MECCANICA APPLICATA ALLE MACCHINE E MACCHINE
Anno accademico 2019/2020 - 1° annoCrediti: 6
Organizzazione didattica: 150 ore d'impegno totale, 92 di studio individuale, 28 di lezione frontale, 30 di esercitazione
Semestre: 1°
Obiettivi formativi
Il corso è diviso in tre parti. Nella prima parte vengono forniti i concetti di base di meccanica applicata alle macchine; nella seconda parte vengono studiate le vibrazioni meccaniche di sistemi ad uno e due gradi di libertà, infine, nella terza parte vengono descritte le macchine idrauliche.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
Lezioni frontali con proiettore e lavagna.
Modalità di esami:
- Compito scritto (3 esercizi sulle 3 parti del corso)
- Esame orale
Prerequisiti richiesti
Conoscenze di:
- Fisica 1 (forze e coppie, principi di Newton, statica, attrito, dinamica ed equazioni del moto, diagrammi di corpo libero)
- Analisi 1 e 2 (serie di funzioni, derivate parziali, equazioni differenziali ordinarie)
- Algebra lineare (operazioni su vettori e matrici)
Frequenza lezioni
Frequenza obbligatoria
Contenuti del corso
MECCANICA APPLICATA ALLE MACCHINE
1. COMPOSIZIONE DEI MECCANISMI.Macchina e meccanismo, coppie cinematiche, gradi di libertà delle coppie cinematiche, gradi di libertà di meccanismi piani e spaziali.2. RENDIMENTO.Definizione di rendimento di un meccanismo, rendimento in serie e parallelo, moto retrogrado.3. ATTRITO ED USURA. Coefficiente e lavoro d’attrito, cenni sulle teorie dell’attrito di strisciamento, l’attrito volvente, cerchio d’attrito. Esempi: coppia rotoidale, piano inclinato. Distribuzione delle pressioni di contatto ed ipotesi di Reye. Applicazioni: pattino piano, coppia rotoidale di spinta, freno a disco, contatto ceppo-puleggia e freno a tamburo.4. RUOTE DENTATE. Ruote di frizione, profili coniugati, circonferenze primitive e fondamentali, definizione di evolvente di cerchio. Ruote dentate cilindriche ad evolvente e relativo proporzionamento, determinazione dell’arco d’azione, condizione di non interferenza. 5. ROTISMI. Rotismi ordinari, rotismi epicicloidali e formula di Willis, differenziale automobilistico. Esempi ed esercizi sui rotismi.6. ORGANI FLESSIBILI. Apparecchi di sollevamento, rigidezza elastica ed anelastica, attrito nei perni, paranchi di sollevamento, paranco differenziale. 7. CINGHIE. Tipologia di cinghie: piane, rotonde, a V, a costole, a denti. Trasmissione a cinghia tra assi paralleli, rendimento della trasmissione, forzamento della cinghia, potenza massima trasmissibile. Freni a nastro ordinario e differenziale.
VIBRAZIONI MECCANICHE
1. SISTEMI VIBRANTI AD UN GRADO DI LIBERTÀ: OSCILLAZIONI LIBERE. Generalità sulle vibrazioni meccaniche, oscillatore elementare libero, schemi strutturali equivalenti, molle in serie ed in parallelo. Esempi. 2. SISTEMI VIBRANTI AD UN GRADO DI LIBERTÀ: OSCILLAZIONI SMORZATE. Oscillatore elementare smorzato, smorzamento critico, iper-critico e sub-critico, Metodo del decremento logaritmico. Esempi. 3. SISTEMI VIBRANTI AD UN GRADO DI LIBERTÀ: OSCILLAZIONI FORZATE. Oscillatore elementare forzato, fattore di amplificazione, piano di Gauss-Argand e rappresentazione con vettori rotanti. Applicazioni: Fondazioni, spostamento del vincolo, sismografi ed accelerometri.4. SISTEMI VIBRANTI AD UN GRADO DI LIBERTÀ: OSCILLATORE TORSIONALE ELEMENTARE. Oscillatore torsionale elementare, alberi disposti in serie e parallelo, riduzione delle masse rotanti. Esempi.5. SISTEMI VIBRANTI A DUE GRADI DI LIBERTÀ: OSCILLAZIONI LIBERE E FORZATE. Sistema a 2 gdl libero, determinazione delle equazioni del moto. Sistema a 2 gdl forzato, determinazione delle equazioni del moto. Assorbitore dinamico.
MACCHINE IDRAULICHE
1. RICHIAMI SUI FLUIDI E LORO PROPRIETÀ. Viscosità dinamica e cinematica, numero di Reynolds, Conservazione della massa, Equazione di Bernoulli, perdite di carico distribuite e concentrate. 2. TURBOMACCHINE. Caratteristiche generali, triangoli di velocità, equazione fondamentale delle turbomacchine o di Eulero e lavoro interno, rendimento organico, idraulico e volumetrico, similitudine fluidodinamica e coefficienti adimensionali, diagramma di Balje. 3. TURBOPOMPE. Curve caratteristiche, pompe centrifughe, pompe a flusso misto e assiali, dimensionamento di una turbopompa. Esempi. 4. POMPE VOLUMETRICHE. Classificazione, Pompe a stantuffo, cilindrata, portata e rendimento volumetrico, potenza e rendimento. 5. ACCOPPIAMENTO POMPA E SISTEMA. Punto di funzionamento di un impianto, cavitazione, NPSH e parametro di Thoma, scelta della pompa e velocità di rotazione. 6. TURBINE IDRAULICHE AD AZIONE. Turbina Pelton, triangoli di velocità, lavoro interno, rendimenti e perdite, velocità e diametro specifico e dimensionamento. 7. TURBINE IDRAULICHE A REAZIONE. Turbina Francis, Turbina a flusso assiale e Kaplan, grado di reazione, triangoli di velocità, lavoro interno, rendimenti e perdite, dimensionamento, regolazione, diffusore. Esempi.
Testi di riferimento
1. Massimo Callegari, Pietro Fanghella, Francesco Pellicano, “Meccanica applicata alle macchine”, UTET Università
2. Diana G., Cheli F., “Dinamica e vibrazione dei sistemi”, Utet Libreria.
3. G. Cornetti, "Macchine Idrauliche", Edizioni il Capitello Torino.
Per approfondire:
1. Funaioli E., Maggiore A., Meneghetti U., “Lezioni di Meccanica Applicata alle Macchine – Vol. 1”, Pàtron Editore.
2. Jacazio G., Piombo B., “Meccanica Applicata alle Macchine – Vol.2”, Levrotto & Bella Torino.
Dispense del corso
Programmazione del corso
Argomenti | Riferimenti testi | |
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1 | Algebra lineare di base (operazioni su vettori e matrici) | |
2 | Analisi matematica (serie di funzioni, derivate parziali, limiti, integrali; equazioni differenziali ordinarie) | |
3 | Fisica 1 (equazioni del moto, diagrammi corpo libero) | Principi di Fisica R.A. Serway, J. W. Jewett Jr; Herbert Goldstein: Classical Mechanics, 2nd ed, 1980 |
4 | Vibrazioni ad 1 gdl | Mechanical Vibrations (5th Edition) 5th Edition by Singiresu S. Rao |
5 | Attrito | FUNAIOLI-MAGGIORE-MENEGHETTI - MECCANICA APPLICATA ALLE MACCHINE - VOL.1 e 2 |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
L'esame prevede:
- prova scritta (2 ore)
- prova orale (esercizio + domande sulle tre parti del corso)
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
- Vibrazioni ad 1gdl
- Diagrammi spostamento e fase per le vibrazioni forzate
- Organi flessibili
- Attrito
- Rendimento di un sistema
- Dimensionamento di una turbomacchina
- rendimenti di una turbopompa