modulo di fondamenti di costruzione di macchine prof ... · fondamenti di costruzione di macchine...
TRANSCRIPT
Modulo di Fondamenti di Costruzione di Macchine
Prof. Pietro Salvini
Programma:
Richiami sulla cinematica del punto materiale e dei corpi rigidi.
Sistemi vincolati. Condizioni di equilibrio del punto materiale e del corpo rigido.
Sistemi di forze equivalenti. Sistemi labili, isostatici e iperstatici.
Reazioni vincolari ed azioni interne. Soluzione di strutture a sviluppo
reticolare.
Geometria delle aree. Stati di tensione in elementi monodimensionali (travi): trazione,
flessione, taglio, torsione.
Deformazione di strutture di elementi monodimensionali. Principio dei lavori virtuali.
Studio e risoluzione della deformata elastica di strutture piane composte da travi.
Risoluzione di instabilità dell’equilibrio elastico.
Tensori per la valutazione degli stati di tensione e di deformazione nei corpi elastici,
casi notevoli.
Proprietà strutturali dei materiali. Caratterizzazione meccanica dei materiali.
Criteri di rottura e loro uso per effettuare verifiche strutturali. Dimensionamento di assi
ed alberi a sollecitazione e deformazione.
Testi consigliati:
Fondamenti di costruzione di macchine
(Bernasconi, Filippini, Giglio, Lo Conte, Petrone, Sangirardi),
McGrawHill.
Meccanica dei solidi, Elementi di Scienza delle costruzioni
(Beer, Johnston, DeWolf)
McGraw Hill.
Appunti e lucidi resi disponibili dal docente
La Costruzione di macchine si occupa dei criteri
generali per la progettazione di macchine di ogni tipo:
Aerei, automobili, treni, escavatori, …
Ciascuna macchina è caratterizzata da una funzione
predominante ed eventualmente altre secondarie
Ogni macchina a sua volta si compone di sottosistemi
(macchine) ciascuno avente una sua sottofunzione
Scomponendo ulteriormente i componenti delle macchine, si determinano un insieme di
sottocomponenti elementari, che determinano gli elementi delle macchine, caratterizzati
ciascuno da una determinata funzione
• Assi e alberi
• Collegamenti fissi
• Trasmissioni di potenza
• Cuscinetti
• Giunti, innesti e frizioni
• Freni
• Molle
• Motori elettrici
• Turbine
• ….
Ciascuno di questi elementi viene
progettato secondo criteri di
verifica/resistenza suoi propri che
costituiscono l’asse della
progettazione meccanica
ASSI, ALBERI E PERNI
Gli alberi trasmettono potenza meccanica attraverso un momento torcente
Gli assi possono essere rotanti o fissi e sono sollecitati principalmente a flessione
I perni sono in genere fissi ed essendo corti sono principalmente sollecitati a taglio
Albero Asse rotante Perno
Collegamenti fissi o smontabili
Saldature o brasature
Costituiscono un collegamento non smontabile che
comporta la generazione di un unico componente dal
punto di vista strutturale
Collegamenti bullonati o flange
Costituiscono un collegamento smontabile,
preciso ma costoso, capace anche di
realizzare tenute di fluidi in pressione
Collegamenti forzati
Costituiscono un collegamento non
facilmente smontabile, economico ma non
di grande precisione
La coppia che si può trasmettere è ridotta
Cuscinetti volventi o striscianti
Sostengono assi e alberi rotanti sui carter, alberi concentrici in moto relativo, …
Giunti, innesti, frizioni, limitatori di coppia
Sono connessioni stabili, con
caratteristica spesso smorzante
e in grado di assorbire “strappi”
alla coppia torcente
Oppure possono essere ad
innesto a fermo od in moto
(frizioni) Elementi elastici
Freni a tamburo, disco, elettromagnetici, …
Molle ed elementi elastici
La funzione è quella di accumulare e restituire
energia meccanica in forma elastica
Ma anche di diminuire i sovraccarichi dinamici
Applicazione di una forza di valore determinato 1)
Richiamo in posizione di un determinato componente 2)
Tipiche funzioni delle molle sono:
Riduzione di vibrazioni causate da irregolarità o dinamica 3)
Immagazzinamento più o meno transitorio di energia
meccanica
4)
La Costruzione di Macchine, per tutti questi elementi di macchine e molti altri ancora,
fornisce strumenti di studio e calcolo per il dimensionamento e la verifica dei componenti
Molteplici possono essere le verifiche da considerare (a seconda del problema affrontato)
Rottura sotto carico statico
Snervamento della struttura
Deformazioni o frecce sotto carico
Instabilità statica o dinamica della struttura
Rottura per carichi ripetuti (fatica)
Rotture dovute ad eccessive concentrazioni di tensioni
Rotture causate da difetti strutturali (meccanica della frattura)
Sollecitazioni dovute a risonanze o amplificazione dinamica
Combinazione di carichi a temperature elevate (creep)
Effetti di urti o carichi transitori rapidamente variabili
Corrosione localizzata o diffusa
Eccessiva Potenza acustica emessa durante il funzionamento
Una verifica si esplica con una disuguaglianza tra la condizione limite che porta
all’incipiente condizione di fuori servizio e quella di effettivo funzionamento
Questa logica comporterebbe
la sistematica prova di ogni
componente
Costi insopportabili
In termini tensionali
eammissibilideale
E’ la tensione
corrispondente alle reali
condizioni di
funzionamento
E’ la tensione ammissibile
nel materiale per le
condizioni d’uso
considerate
Queste grandezze non sono “dimensionalmente” affini
Per ovviare all’incongruenza si valuta la tensione ammissibile
utilizzando la tensione limite ed il coefficiente di sicurezza
limiteeammissibilX
1 limite
idealeX
La tensione limite viene valutata
sperimentalmente in condizioni il
più possibile “standard” ossia su
adatti provini
Il coefficiente di sicurezza non è
altro che un tentativo di rendere i
due termini della disuguaglianza
congruenti
Esso cresce con le
incertezze legate alla
disuguaglianza
Idealmente, la si vorrebbe
caratteristica del solo materiale
In realtà occorrono considerazioni di ordine statistico per valutare come il coefficiente di sicurezza
possa collegarsi all’affidabilità - vero obiettivo della verifica strutturale
AFFIDABILITA’
Probabilità che un determinato componente possa realizzare la sua missione di vita
Ulteriori considerazioni
L’analisi delle sollecitazioni di un componente meccanico può essere
spinta a qualsivoglia grado di approfondimento
Occorre valutare l’ottimale livello di studio
Bisogna identificare gli strumenti idonei all’approfondimento stimato
Esempi
• Verifica a pressione statica
• Verifica del sistema appoggio
• Effetto del peso liquido
• Sovraccarichi dinamici
• Corrosione ambientale
• Verifica saldature
• Difettosità ammissibile
• Resistenza a piccoli urti
• Resistenza a incidenti gravi
• Progettazione a hoop stress
• Verifica saldature
• Verifica isolamento galvanico
• Verifica danneggiamenti esterni
• Effetto terremoti o smottamenti
• Arresto eventuali fratture
• Difettosità ammissibile
• monitoraggio erosione interna
Costi crescenti