PRESENTAZIONE

L'insegnamento di Meccanica applicata alle macchine si propone di fornire gli strumenti necessari alla conoscenza ed all’analisi dei fenomeni meccanici fondamentali presenti nelle trasmisioni meccaniche di potenza ed alla identificazione dei principali componenti e sistemi meccanici impiegati, attraverso una loro analisi funzionale.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Fondamenti sui metodi di analisi cinematica e cineto-statica di macchine trasmettitrici. Analisi delle forze in trasmissioni in presenza di attrito. Elementi di lubrificazione. Analisi dinamica di trasmissioni attraverso modelli elementari a uno e più gradi di libertà. Componenti costituenti le trasmissioni navali: cuscinetti a strisciamento e a rotolamento, ruote dentate e rotismi, cinghie, catene, funi metalliche, camme, giunti, innesti, freni.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Lo scopo dell'insegnamento di Meccanica applicata alle macchine è quello di fornire concetti operativi sulla funzionalità dei sistemi meccanici utilizzati in ambito industriale e, in particolare, in ambito navale. Al termine del cosro l'allievo avrà acquisito le conoscenze relative alle problematiche fondamentali di meccanica, con riferimento specifico alle trasmissioni industriali e sarà in grado di analizzare le problematiche fondamentali della componentistica meccanica di base.

Nello specifico lo studente sarà in grado di:

• conoscere i fenomeni relativi alle cinematica e alla dinamica delle macchine
• valutare le carattersitiche meccaniche dei componenti di base delle trasmissioni industriali
• discutere sulla selezione di componenti meccanici reperibili sul mercato

PREREQUISITI

Per affrontare efficacemente gli argomenti trattati nel corso sono necessarie conoscenze di:

• fisica generale
• meccanica razionale
• disegno tecnico industriale

MODALITA' DIDATTICHE

L'insegnamento si compone di lezioni frontali alla lavagna e con videoproiettore. Agli argomenti teorici trattati sono associati, singolarmente o a gruppi, esercitazioni svolte.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Richiami di cinematica del punto materiale e del corpo rigido. Coordinate Cartesiane e locali. Formula di Bour e formula di Poisson. Teorema dei moti relativi e Teorema di Coreolis. Casi particolari di sistema mobile in moto traslatorio e rotatorio. Condizione di rigidità e moto rigido piano. Formula di Galilei - Varignon e teorema di Rivals. Teorema di Chasles e determinazione del centro di istantanea rotazione. Esistenza ed unicità del polo delle accelerazioni. Esempi.

Definizione di elemento cinematico e coppia cinematica. Coppie cinematiche inferiori e superiori. Definizione di catena cinematica e meccanismo; inversione cinematica. Esempi: catena RRRR e RRRP. Gradi di libertà del moto rigido piano; formula di Grubler e limitazioni. Regola di Grashof. Introduzione ai metodi grafici. Analisi cinematica del quadrilatero articolato e del manovellismo di spinta: posizione, velocità, accelerazione. Determinazione dei poli delle velocità e delle accelerazioni. Risoluzione del problema della configurazione mediante software CAD parametrico. Teorema di Aronhold-Kennedy, dimostrazione e sue applicazioni: determinazione dei centri di istantanea rotazione e analisi della mobilità. Esempi.

Metodi analitici per l'analisi cinematica dei meccanismi. Equazioni di chiusura. Problema della posizione. Variabili indipendenti e dipendenti. Problema delle velocità. Matrice jacobiana e forme critiche istantanee. Classificazione dei meccanismi in base al rapporto di velocità. Problema delle accelerazioni. Esempi.

Applicazione del teorema dei moti relativi. Analisi cinematica con metodo grafico della guida di Faiebairn. Analisi cinematica del glifo oscillante con metodo analitico.

Elementi di meccanica delle superfici. Rugosità media. Parametro di rughosità. Parametro di massima asperità superficiale. Curva di curva di Abbot-Firestone. Usura: usura al rodaggio, adesiva, abrasiva, corrosiva, erosiva, fatica superficiale e vaiolatura. Modelli analitici: ipotesi del Reye e modello di Holm e Archard. Esempio: usura e distribuzione delle pressioni su pattino con carico asimmetico. Attrito radente; modello di Coulomb; cono d'attrito statico, coefficienti di attrito statico e dinamico. Esercizi.

Corpi non perfettamente elastici; diagramma sforzi-deformazioni e ciclo di isteresi; energia dissipata. Attrito volvente; coefficiente e parametro di attrito volvente. Confronto dell'energia dissipata nei casi di strisciamento e puro rotolamento. Equilibrio corpi rotolanti: ruota motrice, ruota trainata, ruota motrice trainante.

Richiami di Statica. Sistemi equivalenti di forze. Teorema di Varignon. Carichi distribuiti e sistemi equivalenti. Equazioni cardinali della statica nel piano e nello spazio. Casi elementari di equilibrio statico: corpo soggetto a due e tre forze. Forze attive e reazioni vincolari. Tipi di vincolo. Principio di disgregazione. Soluzione del problema statico mediante metodo grafico. Applicazione al manovellismo di spinta. Principio di disgregazione. Soluzione del problema statico mediante metodo grafico. Metodo analitico del free-body. Principio di sovrapposizione degli effetti. Principio dei lavori virtuali. Principio delle potenze virtuali. Moltiplicatori di forza in configurazione di punto morto, guadagno meccanico. Esempi ed esercizi.

Definizione di rendimento. Realizzazione delle coppie cinematiche, cuscinetti radenti e volventi. Coppia prismatica nella realizzazione con contatto radente: calcolo della forza di traino e calcolo del rendimento, effetto cuneo. Coppia prismatica nella realizzazione con contatto volvente: calcolo della forza di traino. Coppia rotoidale portante nella realizzazione con contatto radente: circonferenza di attrito e calcolo approssimato del rendimento. Coppia rotoidale di spinta nella realizzazione con contatto radente: calcolo della coppia di attrito. Coppia rotoidale portante nella realizzazione con contatto volvente: analisi cinematica e analisi statica, deformazioni e distribuzione dei carichi. Analisi statica di un martinetto meccanico. Cenni di teoria della lubrificazione.

Richiami di geometria delle masse. Centro di massa, momento statico, momento di inerzia, raggio di inerzia, Teorema di Huygens–Steiner. Assi principali e momenti principali di inerzia, assi centrali e momenti centrali di inerzia. Matrice di inerzia. 

Equazioni cardinali della dinamica nel piano. Principio di D'Alembert. Forza e coppia di inerzia. Definizione dei problemi dinamici diretto e inverso, esempi. Determinazione del modello dinamico mediante equazioni di Newton-Eulero. Determinazione del modello dinamico mediante bilancio delle potenze. Esempi.

Lavoro e rendimento. Lavoro meccanico, utile e perduto; teorema dell'energia cinetica; regimi di moto stazionario, periodico e vario. Rendimento di macchine in serie ed in parallelo. Flussi di potenza diretto e retrogrado. Esempi.

Accoppiamento motore carico. Caratteristiche del motore e dell'utilizzatore. Accoppiamento diretto motore - carico, stabilità dei punti di funzionamento. Accoppiamento motore - carico con trasmissione: equazione del moto ridotta al motore ed equazione del moto ridotta al carico. Accoppiamento motore - carico con trasmissione e massa traslante: equazione del moto ridotta al motore ed equazione del moto ridotta al carico. Transitorio di avviamento; calcolo del tempo di transitorio. Regime periodico: definizione di grado di irregolarità. Esempio nel caso di accoppiamento diretto motore-carico. Calcolo del volano. Esercizi.

Giunti di trasmissione. Irregolarità di posizionamento e di funzionamento. Giunti rigidi ed elementi di collegamento. Giunti elastici. Giunti articolati: Cardano, doppio Cardano, Oldham, Rzeppa. Condizione di omocineticità.

Ruote di frizione. Sincronismo. Evolvente di circonferenza. Ruote dentate, geometria. Tipi di ruote dentate. Cenni al proporzionamento modulare. Trasmissione ad ingranaggi. Rotismi ordinari ed epicicloidali. Formula di Willis. Esercizi.

Flessibili, funi: rigidezza elastica ed anelastica. Carrucola fissa e mobile. Paranchi a tiro diretto e invertito.  Guadagno meccanico e rendimento.

Vibrazioni libere. Richiami moto armonico. Oscillatore armonico semplice. Frequenza naturale. Metodo newtoniano e metodo energetico. Vibrazioni libere smorzate. Moto aperiodico smorzato e periodico smorzato. Decremento logaritmico. Vibrazioni smorzate e forzate. Rappresentazione mediante vettori rotanti. Amplificazione e attenuazione dinamica. Esempi.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Testi in consultazione:

• M. Callegari, P. Fanghella, F. Pellicano. "Meccanica applicata alle macchine", 2a Ed., UTET Università, 2017.                                                                                                  

Sono disponibili in AulaWeb materiale didattico e esercizi svolti.

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

MATTEO VEROTTI (Presidente)

LUCA BRUZZONE

PIETRO FANGHELLA (Presidente Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

https://corsi.unige.it/8722/p/studenti-orario

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L'esame si compone di una prova scritta e di una prova orale, e prevede la consegna delle esercitazioni assegnate durante il corso.

La prova scritta verterà su un esercizi analoghi a quelli trattati durante le lezioni e in domande a risposta aperta su uno dei temi trattati nel corso. Dopo tale prova sarà fornita una valutazione parziale (in trentesimi): sono ammessi all’orale tutti gli allievi che abbiano conseguito la votazione di 18/30.

La prova orale completerà l’esame con la discussione di altri temi fra quelli trattati durante il corso. La valutazione finale considererà globalmente l’esito delle risposte (scritte e orali) dell’allievo.

La prova scritta ha una durata massima di 90 minuti. La data della prova orale sarà resa nota a seguito della corrispondente prova scritta e all’atto della comunicazione dei risultati della prova scritta, con riferimento al numero di allievi partecipanti alla singola sessione d’esame.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

La prova scritta tende a verificare l'effettiva acquisizione delle conoscenze di base sui temi della Meccanica Applicata, attraverso la soluzione di semplici esercizi conformi a quelli svolti durante il modulo e attraverso l'esposizione scritta, in forma sintetica, di temi fra quelli in programma.

La prova orale tende a completare la verifica della preparazione dell'allievo, con discussione di uno o più argomenti fra quelli esplicitamente indicati nel programma d'esame.

Calendario appelli

ALTRE INFORMAZIONI

Il docente è a disposizione per informazioni di dettaglio.