di assestamento intrinseco nell’intera unione bullonata. Una chiave dinamometrica utilizzata da operatori qualificati può contribuire a ridurre al minimo gli effetti negativi e ottenere risultati precisi.

 

Una forza da tenere in considerazione: la coppia di serraggio

La coppia di serraggio agisce sul punto di imbullonatura, nel centro dell’asse dell’elemento di fissaggio. Da un punto di vista fisico, viene espressa come il prodotto della lunghezza della leva per la forza applicata per serrare l’elemento di fissaggio.

Se si considera che in media solo il 10% del momento totale applicato agisce come forza di pretensionamento attraverso il piano inclinato (cioè il filetto), e che la parte rimanente va essenzialmente persa per superare l’attrito sulla testa e sul filetto, risulta evidente come il serraggio manuale senza chiave dinamometrica non sia una procedura logica ai fini di un serraggio controllato. E’ anche importante notare come ogni situazione di serraggio di un elemento di fissaggio non sarà mai uguale ad un’altra: gli elementi di fissaggio si comportano in modo differente a seconda del giunto specifico su cui si lavora. Dati i diversi gradi di snervamento nell’unione bullonata, il giunto può variare da molto duro a molto morbido.

Ciò si riferisce all’angolo di serraggio dal momento in cui la testa va a toccare la superficie di accoppiamento. Questo angolo può variare da molto duro (circa 30°) a molto morbido (circa 720°). I fattori influenzanti sono i materiali da assemblare (ad es. rame/acciaio, guarnizioni, il numero di elementi di fissaggio utilizzati, la lunghezza di serraggio, ecc.) nonché le proprietà qualitative dell’elemento di serraggio stesso.

  1. Forza di serraggio con operazione manuale
  2. La somma di tutte le coppie
  3. Precarico
  4. Attrito sul filetto
  5. Attrito sotto testa