Meccanica applicata alle macchine

Progettare-Coppia-conica-e-ruote-dentate-di-Casanova-Ingranaggi-Express

In seguito si riportano i contenuti di "Meccanica applicata alle macchine" previsti dalle attuali linee guida per gli Istituti Tecnici e Istituti Professionali e per i quali il professore offre con successo da anni assistenza ai propri allievi.

Relativamente a qualsiasi argomento, le lezioni comprendono una prima parte teorico-concettuale e una seconda parte applicativa che spazia da semplici esercizi fino al dimensionamento e alla scelta di organi meccanici unificati mediante l'uso del manuale di meccanica.

Per gli studenti all'ultimo anno del corso di Meccanica dell'Industriale, il professore possiede tutte le prove di "Meccanica applicata alle Macchine" della maturità tecnica industriale dal 1997 al 2018, e che usualmente svolge e commenta per la preparazione all'esame di stato dei propri allievi. Gli argomenti principali trattati nelle prove sono elencati in coda alla tabella. Le prove di Disegno, Progettazione e Organizzazione Industriale sono state invece inserite nella omonima sezione.

 

MODULO

ARGOMENTI

STATICA

Richiami sul sistema di misura Internazionale

La forza

Composizione di due forze concorrenti, calcolo del risultante

Scomposizione di una forza: varie casistiche

Composizione di due forze parallele

Composizione di più forze complanari

Poligono funicolare

Momento di una forza

Teorema di Varignon

Coppia di forze

Momenti statici e calcolo del baricentro di figure piane

Teoremi di Guldino

Forze applicate ai corpi rigidi

Equilibrio dei corpi: equazioni cardinali della statica

Tipologie di vincoli

Strutture isostatiche, labili e iperstatiche

Calcolo delle reazioni vincolari in una struttura isostatica

Travi appoggiate

Travi con sbalzo

Travi a mensola

Carichi concentrati e carichi uniformemente distribuiti

Introduzione ai diagrammi M,N,T: momento flettente, sforzo normale, taglio

Macchine semplici: generalità

Leve e carrucole

Vericelli

Parancho semplice e paranco differenziale

Piano inclinato

Vite e cuneo

Esercizi

CINEMATICA

Introduzione alla cinematica e alle grandezze d'interesse (spazio, velocità e accelerazione)

Moto rettilineo uniforme e moto rettilineo uniformemente accelerato

Legge oraria e rappresentazione grafica

Moto circolare uniforme e moto circolare uniformemente accelerato

Velocità angolare e velocità periferica

Accelerazione centripeta

Composizione di moti: moti relativi

Composizione di moto rettilinei

Moto elicoidale

Moto armonico

Procedimenti grafici

Moto dei gravi nel vuoto

Moto del proiettile

Moto dei sistemi rigidi

Centro di istantanea rotazione e curva polare

Curve cicliche

Moto di un'asta su guide ortogonali

Esercizi applicativi

DINAMICA

Leggi fondamentali dei moti di traslazione

Teorema della quantità di moto

Principio di d'Alembert

Lavoro compiuto da una forza

Potenza sviluppata da una forza

Energia e principio di conservazione

Energia cinetica ed energia potenziale gravitazionale

Dinamica degli urti

Momenti di inerzia: definizione, teorema della trasposizione, raggio di inerzia, momento centrifugo, momenti di inerzia di figure geometriche elementari, momenti di inerzia di massa

Equazione fondamentale dei moti di rotazione

Lavoro e potenza compiuti da una coppia di forze

Energia cinetica rotazionale

Esercizi

RESISTENZE PASSIVE

(ATTRITI)

Attrito di strisciamento

Angolo di attrito e coefficiente di attrito

Attrito nei perni

Attrito di rotolamento: equazione fondamentale

Attrito di avvolgimento

Teoria della lubrificazione

Viscosità e unità di misura

Lubrificanti

Sistemi di lubrificazione

Lubrificazione delle macchine

Resistenza nel mezzo

Moto dei veicoli

Sostentamento dinamico: portanza e resistenza, volo degli aerei

I freni

Rendimento meccanico

Rendimento delle coppie cinematiche e delle macchine

Esercizi

SOLLECITAZIONI SEMPLICI

Deformazioni e legge di Hooke

Tensioni interne

Principio di Saint Venant

Condizione di resistenza

Tensione limite, tensione ammissibile σamm, coefficiente o grado di sicurezza

Calcolo di progetto e calcolo di verifica

Resistenza a fatica, limite di fatica, curva di Wohler, diagramma di Goodman-Smith, fattore di concentrazione degli sforzi

Ricerca sul manuale di manuale di materiali metallici in base alla tensione massima ammissibile

TRAZIONE e COMPRESSIONE: equazione fondamentale, equazione di stabilità a trazione, allungamento relativo, contrazione trasversale, coefficiente di Poisson, sollecitazione di compressione, influenza delle temperatura, recipienti in pressione, equilibrio delle funi, esercizi ed esempi

FLESSIONE: Flessione retta e flessione deviata, la deformazione, asse neutro, equazione di stabilità, modulo di resistenza a flessione, scelta del profilo più idoneo, esempi ed esercizi

TORSIONE: Generalità, la deformazione, equazione di stabilità, Travi di sezione circolare e non, modulo di resistenza a torsione, esempi ed esercizi

TAGLIO: Generalità, Teoria elementare del taglio, Equazione di stabilità, formule approssimate, esempi ed esercizi

Uso del manuale per la lettura dei valori carichi di rottura, coefficienti di sicurezza e moduli di resistenza

Esercizi

SOLLECITAZIONI COMPOSTE

Tensione interna ideale σid

Criteri di rottura: Criterio di Saint-Venant, Criterio di Von-Mises, Formula di Poncelet 

Momento flettente ideale

Sforzo assiale e torsione: tensione ideale e diagrammi della sollecitazione

Sforzo assiale e torsione: tensione ideale e diagrammi della sollecitazione

Flessione e taglio: tensione ideale e diagrammi della sollecitazione

Flessione e torsione: tensione ideale e diagrammi della sollecitazione

Esempi numerici

Esercizi

TRAVI INFLESSE

E

LINEA ELASTICA

Diagrammi delle sollecitazioni: diagramma del momento flettente, diagramma del taglio, diagramma dello sforzo normale

Procedimenti grafici

La freccia d'inflessione

Equazione differenziale della linea elastica

Casi notevoli

Principio di sovrapposizione degli effetti

Esercizi

CARICO DI PUNTA

Rapporto di snellezza

Formula di Eulero

Formula di Rankine

Metodo Omega

Esercizi

TRASMISSIONE DEL MOTO

Generalità e conservazione dell'energia

Calcolo delle ruote di frizione cilindriche

Ruote di frizione per alberi concorrenti

Esercizi

 RUOTE DENTATE

E

ACCOPPIAMENTI DENTATI

Grandezze primitive, modulo, rapporto di trasmissione, angolo di pressione, passo di dentatura, addendum, dedendum

Costanza del rapporto di trasmissione

Profili coniugati: profilo ad evolvente

Numero minimo di denti: dimostrazione

Problema dell'interferenza e rimedi

Dimensionamento delle ruote dentate: Metodo di Reuleaux

Metodo di Lewis

Dimensionamento con approccio da manuale di meccanica: dimensionamento a rottura, dimensionamento a usura, verifica all'usura di ruote dentate

Ruote dentate a denti elicoidali: grandezze frontali, normali e assiali

Ruote dentate coniche

Rendimento delle ruote dentate

Ruota e cremagliera: teoria e proporzionamento

Ruota e vite senza fine

Rotismi ordinari semplici e composti: rapporto di trasmissione globale

Ruotismi epicicloidali

Esercizi di base e temi tecnici d'esame riguardanti il proporzionamento di accoppiamenti dentati

 TRASMISSIONI FLESSIBILI

Trasmissione con cinghie piane: relazione delle tensioni dei rami, relazione numero di giri-diametro pulegge, influenza della forza centrifuga, proporzionamento analitico

Dimensionamento di una trasmissione a cinghie secondo manuale di meccanica: potenza corretta, fattore di servizio, potenza specifica, larghezza delle cinghie, numero di cinghie

Trasmissione con cinghie trapezioidali: generalità e proporzionamento di una trasmissione

Catene di trasmissione: generalità, catene articolate, ruote dentate per catene  

Esercizi e temi tecnici d'esame riguardanti il proporzionamento di una trasmissione con organi flessibili

GIUNTI E INNESTI

Giunti rigidi, giunti a gusci

Dimensionamento dei giunti a dischi

Giunti elastici a inserto Rotex, a collare Periflex: principali caratteristiche, momento trasmissibile, consultazione tabelle manuale tecnico 

Giunti articolati: giunto di Oldham, giunto cardanico consultazione tabelle manuale tecnico

Innesti meccanici a denti

Innesti a frizione

Scelta di giunti e innesti mediante manuale di meccanica 

ASSI E ALBERI

Differenza tra assi e alberi

Calcolo di progetto alla flessiotorsione

Calcolo di verifica alla flessiotorsione

Sede per linguetta o chiavetta: criteri di aumento del diametro

Velocità critiche flessionali

 ECCENTRICI

E

CAMME

Generalità

Camme: tracciamento profilo delle camme

Eccentrici: relazioni di stabilità

Arpionismi

Camme per motori endotermici: tipi di camme, diagramma s-t, forza agente

Esercizi

MANOVELLISMI

Catene cinematiche: generalità e classificazione

Numero di gradi di libertà

Studio del quadrilatero articolato

Manovellismo a glifo oscillante

Manovellismo di spinta

Studio cinematico del manovellismo di spinta

Diagrammi delle velocità e delle accelerazioni

Forze esterne agenti sul manovellismo

Forze di inerzia, forze di inerzia centrifughe e loro equilibramento

Forze di inerzia alterne e loro equilibramento

Forze risultanti

Momento motore - espressione analitica e diagramma  

Esercizi applicativi

DIMENSIONAMENTO DELLA BIELLA

Dimensionamento di una biella lenta a carico di punta

Calcolo di bielle veloci

Esercizi

ALBERI E MANOVELLE

Manovella di estremità: forze e momenti agenti

Dimensionamento di una manovella di estremità

Alberi a gomiti: analisi della sollecitazione

Bilanciamento di un albero a gomiti

Esercizi

PERNI

E

CUSCINETTI

Classificazione dei perni

Dimensionamento di un perno di estremità e di un perno intermedio

Analisi della sollecitazione e dimensionamento di un perno di spinta

Cuscinetti a rotolamento: studio dei carichi agenti e prima classificazione

Capacità di carico e durata dei cuscinetti volventi: fattore di carico statico e fattore di carico dinamico, carico equivalente

Designazione dei cuscinetti a sfere e rappresentazione nel disegno meccanico

Esempi pratici di scelta di cuscinetti a sfere

Esercizi

MOLLE 

Curva caratteristica di una molla, rigidezza, flessibilità, lavoro di deformazione

Molle a lamina semplici

Molle ad elica cilindrica

Barre di torsione

Molle a tazza

Molle sollecitate a flessione, balestre

Relazioni per il dimensionamento e scelta con tabelle del manuale di meccanica

Esercizi

ORGANI DI COLLEGAMENTO

La chiodatura

Collegamento con viti: grandezze caratteristiche, forze in gioco, tipologie di filettature unificate, lettura delle tabelle sul manuale di meccanica, sezione e classe di resistenza, scelta del bullone in funzione della sollecitazione

Chiavette trasversali, Spine, Chiavette longitudinali, Linguette, Profili scanalati: relazioni di calcolo, designazione, rappresentazione nel disegno tecnico, scelta in base ai componenti unificati presenti sul manuale di meccanica

Esercizi

REGOLAZIONE

E

UNIFORMITA' 

DEL MOTO

ROTATORIO

Stabilità di funzionamento

Grado di insensibilità

Regolatore elementare

Regolatore Porter: dimensionamento

Regolatore Hartung: dimensionamento

Regimi periodici

Grado di irregolarità

Lavoro eccedente

Il volano

Dimensionamento di un volano

Coefficiente di fluttuazione

Verifica alla forza centrifuga

Dimensionamento e verifica del volano: approccio secondo manuale di meccanica

Esercizi

 RISOLUZIONE PROVE D'ESAME DI STATO DI

"MECCANICA APPLICATA ALLE MACCHINE"

Esame 1997: Dimensionamento ruote dentate, albero di rinvio, numero e dimensioni cilindri del motore Diesel, consumo di combustibile

Esame 1999: Proporzionamento di una biella a sezione circolare di un motore Diesel

Esame 2001: Dimensionamento del fusto di una biella

Esame 2002: Dimensionamento di un volano con verifica della corona alla forza centrifuga

Esame 2003: Riduttore a ruote dentate cilindriche, verifica ad usura

Esame 2004: Pompa a stantuffo, diagramma del momento, calcolo e schizzo della manovella di estremità, sezioni più sollecitate della manovella, calcolo del volano

Esame 2006: Calcolo di una trasmissione a cinghia, dimensionamento dell'albero di rinvio

Esame 2008: Vericello, dimensionamento del giunto rigido,  calcolo del modulo della coppia di ruote dentate

Esame 2010: Innesto a frizione conico, dimensionamento della molla di innesto, dimensionamento degli alberi e della chiavetta

Esame 2012: albero con puleggia d'estremità, calcolo diametro dell'albero, diametro perno intermedio

Esame 2014: TEMA (a): Vericello azionato da motore ciclo Otto tramite coppia ruote dentate, dimensionamento perno, scelta sistema di calettamento ruota-albero, scelta fune metallica - TEMA (b): Smerigliatrice, sistema di trasmissione a cinghie trapezioidali, dimensionare albero di trasmissione, scelta della cinghia trapezioidale, linguetta, cuscinetti a sfere

Esame 2016: Ruote dentate, albero di trasmissione, semplice meccanismo perno+scanalatura

Esame 2018: Pompa alternativa a stantuffo, calcolo del perno di bottone di manovella e del perno di banco