Lo scopo dell'insegnamento è quello di fornire le conoscenze di base e le abilità necessarie per il dimensionamento e la verifica di componenti meccanici e per realizzare con strumenti CAD 2D e 3D modelli e disegni di componenti e sistemi meccanici con particolare riferimento ai problemi delle tolleranze dimensionali e geometriche.

Gli argomenti trattati sono:
- integrazioni di meccanica strutturale (tensioni residue, fatica ad ampiezza variabile e multi-assiale);
- i principi e i procedimenti per il dimensionamento e la verifica di alcuni fra i principali componenti delle macchine ed elementi di collegamento (assi e alberi, solidi assialsimmetrici, collegamenti albero mozzo, cuscinetti volventi, molle, collegamenti filettati e saldati, ruote dentate);
- i principi e le regole di quotatura funzionale con tolleranze dimensionali e geometriche, i criteri per il loro controllo e i metodi per la determinazione delle catene delle tolleranze;
- gli strumenti di rappresentazione grafica e di simulazione funzionale di sistemi meccanici

L'insegnamento mira a fornire allo studente i seguenti aspetti :

- Conoscenza e comprensione dei principi di progettazione meccanica e delle metodologie specifiche di progettazione di alcuni elementi delle macchine e di collegamento anche sulla base delle principali normative.
- Conoscenza dei metodi di rappresentazione e di simulazione funzionale dei progetti industriali;
- Conoscenza del dimensionamento geometrico a tolleranza (GD&T) e delle problematiche delle catene di tolleranza

- Capacità di interpretazione e comprensione di disegni meccanici
- Capacità di eseguire il dimensionamento e la verifica di elementi meccanici e collegamenti
- Capacità di realizzare schizzi manuali di componenti meccanici, realizzare modelli 3D e disegni 2D, con strumenti CAD con quotatura funzionale utilizzando le tolleranze dimensionali e geometriche.
- Capacità di analizzare le catene delle tolleranze.

Conoscenza dei principi del disegno tecnico in accordo con le norme ISO ' ANSI e capacità di interpretare disegni di particolari e complessivi; capacità di utilizzare software CAD 3D.

Capacità di eseguire l'analisi cinematica di semplici meccanismi. Capacità di eseguire il calcolo delle sollecitazioni in semplici componenti meccanici ed effettuare verifiche statiche, la conoscenza dei principali trattamenti termici.

L'insegnamento si propone di fornire le conoscenze minime necessarie per la progettazione, il disegno e la verifica degli elementi costruttivi delle macchine più utilizzati e si pone come naturale approfondimento e sviluppo della disciplina di Fondamenti di Meccanica Strutturale verso le applicazioni di progettazione meccanica e beneficia dell’insegnamento di Disegno Tecnico Industriale per la parte di rappresentazione grafica e disegno funzionale.

Sono integrati tra loro gli aspetti di disegno con quelli di calcolo di organi di macchina in uno sviluppo tematico degli argomenti caratteristici della disciplina.
La parte di calcolo e progettazione riguarda gli aspetti generali della resistenza dei componenti meccanici sottoposti a sollecitazioni statiche e dinamiche (fatica) e i procedimenti di calcolo di alcuni fra i principali componenti delle macchine ed elementi di collegamento.
I contenuti della parte del corso di Disegno di Macchine sono presentati col supporto di esempi applicativi basati sul dimensionamento geometrico funzionale (GD&T, Geometric Dimensioning and Tolerancing) che consente di specificare le esigenze e le relazioni funzionali tra le singolarità di forma, con la finalità di ottenere la produzione più qualitativa ed economica di componenti di macchine dei quali si eseguono calcoli di dimensionamento preliminari sulla base degli elementi di costruzione di macchine forniti.

Argomenti del corso (sintesi)
Cedimento per fatica. Concetti di base, diagrammi di impiego ingegneristico, effetti che influenzano la vita a fatica, intagli, sicurezza dei componenti. Sollecitazioni multiassiali e durata.
Studio funzionale di organi meccanici. Tolleranze dimensionali e geometriche. Catena delle tolleranze e normative.
Assi e alberi. Stato di tensione, procedure di calcolo e verifica statica e a fatica.
Ruote dentate. Principi base dell’ingranamento, geometria del dente e disegno del fianco a evolvente, calcolo delle forze tra i denti in presa per ingranaggi a denti diritti e elicoidali, procedure di calcolo e verifica a fatica e a usura. Rappresentazione secondo normativa.
Stato di tensione per carichi di contatto: Cenni sulla teoria di Hertz ed esempi di applicazione.
Solidi assialsimmetrici. Stato di sollecitazione in tubi a parte sottile soggetti a pressione, recipienti in pressione a parete spessa.
Collegamenti mozzo-albero. Collegamento per interferenza, applicazione con utilizzo delle tabelle ISO delle tolleranze dimensionali, collegamento con chiavette, linguette, spine, scanalati e relative tolleranze.
Cuscinetti a corpi volventi. Tipi, durata e scelta a catalogo, analisi di differenti disegni e soluzioni costruttive con regole di applicazione e montaggio. Rappresentazione secondo normativa.
Collegamenti albero-albero. Descrizione dei principali tipi di collegamenti smontabili tra alberi (giunti) e cenni su alcuni dimensionamenti, descrizione del funzionamento dei principali tipi di collegamenti non permanenti in esercizio (innesti).
Collegamenti filettati. Descrizione, diagrammi di interferenza, sollecitazioni nel fusto dovute al serraggio, materiali per bulloneria. Rappresentazione a disegno dei collegamenti filettati. Tipologie di viti. Ripartizione del carico esterno sul bullone. Incertezze e allentamenti. Carico minimo sul pezzo. Viti soggette a taglio. Verifiche statiche e a fatica.
Collegamenti per saldatura. Cenni sui processi di saldatura e sulla difettosità, giunti di testa e a cordone d'angolo. Verifica statica e a fatica secondo Eurocodice. Sollecitazioni con ampiezza variabile, applicazione della legge di Miner. Rappresentazione a disegno dei giunti saldati secondo normativa.
Molle. Rassegna di tipologie di molle e loro disegno. Esempi di disegni con applicazione di molle. caratteristica, coefficiente di utilizzazione. Molle in serie e in parallelo. Molle di torsione a sezione circolare, a elica cilindrica, verifica statica e a fatica. Molle a lamina e a balestra, formule semplificate per il calcolo. Rappresentazione secondo normativa.

Il corso è impostato in modo che lo studente, al suo termine, abbia acquisito la conoscenza (knowledge) degli organi di macchina più tipici della meccanica e di una serie di soluzioni costruttive tipiche per ogni argomento del corso, nonché la capacità di svolgere preliminari dimensionamenti e verifiche e di saper rappresentare in modo chiaro e secondo le normative quanto delineato a livello di calcoli.

E’ atteso che lo studente acquisisca ben definite capacità (skills) quali:
1.Eseguire preliminari calcoli di verifica e di dimensionamento sui principali organi di macchina, servendosi anche di tabelle, diagrammi e formule da normativa tecnica;
2.Leggere e interpretare i disegni di insiemi meccanici, di complessità media e comprendere le modalità di funzionamento dei dispositivi rappresentati;
3.Utilizzo avanzato dei modellatori parametrici tridimensionali per la generazione di parti ed assemblati e la generazione delle tavole 2D dei particolari e la distinta dei materiali (SolidWorks).
4.Capacità di codificare qualsiasi componente con la simbologia GD&T in modo da limitare le imperfezioni geometriche e dimensionali e garantire il funzionamento

La conoscenza dei concetti di base, delle tecniche sperimentali e del contesto tecnologico che stanno alla base delle deduzioni teoriche, delle normative e delle eventuali assunzioni semplificative, costituisce parte non secondaria della preparazione professionale, anche laddove essa non è descritta in forma matematica. Questi aspetti sono, pertanto, oggetto delle lezioni.
La capacità di risolvere i problemi concreti che si pongono nella vita professionale si acquisisce sviluppando l’abilità di coniugare la teoria con la sua pratica applicazione. Le esercitazioni per la parte di calcolo strutturale e progetto, pertanto, propongono semplici ma concreti casi di applicazione finalizzati a condurre gli studenti ad una completa comprensione degli aspetti della teoria, per poi utilizzarli nella pratica professionale quotidiana. Gli esercizi consentono di acquisire la sensibilità verso gli ordini di grandezza dei valori numerici in gioco. In questo senso è caldamente consigliato, durante le esercitazioni e l’esame scritto, di ricorrere anche alle soluzioni grafiche ed effettuare l’analisi dimensionale dei risultati ottenuti, al fine di evitare di trarre ingenue o inverosimili conclusioni, derivanti da meri errori di calcolo.
Le esercitazioni per la parte di disegno e modellazione geometrica guidano gli studenti alla comprensione di disegni meccanici esistenti, e consentono, anche attraverso esercitazioni mirate, di fare acquisire le tecnologie più avanzate relative ai sistemi Cad attuali e necessarie per la generazione, modifica, messa in tavola di assemblati tridimensionali di media complessità.
Un orientamento più specifico verso la professione è offerto dallo sviluppo di una relazione tecnica, che sarà oggetto delle esercitazioni, dedicata al progetto/verifica di alcuni componenti di macchina secondo i requisiti delle normative tecniche vigenti.
In quest’ottica appare evidente che il servizio reso dal ciclo di lezioni ed esercitazioni proposto risulta efficace a livello formativo soltanto se ciascuno studente partecipa continuativamente e in modo attivo.

Organizzazione delle esercitazioni
Gli studenti verranno suddivisi durante la prima settimana di corso in squadre composte da 3 studenti, ogni studente svolgerà le esercitazioni collaborando con gli altri membri della propria squadra.
1.Le esercitazioni per la parte di calcolo consistono in esercizi di progetto/verifica di elementi delle macchine, gli esercizi saranno svolti in parte dal docente esercitatore in aula, in parte autonomamente dagli studenti, con il supporto in aula del docente. Si intende che lo studente partecipi alle esercitazioni e che esegua tutti gli esercizi nell’arco delle settimane del corso.
2.Le esercitazioni per la parte di disegno prevedono lo studio funzionale dei prodotti concepiti e dimensionati dallo studente, e l’esecuzione, presso i LAIB del Politecnico, di disegni esecutivi con il modellatore parametrico Solidworks. Ogni squadra dovrà produrre una propria collezione di tavole grafiche realizzate al computer, redatte in collaborazione tra tutti gli studenti che compongono la squadra, che saranno valutate durante lo svolgimento e comunque entro la fine del corso.
3.Ogni squadra ha inoltre l’obbligo di redigere una SOLA relazione tecnica collettiva, relativa al progetto/verifica dell’organo di macchina assegnato. La relazione dovrà essere presentata da ciascun studente all’esame, durante la visione delle prove scritte e delle esercitazioni. Si consiglia, pertanto, a ogni studente di avere una copia della relazione, di cui disporre al momento dell'esame, in quanto dovrà sostenere una prova orale di dimostrazione della sua puntuale conoscenza.

Materiale di studio principale
-Materiale didattico utilizzato a lezione, disponibile sul portale della didattica, preparato dai docenti.
-R. Budynas, J. Nisbett, Shigley – Progetto e costruzione di macchine, McGraw Hill, Edizione Italiana (II),2008 e seguenti
-M. Rossetto, Introduzione alla fatica dei materiali e dei componenti, Levrotto & Bella, Torino, 2000
-E. Chirone, S. Tornincasa, Disegno Tecnico Industriale, vol. II, ed. Il Capitello, 2015
-L. Goglio Resistenza dei Materiali e dei Collegamenti, Levrotto & Bella, Torino, 2006

Materiale per approfondimenti
-R. Giovannozzi, Costruzione di Macchine, voll. 1 e 2, Patron, Bologna, 1980 (storico)
-U. Pighini, Elementi Costruttivi delle Macchine, Edizioni Scientifiche Associate, Roma, 1980 (storico)
-J.A.Collins, Failure of Materials in Mechanical Design, John Wiley & Sons, 1980 (storico)
-R.C. Juvinall, K.M.Marshek, Fondamenti della Progettazione dei Componenti delle Macchine, Edizioni ETS, Pisa, 1993
-G. Niemann, H. Winter, Elementi di Macchine, Edizioni di Scienza e Tecnica, Milano, 1986
-A. Strozzi, Lezioni di Costruzione di Macchine, Pitagora, Bologna, 1998
-S. Suresh, Fatigue of materials, Cambridge University Press, Cambridge, 1998
-G. Niemann, H. Winter, B. Höhn, Manuale degli organi delle macchine, Tecniche Nuove, Milano, 2006
-R.C. Juvinall, K.M. Marshek, Fundamentals of machine component design, John Wiley & Sons, 2006
-A. Riccadonna, M. Todeschini, Disegno, progettazione e tecniche di produzione, Hoepli, 2008.
-A. De Paulis, E. Manfredi, Costruzione di Macchine, Ed. Pearson, 2012.
-S. Moos, E. Vezzetti, S. Tornincasa, A. Zompì, Quotatura funzionale degli organi di macchine, ed. Clut.

E’atteso che lo studente acquisisca ben definite capacità (skills) quali:
1. Eseguire preliminari calcoli di verifica e di dimensionamento sui principali organi di macchina, servendosi anche di tabelle, diagrammi e formule da normativa tecnica;
2. Leggere e interpretare i disegni di insiemi meccanici, di complessità media e comprendere le modalità di funzionamento dei dispositivi rappresentati;
3. Utilizzo avanzato dei modellatori parametrici tridimensionali per la generazione di parti ed assemblati e la generazione delle tavole 2D dei particolari e la distinta dei materiali (SolidWorks).
4. Capacità di codificare qualsiasi componente con la simbologia GD&T in modo da limitare le imperfezioni geometriche e dimensionali e garantire il funzionamento

L'esame di profitto del corso consiste nella valutazione sia della parte Costruzione di macchine, che della parte Disegno di Macchine.

Valutazione della parte Costruzione di macchine.
La parte di Costruzione di Macchine sarà valutata tramite una prova scritta (nel seguito indicata come "Voto A") e una prova orale, durante la quale allo studente saranno posti quesiti sullo svolgimento della relazione tecnica svolta durante il corso (nel seguito indicata come "Voto C").
Le prove scritta e orale dovranno essere sostenute nello stesso appello d’esame, nelle date indicate dal portale della didattica dell’Ateneo. E’, inoltre, fatto obbligo presentarsi alla prova scritta e alla prova orale in possesso di un documento di riconoscimento in corso di validità e/o della tessera universitaria, dai quali si possa accertare l’identità in modo incontrovertibile (la fotografia deve essere intellegibile su uno almeno dei documenti). Durante tutta la prova lo studente dovrà spegnere il proprio telefono cellulare. Nel caso fosse trovato a comunicare con altre persone con il telefono cellulare o altro dispositivo, oppure direttamente con i colleghi presenti in aula, o a consultare appunti e documenti, nel caso in cui questi non possano essere consultati, sarà allontanato dalla prova.
Per sostenere la prova orale lo studente deve consegnare ai docenti, all’atto dell’esame, copia completa, ben redatta e intellegibile della relazione tecnica sviluppata durante il corso dalla squadra a cui appartiene, integrata con i disegni richiesti dal testo della relazione tecnica spiegata durante il corso. In assenza di questo materiale o nel caso di versione incompleta, l’esame verrà invalidato e lo studente sarà tenuto a sostenere nuovamente la prova scritta, ancorchè fosse risultata sufficiente.
Per accedere alla Prova orale è necessario che lo studente abbia ottenuto almeno 18/30 sia della Prova Scritta (Voto A) che della valutazione della parte Disegno di macchine (Voto B).

La prova scritta è della durata totale di circa 2 ore. I fogli su cui eseguire la prova scritta verranno forniti allo studente che si presenterà alla prova solo con il materiale di cancelleria: necessario per scrivere, righello per tracciare i grafici, strumenti per il disegno non assistito da calcolatore e una calcolatrice per eseguire i calcoli necessari. Ogni studente dovrà riconsegnare in ogni caso i testi di esame e tutti i fogli che gli sono stati distribuiti e avrà 15 minuti di tempo per ritirarsi, dall’inizio della prova.
La prova scritta è composta da:
- 3 domande aperte di teoria relativa agli ELEMENTI DI COSTRUZIONE DI MACCHINE nelle quali si richiede di illustrare un argomento svolto a lezione, sviluppando la risposta all’insegna della massima concisione inserendo formule, disegni e grafici pertinenti per una completa rappresentazione del tema assegnato;
- 3 esercizi da risolvere in forma numerica, come quelli proposti nel corso delle esercitazioni di ELEMENTI DI COSTRUZIONE DI MACCHINE.
Tale Parte accerta la conoscenza della teoria delle lezioni (L-CM) e delle esercitazioni (ES-CM) e verifica il raggiungimento, da parte dello studente di un buon livello, di abilità relative ai suddetti skills 1, 2 e 3.
Ognuna delle tre domande di teoria è valutata da 0 a 5 punti, per un massimo di 15 punti; ogni esercizio è valutato da 0 a 5 punti per un massimo di 15 punti. Il voto della prova scritta è, quindi, ottenuto dalla somma dei punteggi parziali che può essere al massimo pari a 30/30 e costituisce la valutazione per la disciplina Costruzione di Macchine (nel seguito indicato come "Voto A").

La prova orale, che si tiene usualmente pochi giorni dopo la prova scritta, si sviluppa come segue:
1) Lo studente verifica innanzitutto, insieme ai docenti, la correzione della sua Prova scritta e la relativa formulazione del voto. In questa fase egli rivede la sua prova, può chiedere delucidazioni ai docenti. Non può condividere con i colleghi commenti sulla prova né confrontare i risultati, pena l’esclusione dal seguito dell’esame. Questa fase non contribuisce alla formulazione del voto finale, ma permette eventuali perfezionamenti, a giudizio dei docenti, del voto della prova scritta, qualora siano intercorsi problemi di interpretazione dell’elaborato.
2) Segue la discussione della Relazione Tecnica. Ogni studente si presenta alla sessione di correzione e verifica orale con una propria copia della relazione tecnica svolta durante le esercitazioni del corso, al fine di essere interrogato sui contenuti. Alla discussione della relazione tecnica sono riservati da –2 a +2 punti, a seconda della prontezza dimostrata e della proprietà delle risposte date dallo studente nel presentare la relazione, nonché della qualità dell’elaborato corredato dei disegni tecnici necessari per una completa descrizione dello studio effettuato. La mancata consegna della relazione tecnica determina il non superamento dell’intero esame. Il punteggio ottenuto durante questa verifica costituisce il "Voto C".

Valutazione della parte Disegno di macchine.
Tale valutazione sarà formulata sulla base dei giudizi espressi durante il corso sulle tavole grafiche e di tre prove (test) sulla parte teorica di Disegno di macchine che saranno assegnate agli studenti in tre date nel corso dello svolgimento delle esercitazioni della parte di Disegno di Macchine. Le tre prove e le tavole grafiche saranno complessivamente valutate con un voto, al termine del corso, espresso in /30, per un massimo di 30, che costituirà la valutazione della disciplina Disegno di macchine (nel seguito indicata come "Voto B").
In caso di mancata valutazione di uno o più test, durante una prova orale nelle date di appello verranno verificate dettagliatamente le relative competenze della parte di Disegno di macchine per esprimere il "Voto B".


Composizione del voto finale: Al termine della prova orale sarà proposto allo studente un voto finale che, tenuto conto dei crediti assegnati rispettivamente alla Costruzione di Macchine e al Disegno di Macchine è così formulato:

Voto finale= 2/3*(Voto A+Voto C)+1/3*Voto B

Nel caso il risultato ottenuto eccedesse i 30/30esimi, per l’attribuzione della lode la commissione potrà formulare al candidato una o più domande orali su tutto il programma del corso.