pocket guide on air motors

Pocket GuideMotori pneumatici

G U I D A T A S C A B I L E – M O T O R I A D A R I A 3

Pocket Guide – MotoriPneumaticiIndice

Capitolo Pagina

1. Perché utilizzare un motore pneumatico .......................... 4

2. Caratteristiche e funzionamento ....................................... 6

3. Le prestazioni di un motore pneumatico........................ 10

4. L’utilizzo dei riduttori....................................................... 13

5. Carico assiale radiale........................................................ 13

6. Metodi per modificare le prestazioni del motore .......... 14

7. Utilizzo dei dati caratteristici del catalogo ..................... 16

8. Come selezionare il motore corretto ............................... 17

9. Silenziatore ........................................................................ 22

10. Installare il tuo motore pneumatico................................. 23

Appendice ........................................................................... 27

4 G U I D A T A S C A B I L E – M O T O R I A D A R I A

1. Perché utilizzare un motore pneumatico

Il motore pneumatico è una delle più versatili e resistentiunità utilizzabili per la trasmissione della potenza. Lecaratteristiche e le peculiarità del motore pneumatico,permettono di utilizzarlo in diverse applicazioni ottenen-do i seguenti benefici

“Compatto e leggero”Un motore pneumatico di pari prestazioni di un motore elettricoasincrono, normalmente pesa solo 1/4 del peso e occupa 1/6 delledimensioni. Un motore pneumatico in relazione alle sue dimensionie al suo peso fornisce maggiore potenza rispetto ad altre tipologiepresenti sul mercato.

“La coppia cresce con il carico applicato”Quando il carico applicato aumenta, la velocità di rotazione siriduce mentre cresce la coppia generata.

“Facile regolazione della trasmissione della potenza”La velocità e la potenza di un motore pneumatico possono essereregolate facilmente, attraverso la variazione della pressione di lavo-ro. Inoltre regolando la pressione dell’aria otterremo una regolazio-ne sulla coppia e sul consumo dell’aria.


“Nessuna rottura dovuta al sovraccarico”Un motore pneumatico può essere portato allo stallo continuamentesenza surriscaldarsi, o essere danneggiato per questo. Ripetute par-tenze non modificano le prestazioni nel tempo e non diminuiscono

la vita d’esercizio del motore stesso.

“Ideali in ambienti rischiosi e pericolosi”I motori pneumatici non generando nessuna scintilla, possonoessere tranquillamente installati in aree di lavoro con rischio diesplosione o facilmente infiammabili. Inoltre il loro design moltorobusto li rende ideali per applicazioni in ambienti salini o inatmosfere acide e corrosive

“Facilmente reversibile”I motori pneumatici possono esserefacilmente azionati nei due sensi dirotazione attraverso una semplice val-vola. Le prestazioni nei due sensi dirotazione sono identiche.

“Facile installazione”I motori pneumatici sono semplici dainstallare. Non richiedono azionamnetiparticolarmente costosi. Possono opera-re in ogni posizione a seconda dellenecessità.

“Robusti e resistenti”I motori pneumatici sono molto robusti, non subiscono danni dovutial calore, alle vibrazioni o alla corrosione. Nessun altro tipo dimotore può raggiungere simili prestazioni in condizioni gravose.

3

3

33

3

2 4


2. Caratteristiche e Funzionamento

Esistono differenti tipi di motori pneumatici. Motori alamelle, a pistoni e a turbina vengono utilizzati per gliutensili pneumatici. Questa guida tratterà solo la tipolo-gia dei motori a lamelle, che possono trasmettere unapotenza fino a 5 kW.

Caratteristiche– Un rotore scanalato ruota in modo eccentrico in una camera for-

mata da un cilindro e da due fondelli terminali.– Poiché il rotore è fuori centro e il suo diametro esterno è inferio-

re a quello del cilindro, viene creata una camera a mezza luna.– Gli alloggiamenti hanno al loro interno le lamelle che si muovo-

no liberamente, dividendo la camera a mezza luna in due partiseparate di differenti dimensioni.

– Durante la rotazione, la forza centrifuga aiutata dall’aria com-pressa, spinge le lamelle contro la parete del cilindro. Le variecamere saranno mantenute stagne fra loro da questo effetto.

– La reale efficienza di queste tenute viene denominata “perditainterna”

1 3

2

4 5

Il motore a palette ha undesign semplice ed ècostituito da pochi elementi.

1. Fondello anteriore2. Rotore3. Lamella4. Cilindro5. Fondello posteriore

b a

c

b

a

c


FunzionamentoA. L’aria entra all’interno della camera “a”. La camera “b”, quellafra la seconda e la terza lamella, é chiusa stagna dalla secondalamella. La pressione interna alla camera “b” è ancora uguale allapressione d’ingresso dell’aria. Questa pressione agisce sulla terzalamella facendo muovere il motore in senso orario.B. Le lamelle hanno iniziato la loro rotazione nel cilindro, cosìcome il processo di espansione nella camera “b”. La pressioneinterna inizia ora a ridursi, ma la forza espressa è ancora in grado dimuovere il rotore sino a che l’area sulla terza lamella risulterà piùampia di quella della seconda lamella nella camera “b”. Inoltre lapressione interna agisce su due lamelle all’interno della camera “a”.

C. Le lamelle hanno ruotato completamente. La camera “b” ora ècompletamente vuota e non è più in grado di contribuire alla tra-smissione della potenza del motore. La forza che muove il rotoreora arriva dalla spinta sulle prime due lamelle.

Grazie a questo semplice principio l’energia trasmessa dall’ariacompressa viene convertita in movimento di rotazione da camera acamera così da permettere la rotazione del motore stesso.

Rotazione del motoreIl principio descritto permette ad un motore una rotazione destraguardando il motore dalla parte posteriore. I motori a lamelle posso-no anche ruotare in modo reversibile (destro/sinistro). I motorireversibili utilizzano identico principio di funzionamento ma devo-no essere costruiti in modo speculare per operare. In un motorereversibile la porta “a” è l’ingresso dell’aria per la rotazione destra.La porta “c” è lo scarico principale dell’aria; la porta “b” lo scaricosecondario. Durante la rotazione sinistrorsa, la porta “b” divental’ingresso e la porta “a” lo scarico secondario. La porta “c” rimanesempre lo scarico principale dell’aria. I motori pneumatici dellaserie LZB sono progettati per funzionare nel modo sopra descritto

A B C

1 a

b

3

2

1

a

2

b3

1

a

2

b

3

Il principio di funzionamento diun motore pneumatico

I motori reversibili hanno treattacchi aria ( due in ingresso eduno in scarico).


LZLQuesti motori sono reversibili ma hanno solo due attacchi dell’aria.Una in ingresso e l’altra in scarico. I motori LZL sono progettatiper ottenere un’eccellente coppia di spunto e basse velocità. Tuttociò è garantito dal numero di lamelle (6) costantemente mantenutein contatto con la superficie interna del cilindro attraverso l’azionedi spine e dalla pressione dell’aria stessa che agisce sotto le lamelle.

Velocità di rotazione Nella fase di avviamento e a basse velocità, parte dell’aria compres-sa fluisce sotto le lamelle, premendole contro la superficie internadel cilindro, creando così delle camere di lavoro stagne. Durante larotazione, la forza centrifuga aiutata dall’aria compressa, spinge lelamelle contro la parete del cilindro. A velocità superiori, tuttavia, lapressione esercitata contro la superficie del cilindro non deve esserecosì elevata, per evitare un’usura eccessiva delle parti a contatto.Nei motori ad alta velocità, i rotori sono normalmente più lunghi esnelli ed equipaggiati di tre o quattro lamelle, in modo da ottenereuna forza centrifuga più blanda, evitando così un incremento delladispersione in attrito tra le superficie a contatto

Numero delle lamelleIl numero delle lamelle in un motore pneumatico, che può esserecompreso fra tre e dieci, è un aspetto di fondamentale importanza.In generale, un numero basso di lamelle corrisponde ad una minoredispersione in attrito, ma questo significa un avviamento più diffi-coltoso. Aumentando il numero delle lamelle, si incrementa la cop-pia di spunto, diminuendo le dispersioni interne ma aumentandoconseguentemente gli attriti.

Il numero di lamelle di un motoredipende dall’applicazione in cuiverrà utilizzato

LZL rappresenta un altro tipo dimotore a lamelle


Motore con freno incorporato

Ingranaggio planetario (1).Ingranaggio elicoidale (2).Ingranaggio vite senza fine (3).

Gli ingranaggiIl rotore di un motore raggiunge elevate velocità dirotazione. Infatti per un motore della gamma LZB lavelocità a vuoto è circa 20 000 giri/min. I motori LZLhanno una velocità di rotazione che varia da 6 000 a 9 300giri/min. Nella maggior parte delle applicazioni questa velocità ètroppo elevata, così come la coppia espressa risulta troppo bassa.Per convertire questo sistema da, alta velocità e bassa coppia, abassa velocità elevata coppia, è necessario l’utilizzo di ingranaggi. Imotori a lamelle Atlas Copco vengono forniti con tre differenti tipidi ingranaggi, (planetari, cilindrici ed elicoidali). Quelli planetari equelli cilindrici, hanno una elevata efficienza quasi pari al 100%. Ilrapporto coppia/velocità cambia considerevolmente, mentre la

potenza rimane pressoché identica.

Motori senza lubrificazioneI motori a lamelle di tipo tradizionale sono lubrificaticon minime quantità di olio trasportate dall’aria com-

pressa. Motori non lubrificati non necessitano di olio nell’aria com-pressa. Sono forniti di lamelle costruite con materiale a basso attri-to, ed auto lubrificante. Quando desideriamo lunghi intervalli dimanutenzione è indispensabile scegliere motori lubrificati; le lamel-le di questi motori durano mediamente dalle tre alle quattro volte inpiù che in termini di ore di funzionamento è pari a 1500-2000 ore.

Motori con frenoIl più popolare dei motori a lamelle, LZB 33, è disponibile conl’opzione del freno. Viene interposto tra il motore e gli ingranaggiplanetari; costituito da un freno a disco attivato da una molla mentreil motore è fermo. Nella fase di avvio, il freno è disinnescato auto-maticamente attraverso un pistone pneumatico interno. L’utilizzo di questa opzione è consigliata, in quelle applicazionidove é necessario mantenere l’albero del motore bloccato, garanten-do la coppia applicata. I freni a disco possono essere applicati anchesui più piccoli riduttori a vite senza fine, normalmente abbinati aimotori LZL; utilizzano lo stesso principio di funzionamentodescritto in precedenza.

1

2

3

Motore

Ingranaggio planetario

Corpo motore

Albero

1 0 G U I D A T A S C A B I L E – M O T O R I A D A R I A

3. La prestazione di un motore ad aria

La prestazione di un motore ad aria dipende dallapressione di alimentazione. Mantenendo la pressione dialimentazione costante, i motori ad aria mostrano unandamento lineare nella relazione coppia/velocità. Inogni modo, semplicemente agendo sull’ingresso dell’ariacompressa, andando ad intervenire sulla regolazionedella portata e della pressione, i valori di coppia evelocità di un motore pneumatico, possono esserefacilmente modificati.

Una delle caratteristiche dei motori ad aria è che possono lavorarelungo tutta la curva caratteristica della coppia, dalla velocità avuoto fino all’arresto, senza alcun danno per il motore. La velocità avuoto è definita come la velocità operativa quando non vi è alcuncarico sull’albero sporgente.

La coppia è la forza di rotazione, ed è calcolata come la forza (F)moltiplicata per la lunghezza (l) della leva su cui è applicata.

Coppia[Nm]

Velocità [rpm]

!Il motore può lavorare lungotutta la curva di coppia tracciata.

!Velocità a vuoto =velocità alla qualel’albero in uscita ruotaquando non vieneapplicato alcun carico.

G U I D A T A S C A B I L E – M O T O R I A D A R I A 1 1

Il consumo di aria Il consumo di aria per un motore pneumatico è proporzionale allavelocità del motore e perciò è massimo alla velocità a vuoto. Anchein condizione di stallo (alla massima pressione applicata) il motoreconsuma aria. Questo è dovuto dalla presenza di piccole perditeinterne nel motore.

La curva di potenza La potenza prodotta da un motore pneumatico è semplicemente ilprodotto della coppia per la velocità. I motori ad aria producono unacurva di potenza caratteristica, nella quale la potenza massima vienerilevata a circa il 50 % della velocità a vuoto. La coppia prodotta aquesto punto viene spesso denominata ‘coppia alla massimapotenza’.

La curva delle prestazioni di unmotore ad aria che opera ad unapressione dell’aria costante

Il consumo di aria èmisurato in l/s. Questonon è comunque ilvolume effettivo chel’aria compressa occu-pa nel motore, ma è

misurato come il volume cheoccuperebbe se fosse espan-so alla pressione atmosferica,come viene considerato nor-malmente in tutte le attrezza-ture pneumatiche.

Formula PotenzaP = (π x Mxn) / 30M = (30 x P) / (π x n)n = (30 x P) / (π x M)M = coppia [Nm]P = potenza [kW]n = velocità [rpm]

!

!

Coppia[Nm]Potenza[kW]

Maxpotenza

Coppiaallamaxpotenza

Coppia

Potenza

Velocità [rpm]

Cons. Aria

Cons. Aria[l/s]

Coppia[Nm]

Velocità [rpm]

Il punto sulla curva coppia/velocità nel qualeil motore effettivamenteopera, è chiamato ilpunto di lavoro.

!Il punto di lavoroQuando si sceglie un motore ad aria per un’applicazione, bisognainnanzitutto stabilire il ‘punto di lavoro’, ossia la combinazionedella velocità operativa desiderata per il motore e la coppia richiestain quel punto.

Il punto di lavoro di un motorepneumatico.


La coppia di stallo varia aseconda di quanto rapidamenteil motore venga frenato finoall’arresto. Un arresto rapidoprodurrà una maggiore coppiadi stallo rispetto ad un arrestomorbido. Questo dipende dalfatto che la massa (momento diinerzia) del rotore aumenta lacoppia prodotta.

Coppia[Nm]

Velocità [rpm]

Coppia[Nm]

Velocità [rpm]

LZB 33 A022

Angle

Coppiadispunto[Nm]

LZB 33AR019

Min. coppiadi spunto

All'avvio, la coppia varia infunzione della posizione delle palette

La coppia di spunto è la coppia che un moto-re fornisce con l’alberobloccato quando vieneimmessa aria alla max.pressione.

!Coppia di spuntoNormalmente tutti i motori pneumatici a palette producono unacoppia di spunto variabile dovuta alla posizione delle palette nelmotore. Il valore della coppia di spunto minima è denominato “Mincoppia di spunto”, e può essere considerato come un valore garanti-to all’avvio. La variazione differisce tra tipi di motori e deve esserecontrollata su base individuale. E’ da notare che la variazione dicoppia è maggiore per i motori reversibili che per quelli non-rever-sibili e quindi la “Min coppia di spunto” risulta essere inferiore perquesta tipologia di motore.

Coppia di stalloLa coppia di stallo è la coppia che un motore fornisce durante lafase di arresto quando viene frenato da una condizione di funziona-mento, fino al completo bloccaggio. La coppia di stallo non è defi-nita tra i dati caratteristici del motore, può essere comunque deter-minata in modo approssimato moltiplicando la coppia di potenzamassima per due. Ad esempio, una coppia alla max. potenza di 10Nm, equivale ad una coppia di stallo di circa 20 Nm.

La coppia di stallo è la coppia prodotta dalmotore in fase di arresto, durante il suofunzionamento.!

arresto morbido. arresto rapido.


4. L’uso dei riduttori

I motori ad aria lavorano ad elevate velocità e per quan-to possano essere controllati su l’intero campo dellavelocità, i valori di coppia/velocità non sono sempreadatti per l’applicazione. Per ottenere tutto ciò, puòessere necessario selezionare un appropriato gruppo diingranaggi.

I riduttori ad ingranaggi planetari ed elicoidali usati da Atlas Copcohanno un alto livello di efficienza che può essere ritenuto esserepari al 100 %. Evidentemente, mentre la relazione coppia/velocità èsottoposta ad una considerevole variazione, la potenza generataresta virtualmente invariata. La coppia aumenta e la velocità si ridu-ce proporzionalmente al rapporto di riduzione.

Velocità e coppia possono esseremodificate usando ingranaggi.

5. Il carico sull’albero

Il carico sull’albero in un motore ad aria influenza ladurata dei cuscinetti.

Nel catalogo “Motori pneumatici Atlas Copco”, sono contenute lecurve caratteristiche che forniscono i carichi massimi sull’alberoper garantire il funzionamento per 10 milioni di cicli. Queste curveindicano la combinazione massima permessa di carico radiale eassiale.

Il carico sull’alberoinfluenza la durata deicuscinetti.

Coppia[Nm]

4:1

2:1

1:1

Velocità [rpm]1:1, 2:1, 4:1 = rapp. riduzione


6. Metodi per modificare la prestazione del motore

Vi sono due metodi per modificare la prestazione di unmotore ad aria: riducendo la portata dell’aria e/o rego-lando la pressione in ingresso. Le condizioni dell’appli-cazione decidono quale sia il metodo da preferire.

La velocità a vuoto e la coppia possono essere abbassate del 50%per il motore ad aria LZB. La velocità a vuoto per un LZL puòessere regolata in basso fino al 10% e la coppia può essere diminui-ta fino al 20%.

Strozzamento La valvola di regolazione della portata è normalmente posizionatasull’alimentazione del motore, anche se in alternativa, può essereposta sullo scarico. Nel primo caso, il vantaggio è puramenteeconomico dato che il consumo di aria viene ridotto, mentrenel secondo lo strozzamento dello scarico dell’aria garantisce unacoppia di spunto leggermente più elevata. Quando si desideramantenere una coppia di spunto elevata, ma ridurre la velocità dirotazione – la regolazione della portata dell’aria è il miglioremetodo per modificare la resa del motore.

Il motore ad aria LZB può lavorareovunque entro l’area ombreggiata.

Strozzamento è sinonimo di con-trollo del flusso dell’aria e influen-za la velocità più che la coppia.

Coppia[Nm]

Velocità [rpm]

Il motore LZL può anche funzio-nare ad una coppia e velocitàmolto bassa come indicato dal-l’area ombreggiata.

Coppia[100%]

100

Velocità [100%]50 100

50

Coppia[100%]

100

Velocità [100%]

10 50 100

20

50


Regolazione della pressioneLa regolazione della pressione viene effettuata tramite un regolatoresituato sempre sull’alimentazione del motore. L’uso della regolazio-ne della pressione è ideale quando è richiesto il controllo della cop-pia di stallo, mentre non risulta fondamentale per ottenere una cop-pia di spunto elevata.

Prestazioni del motore con altre pressioni dell’ariaLe prestazioni dei motori pneumatici Atlas Copco sono calcolate adun' alimentazione di 6,3 bar. Se desiderate conoscere le prestazionidi un motore pneumatico quando alimentato ad una pressioneinferiore, dovete utilizzare i fattori di conversione presenti nellaTabella 1. Velocità [Giri/min]Velocità [rpm]

Tabella 1

Fattori di correzione

Pressione aria bar Potenza Velocità Coppia Consumo(Bar) (Psi) aria

7 101 1,13 1,01 1,09 1,11

6 87 0,94 0,99 0,95 0,96

5 73 0,71 0,93 0,79 0,77

4 58 0,51 0,85 0,63 0,61

3 44 0,33 0,73 0,48 0,44

Il Programma di Selezione per Motori ad Aria è un altro modo perapprendere come regolare i motori, variando la pressione o la porta-ta d’aria.

Coppia[Nm]

Velocità [rpm]

Per conoscere con facilità i dati caratteristici di un motoreè disponibile un software per la selezione rapida. Cat. 9833 9093 00.

La regolazione della pressio-ne influenza la coppia piùdella velocità.


7. Utilizzo dei dati del catalogo

I dati relativi alle prestazioni, definiti nei CataloghiAtlas Copco Air Motor sono validi per una pressione dialimentazione di 6,3 bar (91 psi). I dati nel catalogosono disponibili sia in tabelle sia in diagrammi.

L’output di un motore ad aria è evidenziato al meglio dal suo dia-gramma di prestazione. Per ciascun motore/motoriduttore la poten-za, la coppia e il consumo di aria, variano in funzione della velocità.

1. Potenza massima, kW e hp 2. Velocità al punto di potenza massima, giri/min.3. Coppia alla potenza massima, Nm 4. Velocità a vuoto, giri/min. 5. Consumo di aria alla potenza massima, l/s

La coppia di spunto prodotta da un motore ad aria è variabile edipende dalla posizione delle palette. Queste informazioni possonosolo essere ottenute consultando le tabelle dati, dove è espresso ilminimo valore garantito. La coppia di stallo non è indicata nelletabelle dati sul catalogo. Per calcolare la coppia di spuntoraddoppiare semplicemente il valore della coppia alla max potenza.

Nel diagramma si possonoidentificare i dati chiave di unmotore che sono riportati anche a catalogo.

Coppia[Nm]Potenza[kW]

Maxpotenza

Coppiaallamaxpotenza

Coppia

Potenza

Velocità [rpm]

Cons. Aria

Cons. Aria[l/s]1

2

3

4

5


8. Come selezionare il motore corretto.

Quando si deve selezionare un motore per una dataapplicazione, è opportuno considerare quali necessitàdevono essere soddisfatte. Qui di seguito potrete trovareun esempio di come effettuare la giusta selezione.

Regole generali per scegliere i motori ad aria L’ampio campo operativo offerto da un motore pneumatico, permet-te di scegliere motori diversi per una stessa applicazione. In funzio-ne di dove si trova il punto di lavoro sulla curva della coppia/velo-cità, otterremo differenti prestazioni.

Poiché è più efficiente far funzionare il motore alla velocità in cor-rispondenza della max. potenza, è consigliabile selezionare quelloche produce la potenza massima il più vicino possibile al punto dilavoro, riducendo le possibili alternative. In questo modo avremoanche il minimo consumo di aria.

In caso fosse importante la stabilità della velocità del motore adaria, dovreste evitare di operare a valori di velocità al di sotto delpunto della potenza massima. Questo assicura una ‘riserva di poten-za’ nel caso di aumento del carico. Nell’ipotesi che la coppiarichiesta non sia ben definita, è consigliabile lavorare in prossimitàdella velocità a vuoto.

Bassa velocità/alta coppia aumentano il carico sugli ingranaggi.Elevate velocità influenzano la durata delle lamelle.

In caso si voglia ottenere una durata maggiore, si dovrà selezionareun motore di taglia superiore, limitato nella potenza o che funzioniad una pressione ridotta.

Coppia[Nm]

Velocità[rpm]

Differenti aree del punto dilavoro.

– Minima coppia di spunto– Velocità instabile– Basso consumo di aria– Maggiore carico sugli ingranaggi– Basso consumo delle palette

– Il più piccolo motore– Usura media delle varie parti

– Elevata coppia di spunto

– Velocità stabile– Maggiore consumo di

aria– Maggiore logorio delle

palette – Basso logorio degli

ingranaggi


Differenti parametri operativi Normalmente fornendo la coppia necessaria e la corrispondentevelocità, si hanno i parametri operativi sufficienti per identificare ilpunto di lavoro. Può essere necessario conoscere ulteriori requisiti:– Coppia di spunto – Coppia di arresto – Velocità a vuoto– Vita utile– Consumo di aria– Carico sull’albero

Esempio 1: Un motore non-reversibile deve funzionare a 300 giri/min. e produrre una coppia di 10 Nm.

Selezionare il motore più adatto per questa applicazione.

1. Nell’esempio la potenza richiesta è P=3.14x10x300/30= 314 W (0.314kW)

2. Selezionare un tipo di motore con la corretta potenza dal catalogo dei motori ad aria o tra-mite il programma di selezione. In questo caso scegliamo il LZB 33 (0.39 kW)

3. Confrontare le curve di prestazione per ciascuna variante del motore, e scegliere quelloche ha potenza massima più vicino al punto di lavoro.

4. I due motori che meglio soddisfano i requisiti sono LZB 33 A005 e LZB 33 A007. La primascelta dovrebbe essere A005 col quale potremmo lavorare con una velocità inferiore alpunto di potenza massima e quindi ottenere più coppia di spunto ed una velocità stabile.

5. Una volta individuato il punto di lavoro, è spesso necessario effettuare una regolazionedel motore per far coincidere il punto di lavoro con le curve caratteristiche di prestazione.Questo può essere fatto in due modi, modificando la portata o la pressione dell’aria.

Coppia[Nm]

0.4

0.3

0.2

0.1

200Velocità

[rpm]

Cons Aria[l/s]

Potenza[kW]

20

16

12

8

4

10

8

6

4

2

400 600 800 200Velocità

[rpm]

Cons Aria[l/s]

24

20

16

12

8

4

10

8

6

4

2

400 600

Coppia[Nm]

0.4

0.3

0.2

0.1

Potenza[kW]

LZB 33 A007 LZB 33 A005

Verificando il puntodi lavoro nei graficidelle prestazioni,possiamo sceglieretra LZB 33 A007 eLZB 33 A005.


Il motore deve produrre una coppia certa all’avvio Molte applicazioni richiedono che un motore produca almeno unacoppia di soglia all’avvio. Ad esempio quando un motore devemuovere un carico. La coppia minima di spunto per un dato motoredeve essere cercata nelle tabelle dati all’interno del catalogo.

Esempio 2:Un motore ad aria deve essere usato per far funzionare un carrello. Il punto di lavoro per ilmotore è M=20 Nm a n=150 giri/min. Dato che le caratteristiche di spunto sono essenziali ilmotore deve anche avere una coppia di spunto di 35Nm.

La potenza necessaria sarà: P=3,14x20x150/30 = 314 W (0,314kW)

La dimensione corretta del motore per questa applicazione sarà il modello LZB 42 (0,53 kW)secondo il catalogo dei motori ad aria, programma di selezione rapida.

I grafici delle prestazioni mostrano che il LZB 42 AR004 soddisfa i requisiti per il punto dilavoro. Considerando che però l’applicazione necessita una coppia minima di spunto pari a35 Nm, il motore selezionato non soddisfa questa necessità poiché può garantire una coppiaminima di spunto di 26,8 Nm.

Dobbiamo quindi selezionare un motore con un rapporto di riduzione superiore, dato cheserve una maggiore coppia di spunto. Il motore LZB 42 AR0025 ha una coppia minima dispunto di 44 Nm ed è idoneo per questa applicazione.

Coppia[Nm]

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

200Velocità

[rpm]

Cons. Aria[l/s]

Potenza[kW]

50

40

30

20

10

16

12

8

4

400 500

Coppia[Nm]

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

100Velocità

[rpm]

Cons. Aria[l/s]

Potenza[kW]

100

80

60

40

20

200 250

LZB 42 AR004 LZB 42 AR0025

300100

16

12

8

4

15050

Il modello LZB 42 AR004soddisfa i requisiti per ilpunto di lavoro ma nonla coppia minima dispunto richiesta.Abbiamo quindi scelto ilmodello LZB 42 AR0025.

Durata La durata di un motore dipendente fortemente dalle condizioni dilavoro. Nel caso in cui il ciclo lavorativo è un mix di funzionamentoa vuoto, funzionamento alla max. potenza e frenatura fino all’arre-sto, la vita utile delle palette lubrificate può essere stimata intornoalle 1500 ore mentre per quelle senza lubrificazione di 500 ore. Gliingranaggi e altre parti del motore hanno tipicamente una duratache varia dalle 3000 alle 5000 ore in queste condizioni. Per ottenereuna vita utile maggiore, si deve scegliere un motore sovradimensio-nato. Questo motore dovrà essere opportunamente regolato nellaportata o nella pressione di aria per soddisfare la prestazione stessa.


Il motore deve raggiungere una determinata coppiadi stallo ed una definita velocità a vuoto. Due applicazioni classiche dei motori ad aria sono: le reggiatrici perimballaggi e gli attrezzi per assemblare giunzioni filettate. Inentrambe queste applicazioni la velocità a vuoto e coppia di stallosono caratteristiche importanti. La velocità a vuoto definisce quantoveloce sarà il processo perché, per la maggior parte del tempo, ilmotore lavora con coppia minima. Nei due impieghi la velocità cor-risponde alla fase iniziale di avvolgimento nel primo caso e allafase di avvicinamento nel serraggio dei bulloni. Mentre la coppia distallo, stabilisce la tensione nell’avvolgimento della reggiatrice e lacoppia raggiunta nel giunto filettato.

Esempio 3: Presumiamo che necessitiamo di un motore per un avvitatore che deve serrare un dado a 25 Nm con unavelocità di avvicinamento di 500 giri/min. In questo caso il motore non serve che sia reversibile.

La coppia di stallo non è una valore espressamente indicato nel nostro catalogo, ma è facile da calcolareperché è 2 volte la coppia max. Inoltre sappiamo che la velocità a vuoto è 2 volte la velocità alla maxpotenza. Ciò significa che dobbiamo cercare motori con almeno 12,5 Nm di coppia di potenza massima econ una velocità alla max potenza di 250 giri/min.

Per cui l’applicazione richiede un motore con (3,14x12.5x250)/30=327 W che corrisponde ad uno dei moto-ri non - reversibili LZB 33. Il motore che più si avvicina allenostre esigenze sarà LZB 33 A005 avente una coppia massi-ma di 14 Nm (coppia di arresto 28 Nm) e velocità a vuoto paria 550 giri/min con alimentazione di 6,3 bar.

Se dobbiamo ottenere esattamente 25 Nm di coppia di stallodobbiamo diminuire la coppia. Riducendo leggermente lapressione con un regolatore possiamo ottenere il risultatodesiderato.

La regolazione della pressione ridurrà nello stesso tempo lavelocità, che potrà essere tarata agendo sul regolatore di flus-so, il quale riducendo la portata potrà garantire i 500 giri/min.

Coppia[Nm]

0.40

0.35

0.30

0.25

0.20

0.15

0.10

0.05

200Velocità

[rpm]

Cons. Aria[l/s]

Potenza[kW]

32

28

24

20

16

12

8

4

10

8

6

4

2

400 600

LZB 33 A005

100 300 500

LZB 33 A 005 sarà una buona sceltaper l’applicazione di avvitatura.


Il consumo di ariaSe è indispensabile mantenere basso il consumo di aria,dovreste perprima cosa selezionare il motore dimensionalmente più piccolo pos-sibile. Se avete scelto per una taglia di motore ottenendo piùopzioni, bisogna tenere in considerazione che, più il motore lavoravicino alla sua velocità a vuoto, più elevato sarà il consumo di aria.Andando ad agire sulla regolazione del flusso dell’aria in ingressopiuttosto che sulla pressione, si otterrà un riduzione del consumo ascapito di una perdita in prestazione.

Il carico sull’alberoIl massimo carico ammissibile sull’albero è determinato per ciascunmotore, nel Catalogo dei Motori ad aria. Nelle tabelle di dati sonoriportati i codici di carico sull’albero. Questi codici puntano alle curve dove sono stabilite le combinazioni ammissibili di carico radia-le e assiale sull’albero. E’ consigliabile verificare che l’applicazionenon provochi carichi sull’albero superiori rispetto a quanto siaammesso. In qualche raro caso potrebbe essere necessario seleziona-re un motore più potente per gestire al meglio il carico sull’albero.

Esempio 4:Dobbiamo azionare un mescolatore di vernici alla coppia di 20 Nm e alla velocità di 150 giri/min.. Il tempodi lavoro è di 8 ore al giorno, quindi un funzionamento altamente impegnativo.

Considerato il punto di lavoro, la potenza necessaria dovrà essere almeno 3.14x20x150/30 = 314 W. Ilmod. LZB 33 A0030 è il motore che soddisfa queste condizioni.

Tenendo presente le 8 ore di funzionamento al giorno, dovremo sovradimensionare il motore, riducendole prestazioni con la regolazione della pressione o con la limitazione della portata. Di conseguenzadovremmo selezionare il motore nella gamma LZB 42, dove possiamo trovare vari modelli che soddisfanoil nostro punto di lavoro. LZB 42 A005 è una di queste possibilità. Dal grafico si rileva che la velocità alpunto di lavoro, è molto bassa rispetto alla velocità a vuoto, garantendo una maggiore durata delle lamel-le. Per contro la coppia del punto di lavoro è quasi coincidente con quella alla max. potenza, il chepotrebbe limitare la vita utile degli ingranaggi. Pertanto è consigliabile selezionare un motore leggermen-te superiore come prestazioni: LZB 42 A0030. Con questo motore, la velocità di lavoro è circa la metà diquella a vuoto e la coppia è circa il 50% di quella espressa alla max. potenza. Ciò significa che otterremoun buon compromesso sia per la durata delle palette sia per quella degli ingranaggi. Per raggiungere ilpunto di lavoro in questo caso si regola sia la pressione sia il flusso dell’aria.

0.40

0.35

0.30

0.25

0.20

0.15

0.10

0.05

100Velocità

[rpm]

Cons. Aria[l/s]

50

40

30

20

10

10

8

6

4

2

200 300LZB 33 A0030

50 150 250 350

Coppia[Nm]

Potenza[kW]

Coppia[Nm]

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

200Velocità

[rpm]

Air cons.[l/s]

Potenza[kW]

50

40

30

20

10

16

12

8

4

400 600LZB 42 A005

100 300 500

Coppia[Nm]

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

200Velocità

[rpm]

Air cons.[l/s]

Potenza[kW]

80

60

40

20

16

12

8

4

LZB 42 A0030

100 30050 150 250 350

Un motore sovradimensionato garantirà una maggiore durata di funzionamento


9. Riduzione della rumorosità

Il rumore generato da un motore ad aria è principalmen-te causato dallo scarico dell’aria che esce dal motore. Illivello di rumore aumenta con la velocità e raggiunge ilsuo valore massimo in corrispondenza della velocità avuoto.

Tutti i motori Atlas Copco sono forniti con una porta di scarico filet-tato, che consente di applicare un silenziatore per ridurre il livellodi rumorosità. Applicando un’ulteriore manichetta tra lo scarico edil silenziatore, il livello di rumore può essere ridotto ulteriormente.L’effetto dell’impiego delle varie tecniche di riduzione della rumo-rosità, è indicato nella tabella 3. Notate che un silenziatore può cau-sare perdite di potenza se non è correttamente dimensionato.

Motore 0.36 – kW Livello

Velocità a vuoto di

Camera anecoica rumore

Intervallo di 1 m Misura dB (A)

Nessuno 94

Solo 77silenziatore

Solo 84manichetta

Manichetta con 75silenziatore

Differenti possibilità di riduzionedel rumore ed i loro effetti: ivalori di rumore sono fittizi erilevanti solamente se raffrontatitra di loro.


10. Installazione del vostro motore ad aria

Un motore ad aria ha bisogno di un certo quantitativo diaria e di una determinata pressione per funzionare. Itubi di alimentazione e di scarico devono quindi esserecorrettamente dimensionati.

Tubazioni per l’ariaTubazioni troppo lunghe o di dimensioni troppo piccole, possonocausare cali di pressione. Questo, come già precedentemente spiegato in questa guida, determinano perdite di potenza nel motore.Quindi la tubazione di scarico deve avere una dimensione maggioredi quella di alimentazione. Questo perché l’aria in scarico occupaun volume maggiore di quella di alimentazione. Per una pressionedi alimentazione di 6,3 bar (= 7,3 bar assoluti) e una pressione discarico a livello atmosferico (= 1 bar assoluto) l’incremento divolume è un fattore di 7,3. In pratica questo significa che se sonoutilizzate le stesse dimensioni per le linee di alimentazione e discarico, si crea una contropressione e il motore perde la sua efficienza.

Tabella 2

Tipo Filetto Filetto Diam. Diam. Diam.

motore ingresso scarico tubo tubo di scarico tubo di scarico

aria aria alimentazione (non-reversibile) (reversibile)

(BSP) (BSP) (mm) (mm) (mm)

LZB 14 1/8” 1/8” 5,0 8,0 6,3

LZB 22 1/8” 1/8” 8,0 13,0 10,0

LZB 33/34 1/4” 1/4” 8,0 13,0 10,0

LZB 42 1/8” 1/2” 10,0 16,0 13,0

LZB 46 1/4” 1/2" 10,0 16,0 16,0

LZB 54 3/8” 1/2" 13,0 19,0 19,0


Preparazione dell’ariaPer assicurare un buon funzionamento si consiglia di installare un gruppo di trattamento dell’aria (filtro e lubrificatore se il motore non è esente da lubrificazione) nella linea dell’aria di alimentazione -entro 5 metri dal punto in cui è installato il motore. E’ inoltre racco-mandato l’installazione del regolatore di pressione. La sua funzioneè di mantenere costante la pressione desiderata, ed è utilizzato ancheper modificare le prestazioni secondo le necessità dell’applicazione

Ricordate: Quando scegliete un gruppo di preparazionedell’aria, assicuratevi che tutti i componenti siano in grado di garantire la portata di aria necessaria per soddisfare i requisiti del motore.

Lubrificazione La quantità di olio necessaria per garantire le condizioni di funzio-namento ottimali ed una lunga durata dei componenti, è di 50 mm3

per ogni m (1000 litri) di aria consumata. Una lubrificazione insuf-ficiente comporterà una rapida usura delle lamelle ed una diminu-zione delle prestazioni. L’esempio che segue mostra come calcolarela lubrificazione richiesta da un motore funzionante in determinatecondizioni di lavoro.

!

Esempio: Un motore non reversibile LZB 33 funzionante almassima potenza, consuma 8,3 litri/sec di aria. In un minu-to consuma 498 (8,3x60) litri di aria, pertanto la richiesta dilubrificazione è: 498/1 000x50 = 25 mm3/min. In caso si uti-lizzi un lubrificatore a nebbia di olio, deve essere regolatoper fornire 2 gocce di olio al minuto (1 goccia = 15 mm3).L’olio lubrificante selezionato deve avere una viscosità, tra50 e 300 x 106 m2/s alla temperatura di lavoro.

La direzione di rotazio-ne viene controllatamanualmente da unavalvola 5/3 azionatatramite una leva. L’unità

di trattamento dell’ariagarantisce che il motore

sia alimentato con aria pulitae lubrificata. Il regolatore dipressione incorporato puòanche essere usato per modifi-care le prestazioni del motore.


Valvole di controllo direzionaliQueste valvole sono usate per avviare o arrestare un motore, o perinvertire il senso di rotazione. Per controllare i motori reversibili nor-malmente si utilizza quella che viene definita una valvola 5/3, men-tre per quelli non reversibili è più comune installare una valvola 3/2.

Le designazioni delle valvole si riferiscono al numero di porte diconnessione e al numero di posizioni operative che la valvola forni-sce, per una valvola 5/3 si intende una valvola a cinque vie e treposizioni. Quando si seleziona una qualsiasi valvola di controllo è importanteassicurarsi che abbia una capacità di portata d’aria sufficiente a sod-disfare i requisiti di alimentazione del motore.

Esempi di installazione Tipici diagrammi di installazione per i motori ad aria tipo LZB eLZL, insieme con le loro valvole di controllo associate, filtri, rego-latori, lubrificatori e silenziatori.

I simboli usati per rappresen-tare queste valvole su undiagramma di installazione.

Circuiti per LZB

Non-Reversibile

Reversibile

A = FiltroB = Regolatore di pressioneC = Oliatore a nebbiaD = SilenziatoreE = Valvola 5/3F = Motore ad ariaG = Valvola 3/2


Per i motori ad aria LZL è importante prevedere un limitatore diportata a monte dell’ingresso dell’aria di alimentazione. Esso deveessere posizionato in modo che non influenzi lo scarico durante ilfunzionamento reversibile. Ciò significa che deve essere sistematoprima della valvola di controllo.

Circuiti LZL

A = Filtro B = Regolatore di pressione C = Oliatore a nebbia D = Silenziatore E = Valvola 5/3 F = Motore ad aria G = Valvola 3/2

1 = Limitatore di alimentazione 2 = Limitatore di scarico

FunzionamentoReversibile con val-vola 5/3 e posizione

centrale chiusa

Funzionamentonon-reversibile con

valvola 3/2

FunzionamentoReversibile con val-vola 5/3 e posizione

centrale aperta


AppendiceGli ingranaggi epicicloidali sono usati in quelle applicazionidove è importante mantenere contenute le dimensioni, ma garan-tire un’elevata capacità di coppia. I principali componenti degliingranaggi epicicloidali sono l’ingranaggio centrale, gli ingra-naggi planetari, la ruota dentata esterna e l’albero planetario.L’albero planetario è l’asse di output. Gli ingranaggi planetarisono posti sull’albero planetario. La parte più esterna è l’involu-cro posteriore che ha una dentatura interna. Il rapporto di ridu-zione viene calcolato con la formula i = 1+ Z3 / Z1 dove Z1 è ilnumero di denti dell’ingranaggio centrale e Z3 è il numero didenti dell’involucro dentato esterno.

L’ingranaggio elicoidale è la classica tipologia di ingranaggio.Un ingranaggio elicoidale base è costituito da due ruote dentate,la ruota primaria che ruota ad elevata velocità, pignone, e laruota secondaria a bassa velocità. Il rapporto di riduzione è defi-nito dal numero di denti delle ruote primaria e secondaria. Vienecalcolato con la formula, i = n1 / n2 = Z2 / Z1 dove i = rapportodi riduzione, n1 = la velocità primaria, n2 = velocità secondaria,Z1 = numero di denti sulla ruota primaria e Z2 = numero didenti sulla ruota secondaria. Elevati rapporti di riduzione richie-dono una ruota secondaria molto grande. Di conseguenza è piùconveniente progettare riduttori ad ingranaggi elicoidali a piùstadi, quando dobbiamo sviluppare rapporti di riduzione più ele-vati. Gli ingranaggi elicoidali sono usati normalmente accoppiatiai motori LZL.

Negli ingranaggi a vite senza fine l’albero motore in uscita èfuori asse e perpendicolare (a 90°) rispetto all’albero primario.Quest’ultimo è collegato alla vite senza fine che interagisce conla ruota dentata connessa all’albero motore. Gli ingranaggi a vitesenza fine differiscono da quelli elicoidali ed epici-cloidali, nel fatto che essi producono un effetto auto-frenante. Questo significa che dovrà essere applicatauna considerevole coppia per far ruotare l’albero inuscita di un riduttore non in funzione. Maggiore è ilrapporto di riduzione, maggiore sarà l’effetto autofre-nante prodotto; per rapporti di riduzione superiori a60:1 è quasi impossibile ruotare l’albero in uscita dalriduttore. L’effetto autofrenante è dovuto dal fatto che, in que-sta tipologia di riduttori, gli ingranaggi hanno un’efficienza piut-tosto bassa. Maggiore è il rapporto di riduzione, minore è l’effi-cienza soprattutto nella fase di spunto. Questo indica che la cop-pia di spunto di un motore con ingranaggi a vite senza fine, èminore rispetto a quella prodotta da un stesso motore accoppiatoad un riduttore con ingranaggi elicoidali avente il medesimo rap-porto di riduzione. Un particolare vantaggio del riduttore coningranaggi a vite senza fine, è il doppio albero in uscita, che per-mette di azionare due applicazioni contemporaneamente.

5000 g/min

500 g/min

Z1Z2

n0ni

9833

906

7 07

Rec

ycla

ble

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er. J

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www.atlascopco.com

pocket guide on air motors

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