Politecnico di Torino
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Anno Accademico 2007/08
01KBMFJ, 01KBMDL
Elementi di costruzione di macchine
Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica - Torino
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
Berruti Teresa Maria ORARIO RICEVIMENTO AC ING-IND/14 56 28 0 0 13
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/14 7.5 B - Caratterizzanti Ingegneria meccanica
Obiettivi dell'insegnamento
L'insegnamento si propone di fornire le abilità e le conoscenze minime necessarie per il progetto e la verifica degli elementi costruttivi delle macchine. La prima parte dell'insegnamento (36 ore di lezione e 22 di esercitazione) riguarda gli aspetti generali della resistenza dei componenti meccanici sotto sollecitazioni statiche e cicliche e i procedimenti di calcolo di alcuni fra i principali componenti delle macchine ed elementi di collegamento, la seconda parte dell'insegnamento (18 ore di lezione e 6 di esercitazione) riguarda le basi della progettazione con il metodo degli elementi finiti.
Prerequisiti
Sono richieste le conoscenze relative agli insegnamenti di Fondamenti di Meccanica Strutturale e Disegno.
I particolare è richiesta:
- la capacità di effettuare il calcolo delle sollecitazioni in componenti semplici e di eseguirne il progetto o verifica statica per materiali duttili e fragili,
- la conoscenza delle nozioni di base della progettazione a fatica,
- la conoscenza del sistema ISO degli accoppiamenti unificati.
Programma
CALCOLO A FATICA.
Ripasso dei concetti di fatica, definizioni di ciclo, flessione rotante, superfici di frattura. Diagrammi SN e SNP; limite di fatica e resistenza statica.Stima dei diagrammi SN in piano doppio logaritmico: influenza della tensione media: diagrammi di fatica di Haigh, richiami dei Fattori che influenzano la vita a fatica (dimensioni, rugosità). Altri fattori che influenzano la vita a fatica; effetto degli intagli. Stima dei diagrammi di Haigh dei componenti. Calcolo del coefficiente di sicurezza di componenti. Sollecitazioni multiassiali: approcci classici: Gough e Pollard, Sines. Influenza della tension media. Coefficiente di sicurezza per sollecitazione multiassiale.
ASSI E ALBERI.
Stato di tensione indotto da sforzo normale, momento flettente, momento torcente.
SOLIDI ASSIALSIMMETRICI.
Stato di sollecitazione in tubi sottili soggetti a pressione interna e diverse condizioni di vincolo assiale. Stato di sollecitazione in tubi sottili soggetti a pressione esterna. Recipienti in pressione a parete spessa: sollecitazioni e spostamenti dovuti a pressione interna e diverse condizioni di vincolo assiale. Collegamenti mozzo-albero. Collegamenti per interferenza: forzamento interferenza diametrale, diagramma di interferenza, pressione di forzamento. Momento trasmissibile. Variazioni di interferenza in esercizio.
TENSIONI DI CONTATTO
Cenni sulla teoria di Hertz con esempi di applicazione al caso dei cuscinetti a sfere e a rulli
CUSCINETTI
Tipi di cuscinetti, formule di verifica dei cuscinetti e scelta a catalogo, regole di applicazione e montaggio.
COLLEGAMENTI SALDATI
Cenni sui processi di saldatura e sulla difettosità; giunti di testa e a cordone d'angolo.Verifica di resistenza a carico statico secondo Eurocodice per giunti testa a testa e completa penetrazione.Verifica di resistenza a carico costante statica secondo Eurocodice per giunti a cordone d'angolo. Calcolo statico delle tensioni nei cordoni d'angolo in alcuni casi notevoli.
Verifica di resistenza a fatica secondo Eurocodice. Sollecitazioni con ampiezza variabile, applicazione della legge di Miner.
COLLEGAMENTI FILETTATI
Diagrammi di interferenza, sollecitazioni nel fusto dovute al serraggio, materiali per bulloneria. Ripartizione del carico esterno Incertezze e allentamenti. Carico minimo sul pezzo. Viti soggette a taglio. Carico esterno non sottotesta. Verifiche statiche e a fatica.
MOLLE.
Caratteristica delle molle. Coefficiente di utilizzazione. Molle in serie e in parallelo. Molle di torsione a sezione circolare; molle a elica cilindrica, verifica statica e a fatica. Molle a lamina; molle a balestra, formule semplificate per il calcolo.
CALCOLO MATRICIALE ' ELEMENTI FINITI
Introduzione al metodo degli Elementi finiti ed esempi applicativi.
Caratterizzazione degli elementi: Scrittura di rigidezza e di deformabilità, Elemento molla. Significato dei termini della matrice [k], Analisi strutturale FEM. Elemento asta: matrice di rigidezza, carichi nodali equivalenti a un carico concentrato, a un carico distribuito, a una variazione uniforme di temperatura, a un montaggio con interferenza/gioco, Rotazione dell'asta nel piano (da lcs a GCS). Variabili ed equazioni struttura, Assemblaggio della struttura (metodo della mappa). Matrice di rigidezza della struttura: considerazioni, soluzione della struttura, tecniche di soluzione, imposizione dei vincoli. .
Elemento barra di torsione: matrice di rigidezza, rotazione nel piano (da lcs a GCS).
Calcolo degli spostamenti (configurazione deformata della struttura) e delle reazioni vincolari
Laboratori e/o esercitazioni
1. Le esercitazioni consistono in esercizi di progetto/verifica di elementi delle macchine, gli esercizi saranno svolti in parte dal docente esercitatore alla lavagna, in parte in modo autonomo dagli allievi con il supporto in aula del docente esercitatore.
2.Laboratorio di progettazione: ogni gruppo (composto da 3 allievi) redigerà collettivamente una relazione tecnica relativa al progetto/verifica di un organo delle macchine assegnato; tale relazione dovrà essere presentata da ciascun studente all'esame durante la visione scritti e visione esercitazione. Si consiglia a ogni studente di duplicare una copia della relazione per uso personale, in modo da poterne disporre al momento dell'esame.
Bibliografia
Materiale di studio (suggerimenti)
-Copia del materiale utilizzato a lezione disponibile sul portale della didattica.
-M. Rossetto, Introduzione alla fatica dei materiali e dei componenti, Levrotto & Bella, Torino, 2000
-L. Goglio Resistenza dei Materiali e dei Collegamenti, Levrotto & Bella, Torino, 2002
-G. Belingardi, Il metodo degli elementi finiti nella progettazione meccanica - collana di Progettazione e Costruzione delle Macchine, Editore Levrotto e Bella, Torino

Materiale di studio per approfondimenti (suggerimenti)
-R.C. Juvinall, K.M. Marshek, Fondamenti della progettazione dei componenti delle macchine, Edizioni di Scienza e Tecnica, Milano, 1986
-G. Niemann, H. Winter, Elementi di Macchine, Edizioni di Scienza e Tecnica, Milano, 1986
-U. Pighini, Elementi Costruttivi delle Macchine, Edizioni Scientifiche Associate, Roma, 1980
-Strozzi, Costruzione di Macchine: dalle lezioni del prof. Antonio Strozzi, Pitagora, Bologna, 1998
-A. Gugliotta, Elementi finiti, Otto Editore, Torino
-C. Gianini, La progettazione strutturale con il calcolatore, Ed. Athena, Modena (dello stesso autore sta uscendo un secondo libro su argomenti più di dettaglio)
Testi e materiale didattico (Prof. T. Berruti)
Materiale di studio (suggerimenti)
- Copia del materiale utilizzato a lezione disponibile sul portale della didattica.
- M. Rossetto, Introduzione alla fatica dei materiali e dei componenti, Levrotto & Bella, Torino, 2000
- L. Goglio Resistenza dei Materiali e dei Collegamenti, Levrotto & Bella, Torino, 2002
- G. Belingardi, Il metodo degli elementi finiti nella progettazione meccanica - collana di Progettazione e Costruzione delle Macchine, Editore Levrotto e Bella, Torino
Materiale di studio per approfondimenti (suggerimenti)
- R.C. Juvinall, K.M. Marshek, Fondamenti della progettazione dei componenti delle macchine, Edizioni di Scienza e Tecnica, Milano, 1986
- G. Niemann, H. Winter, Elementi di Macchine, Edizioni di Scienza e Tecnica, Milano, 1986
- U. Pighini, Elementi Costruttivi delle Macchine, Edizioni Scientifiche Associate, Roma, 1980
- Strozzi, Costruzione di Macchine: dalle lezioni del prof. Antonio Strozzi, Pitagora, Bologna, 1998
- A. Gugliotta, Elementi finiti, Otto Editore, Torino
- C. Gianini, La progettazione strutturale con il calcolatore, Ed. Athena, Modena (dello stesso autore sta uscendo un secondo libro su argomenti più di dettaglio)


Controlli dell'apprendimento / Modalità d'esame
L'esame consiste in una prova scritta e una discussione della relazione tecnica svolta durante le esercitazioni.
Modalità di verifica dell'apprendimento (Prof. T. Berruti)
L'esame consiste in una prova scritta e una discussione della relazione tecnica svolta durante le esercitazioni.
La prova scritta è composta da:
- 4 domande di teoria in cui si richiede di illustrare un argomento svolto a lezione, si richiede nella risposta la massima concisione, formule, grafici
- 4 esercizi (tipo esercizi di esercitazione)
I fogli su cui eseguire la prova scritta verranno forniti allo studente che si presenterà alla prova solo con il materiale di cancelleria (tra cui righello per i grafici) e calcolatrice.
La prova viene sostenuta senza l'aiuto di appunti, libri e formulari; l'allievo trovato in possesso di materiale aggiuntivo consegnerà immediatamente il compito che non sarà considerato valido.
L'allievo dovrà riconsegnare in ogni caso i testi di esame che gli sono stati consegnati.
La prova scritta ha la durata di 2h. Lo studente ha 15 min di tempo per ritirarsi.
Il punteggio della prova scritta si compone nel seguente modo:
4 punti per ogni domanda con risposta esauriente, 3.5 punti per ogni esercizio svolto correttamente.
Il voto massimo che si ottiene con la prova scritta è comunque limitato a 28/30.

L'allievo avrà la possibilità di controllare la correzione della prova scritta e la formazione del voto durante la sessione correzione/verifica orale che si terrà pochi giorni dopo la prova scritta.
L'allievo si deve presentare alla sessione correzione/verifica orale con copia della relazione tecnica svolta durante le esercitazioni per essere interrogato sulla relazione tecnica se e solo se ha superato la prova scritta con almeno 18/30.
Alla discussione della relazione tecnica vengono riservati 0-1-2 punti.
La somma dei punti costituisce il voto finale.
L'eventuale prova orale è facoltativa ma comunque riservata agli studenti che nella prova scritta abbiano raggiunto una votazione minima di 18/30.
In caso che lo studente decida di sostenere anche la prova orale, il voto finale sarà la media del voto della prova scritta e del voto della prova orale più 0-1-2 punti della relazione tecnica.
Il massimo voto che lo studente può raggiungere con la sola prova scritta e la relazione tecnica è pari a 30/30. Per ottenere la lode occorre sostenere anche una prova orale.


Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

Programma definitivo per l'A.A.2007/08
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