Informazioni generali

• Anno di corso: 3°
• Semestre: 2°
• CFU: 9

Docente responsabile

Carlo BRUTTI

Obiettivi del corso

L’obiettivo principale del corso è fornire le nozioni fondamentali per il dimensionamento degli organi delle macchine, analizzando le caratteristiche di resistenza dei materiali e le sollecitazioni agenti durante il loro funzionamento. Pertanto verrà trattata la resistenza statica dei materiali in campo elastico e in quello plastico. Si analizzeranno i principali effetti derivanti dalla temperatura e dalla velocità di deformazione. Verrà studiata la resistenza dei materiali in presenza di sollecitazioni cicliche che innescano fenomeni di fatica. Si introdurranno inoltre le nozioni fondamentali di meccanica della frattura. Successivamente si passerà allo studio delle sforzi agenti nei principali organi delle macchine con particolare riferimento alle trasmissioni di potenza. In generale si utilizzeranno gli strumenti fondamentali della meccanica del continuo semplificati e particolarizzati per lo studio degli elementi delle macchine quali assi, alberi, supporti, ruote dentate, molle e accessori. I concetti saranno introdotti in via teorica applicandoli successivamente ad esempi derivanti da applicazioni in campo progettuale. Al termine del corso lo studente avrà acquisito le competenze necessarie per analizzare le problematiche di progettazione delle macchine, effettuare in autonomia le scelte progettuali, valutare le prestazioni strutturali che ne conseguono mediante gli strumenti tradizionali di analisi e sintesi della progettazione meccanica.

Prerequisiti

Corsi di Disegno di macchine, Scienza delle Costruzioni, Fondamenti di Progettazione delle macchine, Meccanica Applicata alle Macchine.

Contenuti del corso

• Nozioni di base: Comportamento meccanico dei materiali per le sollecitazioni statiche. Richiami di teoria della trave e in generale di meccanica del continuo. Sollecitazioni di contatto.
• Meccanica dei materiali: Sollecitazioni di fatica: definizioni, evoluzione delle rotture per fatica, diagrammi di resistenza, effetto di forma, parametri che influenzano la resistenza di fatica. Cumulo di fatica e conteggio dei cicli. Fatica oligociclica. Fatica superficiale. Corrosione e fatica. Scorrimento viscoso e sua previsione. Resistenza alle sollecitazioni urto. Meccanica della frattura: nozioni fondamentali; meccanica della frattura lineare elastica; estensione alle piccole plasticizzazioni. Modello di Dugdale per la fatica elastoplastica. Legge di Paris e connessione tra meccanica della frattura e fatica.
• Progetto degli elementi costruttivi delle macchine: elementi monodimensionali (perni, assi alberi); vibrazioni flessionali e torsionali. Supporti: cuscinetti volventi (tipologia, calcolo a durata, lubrificazione); cuscinetti a strisciamento. Ruote dentate: morfologia, problemi cinematici e costruttivi per le ruote dentate cilindriche per assi paralleli. Meccanismi di cedimento delle ruote dentate. Verifiche a pitting e a flessione. Verifica termica e verifica al grippaggio. Correzione dei profili; strisciamenti. Molle di flessione e di torsione. Sistemi di molle.

Materiale di studio consigliato

• Materiale distribuito a lezione. Appunti tratti dalle lezioni.
• C. Brutti, Introduzione alla progettazione meccanica, Levrotto&Bella, Torino.
• R.Juvinall, Fondamenti della Progettazione Meccanica, ETS, PISA
• Shigley, Progetto e Costruzione di Macchine, Mc-Graw-Hill

Modalità d’esame

• Svolgimento di un progetto completo da svolgere preferibilmente in gruppo (massimo 5 persone) da consegnare una settimana prima dell’orale. L’argomento del progetto viene fissato ogni anno un mese circa prima del termine del corso.
• Prova scritta di 4 esercizi da svolgere in un tempo di 3 ore.
• Prova orale sugli argomenti del corso, della prova scritta e del progetto presentato.

 

 

Machine Element Design

 

Aim of the Course

The main objective of the course is to provide the basics for the design of machine elements , analyzing the material strength and the stress acting during their operation. Therefore will be studied the static strength both for elastic and plastic strains. Moreover the effects of temperature and strain rate will be taken into account. After this, the resistance of metallic materials under cyclic stresses will be studied and the mechanics of materials will be completed by the basics of fracture mechanics. Once defined the characteristics of strength, the study of stresses acting in the principal elements of machine will be treated with particular reference to the power transmission. In general, the fundamental tools of continuum mechanics and the simplified theory of the beam will be used to study many elements such as axles, shafts, bearings, gears, springs and accessories.

The theoretical concepts will be introduced in advance and then they will be applied to examples derived from applications in the field of mechanical design. At the end of the course the student will have acquired the skills necessary to analyze the problems of machine design , to make autonomous design choices , to evaluate the structural performance resulting from them, using the traditional tools of analysis and synthesis of mechanical design.

Prerequisites

Machine Drawing, Strength of Materials, Fundamentals of Machine Design , Applied Mechanics.

Contents

• Basics: Mechanical behavior of materials under static loads . Elements of the theory of the beam and generally of continuum mechanics. Contact stresses.
• Mechanics of materials: Fatigue, definitions, evolution of fatigue cracks, diagrams of resistance, effect of shape, parameters that influence the fatigue resistance. Accumulation of fatigue and cycle count. Low cycle fatigue. Surface fatigue. Corrosion and fatigue. Creep and its prediction. Resistance to shock. Fracture Mechanics : Fundamentals ; linear elastic fracture mechanics ; extension to small plasticization . Dugdale model for the elastic-plastic fatigue . Paris law and the connection between fracture mechanics and fatigue.
• Design of structural elements of machines : one-dimensional elements (pins, axles shafts ); design relating to strength and deformation, vibration (torsional and flexural). Supports: rolling bearings (type, duration calculation, lubrication), journal bearings. Gear wheels : morphology, kinematics and structural problems of helical gears for parallel axes. Failure mechanisms of gears. Design against pitting and fatigue bending . Thermal verification. Effect of correction on the resistance; sliding. Springs: bending and torsion springs. Spring systems.

Study material

• Documents and files distributed in class. Notes taken from lectures.
• C. Brutti, Introduction to mechanical design, Levrotto & Bella , Torino.
• R.Juvinall , Fundamentals of Mechanical Design, ETS , PISA
• Shigley’s Mechanical Engineering Design, McGraw-Hill

Examination procedures

• Developing a complete project to be carried out preferably in a group ( maximum 5 people) to be delivered at least one week before write testy . The topic of the project is fixed each year about a month before the end of the course.
• Written test of 4 exercises to do in a time of 3 hours.
• Oral examination on the topics of the course, the written test and the proposed project.