1

2

Acquisire i principi e le metodologie che si impiegano nella moderna ingegneria per la progettazione strutturale e

funzionale delle macchine e dei sistemi meccanici.

Acquisire le conoscenze propedeutiche alle tematiche che saranno trattate in corsi successivi:

Progettazione meccanica; Calcolo agli elementi finiti (CAE); Affidabilità e sicurezza delle costruzioni meccaniche; Costruzioni automobilistiche.

Costruzione di macchine

Disegno di macchine

Meccanica applicata

Tecnologia meccanica

Scienza delle costruzioni

Conoscenze propedeutiche Conoscenze integrative

Misure meccaniche

Metallurgia

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Costruzione di macchineResistenza dei materiali e sicurezza

Giulio Belloni, Antonietta Lo Conte

Ed. Hoepli

Shigley’s Progetto e costruzione di macchine

Richard G. Budynas, J. Keith Nisbet

Ed. McGraw Hill

J. A. CollinsFailure of Materials in Mechanical DesignEd. John Wiley & Sons

Robert L. NortonMachine Design - An Integrated ApproachEd. Prentice-Hall Inc.

H. O. Fuchs, R. I. StephensMetal Fatigue in EngineeringEd. John Wiley & Sons

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R. C. Juvinall, K. M. MarshekFondamenti della Progettazione dei Componenti delle MacchineEdizioni ETS

Giovanni BelingardiCalcolo e progetto di macchine (vol. I)Ed. Levrotto & Bella - Torino

Giancarlo GentaCalcolo e progetto di macchine (vol. II)Ed. Levrotto & Bella - Torino

Autori VariPrincipi e metodologie della progettazione meccanica (vol. III e IV)Ed. Levrotto & Bella - Torino

G. Castellani V. ZanottiLa resistenza degli ingranaggiEd. Tecniche nuove - Milano

G. HenriotIngranaggiTrattato teorico e pratico - Volumi 1 e 2Ed. Tecniche nuove - Milano

A. K. Thomas W. CharchutIngranaggiTeoria, calcolo, disegnoEd. Tecniche nuove - Milano

5

Warren C. YoungROARK’SFormulas for Stress & StrainEd. McGraw Hill - International Editions

Walter D. PilkeyStress, Strain and Structural MatricesEd. John Wiley & Sons

Gran parte delle immagini presentate durante il corso sono disponibili sul sito internet:

Sul sito si trovano anche testi di esercizi, programmi dei corsi ed indicazioni bibliografiche

http://www.dipmec.univpm.it/costruzione/home.htm:

http://www.dipmec.univpm.it/costruzione/home.htm:

6

Ci sono anche alcuni siti di altre Università che contengono dispense o esercizi:

www.dima.unipa.it/~petrucci/didattica.htm#DIS

sono particolarmente interessanti le dispense del Prof. Petrucci dell’Università di Palermo, Dipartimento di Meccanica.

Lezioni

Seminari

Esercitazioni

Modalità di esame: prova scritta – prova orale

Votazione: 50% prova scritta (voto minimo per l’ammissione all’orale 18)50% prova orale

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Cuscinetto obliquo a rulli

Giunto cardanico

8

Assile ferroviario

Catena di trasmissione

9

Una vite

Una coppia di ingranaggi cilindrici con assi sghembi

10

Un riduttore ad ingranaggi cilindrici

Una coppia di ingranaggi conici

11

Frizioneadischimultipli

CambioadoppiafrizioneZFperPorsche

12

Sospensione automobilistica

Convertiplano

13

Convertiplano

Sistema di basculamento dei motori

14

Sistema di basculamento dei motori

Sistema di basculamento dei motori: prototipo

15

Elicottero AW EH101 nella versione per la marina

16

17

18

19

20

21

a bcd

L

ef

gh

il m

x

y

x

y

22

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Procedure di progetto o verifica di componenti strutturali delle macchine

Analisi del comportamento meccanico dei materiali in relazione all’impiego negli elementi

costruttivi delle macchine

1° parte:

2° parte:

Procedure di progetto o verifica di componenti strutturali delle macchine

1° parte:

2° parte:

Analisi del comportamento meccanico dei materiali in relazione all’impiego negli elementi

costruttivi delle macchine

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La valutazione dei limiti di impiego dei materiali è condotta dal punto di vista del progettista.

Si vuol dare una risposta alla domanda:quali dimensioni deve avere il componente in esame

e quale materiale deve essere impiegato per costruirlo perché risponda alle specifiche?

Lo studio delle condizioni limite di sollecitazione di un componente meccanico richiede:

l’analisi dello stato di tensione e di deformazionedel componente (che può essere teorica o sperimentale);

un opportuno modello di comportamentodel materiale in relazione alla modalità didanneggiamento prevalente, tra quelle prevedibili per ilcomponente in esame;

la disponibilità di dati sperimentali dellecaratteristiche dei materiali;

un criterio di confronto tra i dati del materiale ed irisultati dell’analisi tensionale del componente.

25

Rispetto alla condizione limite

stabilisce un margine di sicurezza

che definisce la condizione ammissibile.

Coefficiente di sicurezza =Sollecitazione limite del materiale

Sollecitazione massima di lavoro

l’ingegnere progettista

Rispetto alla condizione limite

stabilisce un margine di sicurezza

che definisce la condizione ammissibile.

Sollecitazione limite del materiale

Sollecitazione massima di lavoro

Sollecitazione ammissibile =Sollecitazione limite del materiale

SX

l’ingegnere progettista

SX

26

p

Coefficiente di sicurezza

L’area rappresenta la probabilità di rottura

Dispersione

Lavoro

= sollecitazione

Limite

XS Limite

Lavoro

Coefficiente di sicurezza

L’area rappresenta la probabilità di rottura

Dispersione

p Il coefficiente di sicurezza è lo stesso del caso

precedente ma l’area,

cioè la probabilità di

rottura, è molto minore

Situazione di minore dispersione

Lavoro

Limite

XS Limite

Lavoro

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Coefficiente di sicurezza

L’area rappresenta la probabilità di rottura

Dispersione

Oppure, a parità di

probabilità di rottura,

il coefficiente di sicurezza

è minore

p

XS Limite

Lavoro

Minore fattore di sicurezza a parità di probabilità di rottura

Lavoro

Limite

Che si intende per modello di comportamento del materiale?

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Comportamento

elastico

Contatto

Pressione superficiale

Comportamento

a frattura

Fatica ad alto numero di cicli Fatica oligociclica

Scorrimento viscoso Usura

Comportamento dinamicoVibrazioniUrti – Carichi impulsivi

Comportamento

plasticolineare - non lineare

Analisi del danno (Failure analysis)

Agenti che inducono danno

Per comprendere il limite di impiego del materiale è necessario definire il concetto di “danno” (failure)

29

StazionariaTransitoriaCiclicaRandom

Molto breveBreveLungo

BassaAmbienteElevata

StazionariaTransitoriaCiclicaRandom

ChimicoNucleare

Azione localizzata, pressione, deformazione termica, effetti inerziali...

Forza

Tempo

Temperatura

Ambiente reattivo

Agenti che inducono danno

Localizzazione del danno

Interno Superficiale

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Deformazione / Tensione elastica indotte da carichi statici o dinamici indotte da dilatazioni termiche

Superamento del limite elastico - deformazione permanente

Collasso plastico

Rottura duttile o fragile

Eccessiva pressione superficiale

Propagazione stabile / instabile di fratture

Fatica ad alto numero di cicli oligociclica termica superficiale

Corrosione

Classificazione del danno

Classificazione del danno

Scorrimento viscoso (creep) tempo lungo (temperature medio alte) tempo breve (“rottura da stress” - temperature altissime) rilassamento termico

Usura adesiva abrasiva

Shock meccanico - Impatto

Fretting

Shock termico

Instabilità elastica / elastoplastica (Buckling)

Danneggiamento da radiazione

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Effetti combinatiSinergia di danneggiamento

Fatica / Corrosione

Fretting / Corrosione

Creep / Fatica

Buckling / Creep

Tensione / Corrosione

Impatto / Fatica

....

Procedure di progetto o verifica di componenti strutturali delle macchine

1° parte:

2° parte:

Analisi del comportamento meccanico dei materiali in relazione all’impiego negli elementi

costruttivi delle macchine

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Il dimensionamento è condotto sulla base del danneggiamentoche ha maggiore probabilità di verificarsi nelle condizioni operative

Il progetto di un organo meccanico consiste nella determinazionedella forma e delle dimensioni, nella scelta dei materiali e dellatecnologia di costruzione, in modo che esso sia in grado diresistere alle sollecitazioni previste dalla specifica di progetto.

Nella seconda parte del corso saranno studiati alcuni tra i principali componenti delle macchine,

analizzandone l’architetturae le procedure di progetto o di verifica.

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Collegamenti fissi e smontabili

Ingranaggi

Trasmissioni con flessibili

Cuscinetti

Assi ed alberi

Molle

Palette di turbine e compressori

Freni ed Innesti

DischiPiastre circolariTubi Serbatoi

Componenti assialsimmetrici

Piastre e gusci

DischiPiastre circolariTubi Serbatoi

Componenti assialsimmetrici

Piastre e gusci

Assi ed alberi

Ingranaggi

Trasmissioni con flessibili

Molle

Cuscinetti

Freni ed Innesti

Collegamenti fissi e smontabili

Palette di turbine e compressori

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