Il Progetto
Lo slider è stato pensato, realizzato, riprogettato, Ingegnerizzato ed infine nuovamente realizzato. Nei vari passaggi si è sempre cercato di ottimizzarne i vari aspetti, come la portata, la velocità massima e minima, la fluidità del movimento e quant'altro.
I binari
La parte più semplice, eppure non così banale. Essi costituiscono la vera e propria struttura portante dello Slider, per cui devono essere sufficientemente robusti, ma sono anche l'organo principale del meccanismo di scorrimento e pertanto devono garantire massima fluidità di movimento. Lo studio verte su due fattori chiave: il materiale e la sezione.
L'idea di partenza è di minimizzare il peso ed il prezzo, che si traduce in due obiettivi nella selezione del materiale; dall'altro lato abbiamo la necessità di garantire una capacità di carico minima, che a sua volta si traduce in un vincolo nella selezione.
I principali concorrenti sono Acciaio, Alluminio e Carbonio; l'obiettivo di mantenere bassi i costi porta subito ad escludere il carbonio dalla scelta.
Modulo Elastico
Densità
Prezzo
Modulo specifico
Costo al metro (a pari sezione)
E (GPa)
𝜌 (kg/m3)
(€/kg)
E/𝜌
(€/m)
Acciaio
200
8000
12
0,025
7,5
Alluminio
64
2700
4,5
0,024
1
Come si nota dalla tabella benché l'acciaio presenti un modulo elastico notevolmente superiore, possiede anche una densità molto più alta rispetto all'alluminio; questo fa che si che il modulo specifico dei due sia circa equivalente. In conclusione i binari in alluminio, oltre ad avere una massa nettamente inferiore (obiettivo 1), portano ad un prezzo finale che è pari ad circa 1/7 di quelli in acciaio (obiettivo 2).
Selezionato il materiale, passiamo a scegliere la sezione più adeguata per il profilo dei binari. Questa infatti influenza notevolmente il valore di carico massimo che lo Slider sarà in grado di reggere senza flettersi troppo. Per questo passaggio la parola chiave sarà infatti flessione o, per meglio dire, deformazione: attraverso l'equazione della linea elastica possiamo infatti ricavare la massima flessione raggiunta dai binari sotto il carico prestabilito, al variare della sezione.
Come modello di riferimento useremo una trave appoggiata agli estremi, con carico concentrato al centro e forza distribuita su tutta la lunghezza.
Dal confronto dei risultati ottenuti si nota che la sezione a "C" risulta essere la più performante, e pertanto d'ora in avanti terremo conto della geometria scelta per i successivi passaggi della progettazione.
Legenda:
-
m/2 - carico per singolo binario
-
I - momento d'inerzia
-
E - modulo elastico
-
g/m - peso al metro del binario
-
P - forza distribuita (peso del binario stesso)
-
∂ P_dist - deflessione (carico distribuito)
-
∂ F_conc - deflessione (carico concentrato - m/2)
-
∂ tot - deflessione totale
-
m tot - massa totale per singolo binario
Massa totale (asse y) contro deformazione totale (asse x)
Il carrello
Parte centrale del nostro slider, in quanto incorpora il sistema di scorrimento. Per ottenere una corretta fluidità di movimento si è scelto di usare dei cuscinetti a sfera, quattro poggianti sul piano inferiore e due su quello superiore dei binari; i due superiori sono necessari per evitare che il carrello abbia gioco verso l'alto o il basso, specie quando viene inclinato. Per bloccare invece il movimento laterale, delle sfere in acciaio sono state poste sui lati. La combinazione di cuscinetti radiali e sfere laterali riporta al meccanismo dei cuscinetti combinati, utilizzati appunto nelle guide a C.