Conoscenze di base di matematica e fisica.
Il corso mira a sviluppare negli allievi la necessaria sensibilità fisica e ad acquisire conoscenze su argomenti fondamentali della meccanica delle macchine quali: le grandezze caratteristiche del moto, il flusso della potenza meccanica attraverso le macchine, le cause e i meccanismi di dissipazione della potenza, le vibrazioni. Al termine del corso, lo studente è in grado di applicare quanto appreso alla modellazione e analisi di sistemi meccanici ad 1 grado di libertà sia dal punto di vista cinematico che dinamico, al dimensionamento di massima della potenza richiesta al sistema, alla valutazione del comportamento vibratorio in prima approssimazione.
Macchine e meccanismi. Composizione di un sistema meccanico: membri, elementi cinematici, coppie
cinematiche elementari e superiori. Profili coniugati. Coppia rotoidale, coppia prismatica, coppia
elicoidale. Gradi di libertà.
Struttura generale di una macchina. Teorema delle potenze. Flusso di potenza diretto e flusso di
potenza retrogrado. Curve caratteristiche dei motori e loro parametri caratteristici.
Funzionamento del motore nei quattro quadranti. Adattamento motore/carico: trasmissioni e cambi di
velocità. Grandezze ridotte al motore e all'utilizzatore. Energia dissipata nella trasmissione: rendimento in moto diretto e rendimento in moto retrogrado. Funzionamento in condizioni di regime assoluto e transitorio. Moto in regime periodico. Calcolo del volano.
Forze di contatto tra solidi: condizioni di attrito statico, radente e volvente. Potenza perduta per
attrito radente e volvente. Modalità di variazione delle forze di attrito.
Esempio di trasmissione del moto per attrito: cinghie piatte e cinghie trapezoidali.
Attrito nella coppia perno cuscinetto, coppia prismatica, piano inclinato, coppia elicoidale.
Distribuzione delle pressioni di contatto nel pattino piano e nella coppia rotoidale di spinta. Usura
e attrito: ipotesi di Reye.
Coppie cinematiche lubrificate: teoria elementare della lubrificazione idrodinamica.
Cinematica del corpo rigido nel piano: atto di moto, centro di istantanea rotazione assoluto e
relativo; polari del movimento. Accelerazione dei punti di un corpo rigido. Moti relativi: teorema di
Coriolis e teorema di Rivals.
Dinamica del corpo rigido nel piano. Azioni di inerzia. Principio di D'Alembert, equazioni di
equilibrio dinamico.
Sistemi articolati piani ad 1 grado di libertà: quadrilatero articolato, manovellismi. Metodologie
per l'analisi cinematica. Analisi dinamica.
Bilanciamento delle azioni inerziali.
Introduzione al problema delle vibrazioni. Scrittura delle equazioni di moto con il metodo degli
equilibri dinamici. Vibrazioni libere non smorzate. Vibrazioni libere smorzate. Smorzamento: decremento logaritmico, energia dissipata in condizioni di risonanza, smorzamento strutturale,
smorzamento viscoso equivalente. Vibrazioni forzate. Funzione di trasferimento di un sistema
meccanico.
Gli argomenti del corso verranno trattati anche mediante esempi applicativi.
Lezioni frontali (circa 48 ore) ed esercitazioni numeriche (circa 24 ore).
L'esame consiste in una prova scritta, della durata di due ore che prevede la risoluzione di tre esercizi, e una successiva prova orale della durata di circa trenta minuti. Ad ogni esercizio viene assegnato un punteggio massimo pari a dieci. Viene ammesso all'esame orale solo chi consegue nello scritto un punteggio maggiore o uguale a 18/30. I risultati della prova scritta vengono resi pubblici sulla pagina web del corso secondo le modalità indicate durante l'esame. La prova orale può essere sostenute anche in una sessione successiva a quella in cui si è sostenuto l'esame scritto. Le date delle prove orali vengono pubblicate sulla pagina web del corso dopo lo svolgimento della prova scritta. Per il superamento della prova orale, è necessario ottenere un punteggio maggiore o uguale a 18/30. Il voto dell'esame viene calcolato come media aritmetica dei voti conseguiti nella prova scritta e nella prova orale. Per il completamento dell'esame, è necessario consegnare una relazione sulle esercitazioni svolte durante il corso.
Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte modifiche rispetto a quanto dichiarato nel syllabus per rendere il corso e gli esami fruibili anche secondo queste modalità.
Basic knowledge of mathematics and physics.
The course aims to provide a physical awareness and knowledge of the basic topics regarding mechanics of machines - typical amount of motion, power flow throughout a mechanical system, ways of and reasons for losing power, vibrations. After the course, students are able to apply what they learned to the modelling and analysis of mechanical systems from both kinematics and dynamics point of view, the estimation of the power required in machines and to the approximate evaluation of vibratory behaviour of mechanical systems.
Machines and mechanisms. Structure of a mechanical system: members, kinematic elements, lower and
higher kinematic pairs. Conjugate profiles. Revolute joint, prismatic joint, helical pair.
Principle sketch of a machine. Work energy theorem. Work energy equation for a machine in steady
state operation. Forward and backward power in a machine. Characteristic curves of motors and their
typical parameters. Motor’s running in four quadrants. Motor-load coupling: transmissions and speed
variators. Wasted energy in transmission: forward and backward efficiency. Work energy equation for a
machine in transient operation with forward and backward power flux. Periodic running of a machine.
Flywheel design.
Contact forces between solids: static friction, kinetic friction, rolling friction. Wasted power in
kinetic and rolling friction. How to change friction forces. Examples of motion transmission by friction: flat and trapezoidal belts.
Friction in revolute joint, planar joint, inclined plane, helical pair. Contact pressure distribution
in planar prismatic pairs and in planar pairs. Wear and friction: Reye's theory.
Lubricated kinematic pairs: basic theory of hydro-dynamic lubrication.
Kinematics of a rigid body in plane: absolute and relative instantaneous center of rotation; geometric locus of instantaneous center of rotation. Acceleration of a rigid body's points. relative
motion: Coriolis' and Rivals' theorems.
Dynamics od a rigid body in plane. Inertial actions. D'Alembert's principle, dynamic equilibrium
equations.
One degree of freedom linkages: four-bar linkage, cranck-slider mechanisms. Methods for kinematic
analysis. Dynamic analysis. Reciprocating masses balancing.
Introduction to vibrations. Equations of motion: dynamic equilibrium equation and energy methods.
Undamped free vibrations. Damped free vibrations. Damping: logarithmic decrement, energy loss in
resonance, structural damping, equivalent viscous damping.
Forced vibrations. Transfer function of a mechanical system.
The topics of the course will be covered also by means of application examples
Lectures (about 48 hours) and numerical application activities (about 24 hours)
Written exam (two hours duration), with three exercises to be solved, and oral exam (about thirty minutes duration). Each exercise has a maximum value of ten pts.
Only students achieving an assessment equal or higher than 18/30 in the written exam may take the oral exam. The results of the written exam are published on the course's web page according to instruction given during the exam. Oral exam may be taken in a session different from the written exams's one. The oral exams's dates are published on the course's web page, after the the written exam. Only students achieving an assessment equal or higher than 18/30 pass the oral exam. The final assessment is the arithmetic mean of the written and oral exams' assessments. For the exam completion, a report of the application activities developed during the course must be delivered.
If the course will be delivered in mixed or completely remote form, some changes could be introduced in the syllabus in order to make the course, and the relevant exam, feasible also in this way.